FPGA とは

FPGA は、Field Programmable Gate Array の略であり、デバイス内の電子制御機能の大部分を変更できる半導体 IC です。変更は設計エンジニアが行うことも、プリント基板のアセンブリー・プロセス中に行うことも、さらには機器が顧客へ出荷された後、「現場 (Field)」で行うこともできます。

FPGA は、さまざまな種類の電子機器の設計者にメリットをもたらします。具体的には、スマートグリッド、航空機ナビゲーション、自動車運転支援、超音波診断、データセンター検索エンジンなどが挙げられますが、これらもほんの一部に過ぎません。

FPGAの基本がわかる電子冊子『FPGAs for Dummies』(日本語版)や、「スタートガイド」にあるその他のFPGA 入門情報で、FPGA の使用方法や設計方法をご確認いただけます。

FPGA を使用するメリット

メリット

詳細

柔軟性
  • FPGA は、電源を投入しなおすことで、変更した機能で動作させることができます。したがってエンジニアは、新しい構成ファイルをデバイスにダウンロードし、変更の内容を試すだけで、容易に設計変更を行うことができます。
  • ほとんどの場合、FPGA への変更には PC ボードの変更が必要ないため、コストを節約できます。
  • ASSP や ASIC の場合、ハードウェア機能が固定されているため、変更するには多大なコストと時間が必要になります。
市場投入期間の短縮 製品の市場投入までの期間の短縮や、システム・パフォーマンスの向上に威力を発揮します。
  • FPGA デバイスは「汎用品」として販売されます (一方、ASIC の製造サイクルには数カ月を要します)。
  • FPGA の柔軟性により、OEM 各社は設計が正しく機能し、テストが完了した時点で、直ちにシステムを出荷できます。
  • FPGA によって CPU のオフロードと高速化が実現されることで、システム全体の処理速度が向上します。
集積化

現在の FPGA には、オンダイ・プロセッサー、28 Gbps (またはそれ以上) のトランシーバー I/O、RAM ブロック、DSP エンジンなどが含まれています。FPGA 内の機能が増えるほど、基板上のデバイス数が減り、デバイス故障の可能性が低減する分、信頼性が向上します。

総保有コスト (TCO)

  • ASIC は同等の FPGA に比べて単価は低いものの、その構築には、開発費 (NRE)、高価なソフトウェア・ツール、専門の設計チーム、および長い製造サイクルが必要となります。
  • インテル® FPGA では長期のデバイス供給 (15 年以上) をサポートしています。その間、基板上の電子デバイスの 1 つが生産終了 (EOL) になっても、OEM 生産機器の再設計や再認定のコストはかかりません。
  • FPGA なら、プロトタイプ・システムを出荷してフィールド試験を行うことができるだけでなく、大量生産に入る前でも素早い変更が可能であるため、リスクを低減できます。