技術情報

当社で取り扱っている各種ボード製品に関連する技術情報ライブラリです。
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FPGA

FPGAモデルの違いや開発方法を解説

FPGAとは

▮ Field Programmable Gate Array の略で、フィールドで再構成可能（プログラマブル）な論理回路デバイス
▮ ASICやASSP（専用LSI）と比較して、ユーザがプログラム可能なため柔軟性に優れている
▮ 製造メーカーは、AMD（旧Xilinx）, Intel（旧Altera）が２大FPGAサプライヤでありその他LatticeやMicrochipなども小規模のFPGAをリリースしている
▮ 開発言語はハードウェア記述言語（HDL）を使用して行うが、近年はC言語や機能ブロック（モデルベースデザイン）などの開発手法も実用的になっている
▮ 弊社で取り扱っている製品はほとんどがXilinxのデバイスを使用している

Virtex-7

▮ 2010年にXilinx社がリリースした「7シリーズ」のハイエンドモデルFPGA
▮ Virtex-6の2倍のシステム性能と容量を実現するよう最適化された高性能のFPGA
▮ SSI (スタックドシリコンインターコネクト)テクノロジによって高集積化を実現
▮ 最大200万ロジックセル、VCXOコンポーネント、AXI IP、AMSを統合
▮ 最大2.8Tb/sのシリアル総帯域幅、最大96個の13.1G GT、最大16個の28.05G GT
▮ 5,335GMAC、68Mb BRAM、DDR3-1866対応

Kintex-7

▮ 2010年にXilinx社がリリースした「7シリーズ」のミドルクラスFPGA
▮ Virtex-6の2倍の対価格性能を実現するよう最適化された新しいクラスのFPGA
▮ Virtex-6と同等性能でありながら、コスト・消費電力50%削減を実現
▮ 最大478,000ロジックセル、VCXOコンポーネント、AXI IP、AMSを統合
▮ 最大32個の12.5G GT
▮ 2,845GMACS、34Mb BRAM、DDR3-1866対応

Virtex-6

▮ 2009年にXilinx社がリリースした40nmプロセスのFPGAデバイス
▮ Virtex-5と比較して最大50%の消費電力低減と20%のコストダウンを実現
▮ ロジック用に最適化されたLXT、信号処理用に最適化されたSXT、高速シリアル通信に最適化されたHXTがある
▮ 最大6.6Gbpsで動作可能なGTXトランシーバ
▮ PCI Express Gen2に対応したインターフェイスブロックを内蔵
▮ 10/100/1000 Mb/sイーサネットMACブロックを内蔵

Virtex-5

▮ 2006年にXilinx社がリリースした65nmプロセスのFPGAデバイス
▮ Virtex-4 と同様、ロジック/信号処理/プロセッサ/高速シリアルの各アプリケーションごとに特化したアーキテクチャをとりつつ、より高いパフォーマンスと低消費電力を目指して開発されたFPGA
▮ ロジック用のLX、超高性能ロジック用のLXT、信号処理/ シリアル通信用のSXT、高速シリアル通信を備えたFXT シリーズがある
▮ より柔軟性の増したロジック、DSP 機能
▮ PCI Express エンドポイント内蔵
▮ ギガビットイーサネット MAC 内蔵

Virtex-4

▮ 2004年にXilinx社がリリースした90nmプロセスのマルチプラットフォームFPGAデバイス
▮ ロジック用に最適化されたLX、信号処理用に最適化されたSX、高速シリアル通信に最適化されたFX シリーズがある
▮ Virtex-4 はロジック/信号処理/プロセッサ/高速シリアルの各アプリケーションごとに特化したアーキテクチャをとることで、それぞれの分野で最高のパフォーマンスと最小の消費電力を達成することを目的として開発
▮ 高度なクロック管理と柔軟なメモリ構成
▮ 最高で 6.5Gbps のシリアルトランシーバ
▮ DSP 機能

