FPGAとは・選び方｜SRAM・フラッシュ・OTPの違いと品番仕様

FPGAとは：仕組みと用途

FPGAはField Programmable Gate Arrayの略です。制御信号の変換、通信データの処理、画像や波形の並列演算などを回路として組みます。CPUが命令を実行するのに対し、FPGAでは処理を受け持つ論理回路のつながりを設計します。

FPGAの比較ページでは、基板に載せるFPGA素子を品番ごとに比べます。CPU内蔵SoC、評価ボード、モジュール、受託設計、代理店が販売する他社製品は含めていません。

構成データの保持方法で選ぶ

• SRAM型は、電源を入れるたびに構成データを読み込みます。AMDのXC7A35T・XC7A100Tは、外部フラッシュなどの起動回路も合わせて設計します
• フラッシュ・不揮発構成型は、構成データを機器内に保持します。GOWINのGW1N-9、MicrochipのM2GL010・MPF100Tがこの区分です
• OTP・NVCM内蔵型は、一度だけ書き込む不揮発メモリを持ちます。ルネサスのSLG47910・SLG47912とLatticeのiCE40 UltraPlusは、外部SPIからの構成にも対応します

OTPやNVCM そのものは書き換えられません。試作中は外部から構成し、量産時に内蔵メモリへ固定するなど、開発と出荷後の更新方法を先に決めます。iCE40はSRAM型の論理回路とNVCMを組み合わせており、「論理回路の方式」と「起動データの保存先」は分けて読みます。

出典：AMD DS180、Lattice iCE40構成方法、Microchip IGLOO2製品資料⁠。

論理規模と内蔵メモリ

• AMDのXC7A35Tは、ロジックセルが33,280、BRAMが1,800Kbです。XC7A100Tは、ロジックセルが101,440、BRAMが4,860Kbです
• GOWINのGW1N-9は、8,640 LUT4と468KbitのBSRAMを備えます。GW2A-18は、20,736 LUT4と828KbitのBSRAMです
• LatticeのiCE40UP5K-SG48Iは、5,280 LUTと120kbのEBR、1,024kbのSPRAMを備えます
• ルネサスのSLG47910は、1,120個の5入力LUTと32kbのBRAM、5kbの分散メモリを備えます

LUT（Look Up Table）・LE・ロジックセルは数え方が違います。数だけで性能の順番を付けず、使う演算器、RAMの読書き方法、必要なタイミングを各社の設計ツールで確認します。

出典：AMD DS180、GOWIN GW1Nデータシート、GOWIN Arora II、Latticeデータシート、SLG47910データシート⁠。

I/O数はパッケージまで確認する

• SLG47910のGPIOは、STQFNで19本、WLCSPで16本です。同じデバイスでも外へ出せる信号数が変わります
• XC7A35Tの最大I/O数は、250です。これはデバイス全体の最大値で、どのパッケージでも使える本数ではありません
• iCE40UP3K-UWG30ITRはWLCSP、iCE40UP5K-SG48IはQFNです。実装方法と端子割付を合わせて選びます

電源電圧、差動信号、構成用端子、専用機能の端子を先に割り当てます。比較表の最大I/O数をそのまま自由に使える端子数として扱わず、注文するパッケージのピン表を確認します。

速度と消費電力を混ぜずに読む

• SLG47912の50MHzは、内蔵発振器の周波数です。設計したすべての回路がその周波数で動くことを示す値ではありません
• MPF100Tの12.7Gb/sは、トランシーバーの上限です。内部論理回路の動作周波数とは別です
• SLG47910のコア電流typ.14μAは、スリープ時かつBRAMの給電を止めた条件です。I/O電源を含む機器全体の動作時消費電力には置き換えられません

回路の動作周波数は、速度グレードと合成・配置配線後のタイミングで確かめます。電源設計では、動作状態、温度、I/O負荷、使うメモリや演算器を揃えて見積もります。

出典：SLG47912データシート、PolarFire製品資料、SLG47910データシート⁠。

価格と注文型番

取得した公式資料に、掲載品番の単価の記載はありません。デバイス名だけで見積もりを取らず、パッケージ、速度グレード、温度グレード、数量、必要な納期を揃えます。外部構成メモリや電源回路も含めて、機器としての部材費を確かめます。