FPGA 入門へようこそ！

FPGAとは？

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。

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FPGAとCPLDの違い

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。）

PLD : Programmable Logic Device

• プログラム可能な論理回路デバイス
• ユーザの手元で設計＆実装がすべて可能
• 設計変更、仕様変更に即座に対応可能
• 標準部品として購入可能

	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	不揮発性：電源を落としても回路データを保持 インスタント・オン：電源投入後、直ちに動作 単一チップで動作	高性能ハード・マクロを内蔵 PLL メモリ・ブロック DSP ブロック 最先端プロセスによる高集積・高性能化 コンフィギュレーションROMが必要
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

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FPGAの採用例

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。

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の採用事例の詳細を知る　プレスリリース

FPGAを使用するメリット

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。

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FPGA設計方法／手順

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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