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。

FPGA

FPGAモデルの違いや開発方法を解説

FPGAとは

FPGAイメージ
  • 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、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

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Virtex-7イメージ
  • 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

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Kintex-7イメージ
  • 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

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Virtex-6イメージ
  • 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

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Virtex-5イメージ
  • 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

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Virtex-4イメージ
  • 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

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KintexUltrascaleイメージ
  • 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

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VirtexUltrascaleイメージ
  • 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

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Zynqイメージ
  • 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+

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ZynqUltrascale+イメージ
  • 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

FPGA開発手法(VHDL/Verilog)

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VHDLイメージ
  • 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)

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Simulinkイメージ
  • 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)

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Navigatorイメージ
  • 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
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