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FPGAs bilden je nach Konfiguration beliebige Anordnungen digitaler Schaltungsfunktionen ab und bieten damit grundsätzlich die Möglichkeit, Informationen vollkommen parallel zu verarbeiten. So können die anfallenden Datenflüsse in Bandbreite und Informationstiefe optimal einander angepasst werden. Schnell zu erfassende Signale werden dabei oft voll parallel mit Kopien identischer Schaltungsblöcke, langsamer auftretende Signale vermehrt zyklisch mit einer einzigen Schaltung und damit platzsparend verarbeitet.

Externe Prozessoren können dagegen mit wenig Hardware sehr komplexe und verschachtelte Programme sequentiell abarbeiten. Bei einem FPGA müsste für jede Operation ein eigenes Stück Hardware synthetisiert werden, wobei sich die eingeschränkte Anzahl an Logikgattern begrenzend auswirkt, zudem ist der Aufbau einer vergleichbar flexiblen Struktur äußerst schwierig und zeitaufwändig. Daher bedient man sich bei komplexeren Aufgaben einer sogenannten soft core CPU, die in das FPGA-Design eingebunden wird. Diese gleicht den externen CPUs und stellt eine standardisierte Struktur bereit, die in klassischer Weise in C programmiert werden. Heutige FPGAs sind teilweise so leistungsfähig, dass man eine Vielzahl an 8-, 16- oder 32-Bit-CPU-Kernen integrieren kann. Allerdings beanspruchen komplexere CPU-Kerne je nach Konfiguration recht viele Logikressourcen, was sich neben den Kosten in relativ geringer Verarbeitungsleistung verglichen mit Standardprozessoren niederschlägt. Daher gibt es inzwischen FPGAs, die einen oder mehrere hardware-basierte CPU-Kerne enthalten. Nach ersten Anläufen mit ARM-9 (Altera) und PowerPC405 (Xilinx) geht der Trend seit 2010 in Richtung ARM-Cortex-Architektur. Bei Altera und Xilinx haben sich sogenannte SoC-FPGAs mit Dual-Core-Cortex-A9 und fest integrierter Peripherie etabliert. Xilinx bietet in der High-End-Klasse mit der UltraScale-Familie Bausteine an, die zwei CPU-Cluster (QuadCore Cortex-A53 und DualCore Cortex-R5) enthalten. Microsemi hingegen integriert RISC-V Prozessoren (vier Linux-taugliche RV64GC-Kerne und einen RV64IMAC-Kern für Echtzeitanwendungen) in seine Polar-Fire-Familie.

Im Gegensatz zu FPGAs sind Single-Core-Prozessoren reine endliche Zustandsautomaten, die mit einer festgelegten Hardware auskommen müssen und ihr Programm sequentiell abarbeiten, woraus sich auch wesentliche Unterschiede bei der Implementierung von Algorithmen ergeben. Mikroprozessorbausteine beinhalten neben dem eigentlichen Prozessorwerk in der Regel eine feste Peripherie, die direkt genutzt werden kann, und für viele Standardanwendungen ausreichend ist.

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