
いま製品開発のキーデバイスとして、注目を集めているFPGA。
耳にしたことはあるものの詳しくは知らない、FPGAは知っているが最近の動向はあまり詳しくない、今後FPGAを使ってみたいと思っている方まで、FPGAが気になるすべての方に、FPGAの基本からご紹介します。
さあ、FPGAの世界に最初の1歩を踏み出してみてください。
FPGA(エフピージーエー)とは、一言で言うなら、「後からでも回路の書き換えが可能なロジック・デバイス」です。
FPGAは、Field Programmable Gate Array の頭文字をとったもので、現場(Field)で、書き換え可能(programmableプログラマブル=プログラム可能な)、LSI(論理ゲート(Gate)が格子(Array)状に並んでいるセミカスタムLSI)という意味です。
製品出荷後でも再設計が可能なため、製品のアップデートや新たなプロトコル規格への対応もスムーズに行うことができます。製造してしまうと中身が固定してしまう ASIC (Application Specific Integrated Circuit:特定アプリケーション用にカスタムメードで製造されるIC、カスタムIC)や、ASSP (Application Specific Standard Product:特定アプリケーション向けに機能を特化した標準・市販IC)にはない、FPGAならではの特長です。
FPGAの再プログラム可能な柔軟性に加え、近年のテクノロジーの進化によって、FPGAの高集積化、高性能化、低消費電力化、低コスト化が進み、FPGAがASICやASSPと同程度の機能を持つようになったため、さまざまな電子機器で使用されるようになりました。
ところで、CPLDという言葉を聞いたことはあるが、FPGAとの違いがよくわからない、という方も多いのではないでしょうか?
FPGAとCPLDは、どちらも「再プログラムが可能なロジック・デバイス」なのですが、技術的に異なる点がいくつかあります。大まかに言うと、CPLDの回路規模や機能・性能をより高度化したものが、FPGAということになります。
一般的なCPLDとFPGAの比較は以下のとおりです(例外もあります。)
| CPLD | FPGA | |
|---|---|---|
| 組合わせ論理の実現手法 | プロダクト・ターム、LUT | LUT |
| プログラミング素子 | 不揮発性(Flash、EEPROM) | 揮発性(SRAM) |
| 特長 |
|
|
| アプリケーション傾向 | シンプルな制御系、 およびグルーロジック |
より複雑かつ高速な制御系、 およびデータ処理系 |
| 集積度 | 小〜中規模 | 中〜大規模 |
それでは、FPGAはどのような製品で使用されているのでしょうか?
下図のとおり、現在FPGAは、通信基地局、大規模ルータなど高度な処理を行う機器から、ディスプレイ(TV)、プロジェクタ、携帯端末など、生活に身近な製品にまで、幅広く 採用されています。
FPGA/CPLDの適用範囲

昔は補助的な機能やグルー・ロジック(各機能やIC間を接続させる論理回路)を担うだけの、単純なデバイスだったFPGAですが、いまや製品アプリケーションの中心的な機能 を担うことができるデバイスに、大きく進化しています。
FPGA最大のメリットは、開発期間を短縮できることにあります。
これは、見方を変えれば、設計者がギリギリまで設計を行うことができるようになる、ともいえます。
たとえばFPGAを使った場合の開発と、使わなかった場合の開発では、その開発期間に1/2 ~ 1/3の差が生まれるまでとなっています。少量多品種、製品サイクルの短期化が進んでいる市場の動きに、すばやく追随するには欠かせないデバイスとなっています。
ほかにもFPGAの優れている点をご紹介します。



FPGAの設計フローは、いくつかのステップに分類されます。と言うと、「ステップごとに違う開発ソフトの使い方を勉強しなくてはならないのか?」と心配になるかもしれませんが、そんなことはありません。
FPGAのすべての開発工程は、ひとつのFPGA開発ソフトウェアで行うことができます。また、開発ソフトウェアには、設計に必要な設定を開発ソフトが自動で行う便利な機能も たくさん備えています。
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