Kintex-UltraScale

▮ 2014年にXilinx社がリリースした「UltraScaleシリーズ」のエントリークラスFPGA
▮ 対コスト性能に優れたXilinx UltraScaleアーキテクチャFPGA
▮ Kintex-7と比べて単位ワットあたり 2倍以上のシステムレベル性能
▮ モノリシックデバイスと次世代スタックドシリコンインターコネクト (SSI) テクノロジを採用したデバイスの両方で展開
▮ DSPおよびブロックRAMの対ロジック比率が高い
▮ 次世代トランシーバーを搭載

Virtex-UltraScale

▮ 2014年にXilinx社がリリースした「UltraScaleシリーズ」のハイエンドクラスFPGA
▮ 容量および性能共に優れた Xilinx UltraScaleアーキテクチャFPGA
▮ モノリシックデバイスと次世代の SSI テクノロジデバイスの両方で展開
▮ 最高のシステム容量、 帯域幅、 性能を提供
▮ 20nmプロセスルールを採用

Zynq-7000

▮ 2013年にXilinx社がリリースした、ARMプロセッサを統合したシステムオンチップFPGAデバイス
▮ Arm Cortex™-A9 プロセッサと 28nm Artix®-7 ベースのプログラマブル ロジックを統合
▮ 単位ワットあたり優れた性能および最大の設計柔軟性を提供
▮ 6.25Gb/s トランシーバーと一般的なハード ペリフェラルを搭載
▮ XilinxのFPGAで最も低価格なシリーズ

Zynq UltraScale+

▮ 2019年にXilinx社がリリースした「UltraScale+シリーズ」の最高性能SoC FPGAデバイス
▮ プロセッシングに特化したMPSoC、RF-AD/DAに特化したRFSoCがある
▮ TSMC 社の 16FinFET+ プロセス テクノロジを採用
▮ 64 ビットのクワッド コア Arm Cortex-A53 プロセッサ搭載
▮ 次世代 AXI インターコネクト採用
▮ RF データコンバーターと SD-FEC (Soft-Decision Forward Error Correction) を単一の SoC アーキテクチャに統合

Stratix 10 AX

▮ Intel社がリリースした「Stratix 10シリーズ」の最高性能SoC FPGAデバイス
▮ 最大64DSPS超広帯域のAD/DAを内蔵し、ダイレクトRFサンプリングを実現
▮ Intel社の 14nm プロセス テクノロジを採用
▮ 最大1.5GHzのクアッド コア Arm Cortex-A53 MP-Coreプロセッサ搭載
▮ インテル Hyperflex™ FPGA アーキテクチャ採用

Versal ACAP

▮ Xilinx社（AMD社）がリリースしたディープラーニングやAIの処理に特化したFPGAデバイス
▮ スカラープロセッサ, プログラマブルロジック, AI アクセラレータの３種類のエンジンを搭載
▮ TSMC社の7nm FinFETプロセステクノロジを使用
▮ クラウド、無線通信、エッジコンピューティング、自動運転、航空宇宙、防衛など用途別にシリーズ化

FPGA開発手法（VHDL/Verilog）

▮ VHDL/Verilog ハードウェア記述言語を使用してFPGA コードをダイレクトに記述する方法
▮ FPGA 開発用のFPGA デザインキットが用意されており、リファレンスデザインにはユーザアルゴリズムを実装しやすいようにユーザブロックが予め準備されている
▮ ユーザはユーザブロックのエリアのみ開発する事でFPGA にアルゴリズムを実装する事が可能

FPGA開発手法（MATLAB/SimuLink）

▮ Mathworks社のMATLAB/SimuLink とXilinx社のSystem Generatorを使用したモデルベースのFPGA開発手法
▮ VHDL/Verilog 等のハードウェア記述言語を理解されていないユーザでもFPGA の開発が可能
▮ MATLAB/SimuLink によるSimuLink モデルから、System GeneratorでFPGA のコードを生成することが可能
▮ SimuLinkモデル上でシミュレーションを行うことができるため、動作テストが容易になる

FPGA開発手法（IP Integrator）

▮ Xilinx社のVivado統合開発環境に含まれているIPインテグレータというブロックベースの開発手法
▮ IPインテグレータをサポートしたFPGAデザインキットを利用することで、ユーザはブロック図でのモデルベースデザインが可能
▮ PENTEK社のNavigator FDKはIPインテグレータをサポートしている