FPGA 入門

FPGAとは

フィールド プログラマブル ゲート アレイ (FPGA) はコンフィギュラブル ロジック ブロック (CLB : プログラム可能なロジック ブロック) のマトリクスをベースにした、プログラマブル インターコネクトを用いてプログラムすることが可能な半導体デバイスです。特定のデザインに応じて製作される特定回路向け集積回路 (ASIC) とは対照的に、 FPGA は目的のデザインや要求機能に応じてプログラムすることができます。

ワンタイム プログラマブル (OTP) FPGA も提供されていますが、デザインの発展につれて再プログラム可能な SRAM ベースの FPGA が広く支持されています。

以下の青くハイライトされた箇所にカーソルを重ねると詳細がご覧いただけます。

図 1

FPGA ブロック 構造

FPGA 標準機能

現在 FPGA は基本性能において非常に進化したプロセッシング機能を持ち、RAM やクロック マネジメント、 DSP といった一般的に使用される機能のハード (ASIC タイプ) ブロックを統合しています。 以下は FPGA の標準的な構成です。

コンフィギャラブル ロジック ブロック (CLB)

コンフィギュラブル ロジック ブロック は FPGA の基本単位です。デバイスにより個数や機能はさまざまですが、それぞれの CLB は 4 または 6 入力、 回路 (MUX 等)、フリップフロップによる設定可能なスイッチ マトリクスと構成されています。スイッチ マトリックスは柔軟で組み合わせロジック、シフト レジスタまたは RAM を扱うことを可能にする設定が可能です。より詳細な構造は対象デバイスのデータシートでご覧いただけます。

インターコネクト

CLB はロジックの性能を提供しますが、柔軟なインターコネクト ルーティングは CLB 同士および CLB と I/O の間を配線します。ルーティングには CLB の間を接続するものから、クロッキングや他のグローバル信号に接続しているグローバル低スキューからデバイスにまたがる水平または垂直方向高速ロングラインまでいくつかの種類があります。デザイン ソフトウェアで配線処理を自動化したことによりデザインの複雑さが大きく軽減されました。

SelectIO (IOB)

現在 FPGA は 12 種類以上の I/O 規格をサポートをし、システムに最適なインターフェイス ブリッジを提供しています。FPGA の I/O はバンク内でグループ化されており、それぞれのバンクは独立して異なる I/O 規格をサポートすることが可能です。現在、最先端の ＦＰＧＡ は 12 種類以上の I/O バンクを提供し、より柔軟な I/O サポートを可能にしています。

メモリ

エンベデッド ブロック RAM メモリはほとんどの FPGA で提供されており、オンチップ メモリをデザインに組み込むことが可能です。ザイリンクス FPGA は真のデュアル ポート オペレーションをサポートしている 36 kbit ブロックで最高 10 Mbit のオンチップ メモリを提供しています。

完全なクロック マネージメント

デジタル クロック マネジメントは業界に流通しているほとんどの FPGA で提供されています（ザイリンクスのすべての FPGA は本機能搭載）。ザイリンクスが提供する最新の FPGA はジッタ縮小とフィルタリングを合わせた精密なクロック合成を実現するデジタル クロック マネジメントと PLL の両方を提供します。

FPGA のソリューション、アプリケーションおよびアプリケーション情報

プログラム可能な性質により、 FPGA は多くの異なる市場に適合します。業界リーダとして、ザイリンクスは FPGA デバイスの包括的なソリューション、高度なソフトウェア、設定変更可能ですぐに使用できる IP コアを市場に提供しました。

アプリケーション情報

• 航空宇宙/高信頼性製品
  画像処理、波形発生、SDR 対応のパーシャル リコンフィギュレーションのための放射線耐性のある放射硬化 FPGA と IP コア
• オートモーティブ
  快適さや便利さを提供するゲートウェイおよびドライバー補助システムおよび車載インフォテイメント対応のオートモーティブ シリコンと IP ソリューション
• ブロードキャスト
  ビデオやオーディオがスタジオからプロダクションを経て視聴者にいたるまでのブロードキャスト チェーンをカバーする広範な分野に対応するソリューション
• 民生機器
  集中型のハンドセット、デジタル フラット パネル ディスプレイ、情報機器、ホーム ネットワーキング、家庭向けセット トップ ボックスなどの次世代フル機能の民生機器アプリケーションを実現する経済的なソリューション
• 産業 / 科学分野と医療機器
  インダストリアル オートメーション、モーター制御、ハイエンドの医療画像などの分野での特殊なニーズや課題に対応する産業用 ソリューション
• ストレージとサーバー ソリューション
  ネットワーク アタッチド ストレージ (NAS)、ストレージ エリア ネットワーク (SAN)、サーバー、ストレージ機器などのためのデータ プロセッシング ソリューション
• ワイヤレス通信
  WCDMA、HSDPA、WiMAX、およびその他の規格に対応するワイヤレス装置の RF、ベース バンド、コネクティビティ、トランスポート、ネットワーキング ソリューション
• ワイヤード通信
  リプログラマブル ネットワーキング ラインカード パケット プロセッシング、フレーマ/MAC、シリアル バックプレーンなどのための End-to-end ソリューション

テクノロジ ソリューション

• DSP
  ザイリンクス XtremeDSP™ は、 航空宇宙および高信頼性製品、デジタル通信、マルチメディア、ビデオ、画像処理用の高性能 DSP アプリケーションの開発に有用なソリューション
• エンベデッド プロセッシング
  ザイリンクスは、お客様それぞれのユニークなエンベデッド アプリケーションに対応する 画期的で柔軟なプロセッシング ソリューションを提供

その他の情報

• FPGA vs ASIC
     それぞれのアドバンテージの概要
• FPGA リソース入門
     FPGA デザイン環境およびサポート用リソースの概要
• ザイリンクスが提供する FPGA
     お客様のデザインに最適なＦＰＧＡの選択