现场可编程门阵列(FPGAs)是可重构的计算机芯片，可以通过编程实现任何数字硬件电路。如图1所述，FPGAs由不同类型的可编程块(逻辑、输入输出和其他)组成的阵列，这些可编程块可以使用预制的布线通道与它们之间的可编程开关灵活地互连。所有FPGA块的功能和布线开关的配置使用数百万个静态随机存取存储器（SRAM）单元来控制，这些SRAM在工作时被编程(即写入)以实现特定功能。用户用硬件描述语言(HDL)如Verilog或VHDL描述所需的功能，或者可能使用高级综合将C或OpenCL翻译成HDL。然后，使用复杂的计算机辅助设计(CAD)流程将HDL设计编译成比特流文件，用于对FPGA的所有配置SRAM单元进行编程。
与构建定制专用集成电路(ASIC)相比，FPGAs的非重复性工程成本低得多，上市时间也短得多。预制的现成的FPGA可以用来在几周内实现一个完整的系统，跳过了定制ASIC通常要经历的物理设计、布局、制造和验证阶段。它们还允许持续的硬件升级，以支持新功能或通过在现场部署后简单地加载新比特流来修复错误，因此称为现场可编程。这使得FPGAs成为中小型设计的引人注目的解决方案，特别是在当今市场产品周期快的情况下。FPGAs的比特级可重新配置性使得能够实现每个应用所需的精确硬件（例如：数据路径位宽、流水线级、并行计算单元的数量、存储子系统等。）而不是通用处理器（CPUs）或图形处理单元(GPUs)的固定的单一尺寸结构。因此，通过实现无指令流硬件[1]或覆盖有应用定制流水线和指令集的处理器[2]，它们可以实现比CPU或GPU更高的效率。
这些优势促使FPGAs在许多应用领域采用，包括无线通信、嵌入式信号处理、网络、ASIC原型、高频交易等[3]?[7]。它们最近也被大规模部署在数据中心，以加速搜索引擎、数据包处理[9]和机器学习[10]等工作负载。然而，与ASIC相比，FPGA硬件的灵活性带来了效率成本。库恩和罗斯[11]表明，仅使用FPGA的电路比相应的ASIC实现平均大35倍，慢4倍。最近的一项研究[12]表明，对于大量使用其他FPGA(如随机存取存储器和数字信号处理器)的全功能设计，这一面积差距有所缩小，但仍为9倍。FPGA设计师试图尽可能地缩小这种效率差距，同时保持可编程性，使FPGA在广泛的应用中非常有用。