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リソースに制約のあるアプリケーションでのFPGAの使用方法 (DigiKey社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介)
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MAIL MAGAGINE No. 2046 2025. 8. 12 |
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リソースに制約のあるアプリケーションでのFPGAの使用方法 (DigiKey社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介) |
| 「アプリケーションラボ」は、DigiKey社のご協力をいただいて、DigiKey社が公開している新製品や技術情報を日本語でご紹介するWebページです。基礎技術から最新技術まで有益な情報を公開していますので、是非ご活用ください。 今回は、リソースに制約のある組み込みシステムに適したFPGAを選択する際に考慮すべき事項とAltera社製の低消費電力で低コストのFPGAについて解説した記事をご紹介します。 ■リソースに制約のあるアプリケーションでのFPGAの使用方法 FPGA(Field Programmable Gate Array)は、ユーザーが自由に回路を設計して書き込むことができるプログラム可能なデバイスです。組み込み機器でFPGAを使用すると、プリント基板を作成する手間もサイズもコストも大幅に削減することができます。 従来、AlteraとXilinxがFPGAの2大メーカーでしたが、Alteraは2015年にIntelに買収され、Xilinxは2022年にAMDに買収されています。AlteraはIntelのFPGA部門となり、Alteraという名称は消えてしまったのですが、2024年になりIntelは株式の上場を目的にFPGA部門をAlteraという名称の別会社で復活させると発表しました。 そして、2025年1月1日にAlteraはIntelの独立した子会社となりました。さらに、Intelは2025年4月14日にAlteraの株式の51％をテクノロジー投資会社のシルバーレイクに売却すると発表しました。これにより、残りの株式を保有するIntelが大きな権限を持ってはいますが、AlteraはIntelとは独立した企業として新たに再出発することになりました。 現在のAlteraが持つFPGAのラインナップにはAgilex、Stratix、Arria、MAX、Cycloneなどがありますが、リソースに制約のある組み込みシステムに適したFPGAは、Agilex 3、Cyclone V、Cyclone 10 LP、MAX 10の4つのファミリです。Agilex 3とCyclone Vには、FPGAのみのバージョンとArmプロセッサコアを内蔵したSoCバージョンがあります。 Agilex 3が最も高性能で、2.8 INT8 TOPSのAI推論性能を持つハードウェアアクセラレータであるAIテンソルブロックを搭載しています。そのほか、180GFLOPSの浮動小数点演算が可能なDSPブロック、12.5Gbpsの高速通信用トランシーバなどを備えています。SoCバージョンには、800MHzで動作するデュアルコアのArm Cortex-A55を搭載しています。 Cyclone Vはミドルレンジ向けですが、最大300Kのロジックエレメント(LE)と最大288本のI/Oピンを利用でき、複雑で大規模な回路を構築することができます。また、9×9の3倍と18×18の2倍の固定小数点乗算、27×27の固定小数点または浮動小数点乗算をサポートする可変精度DSPブロックを実装しています。SoCバージョンには、600MHzで動作するデュアルコアのArm Cortex-A9を搭載しています。 Cyclone 10 LPもミドルレンジ向けですが、コストと電力効率を両立させた低価格のFPGAで、最大120KのLEと最大525本のI/Oピンを利用できます。真のLVDSトランシーバとオンチップターミネーション(OCT)を内蔵し、高速デジタルインターフェースに対応します。 MAX 10はスペースと消費電力に制約のある用途に適したFPGAで、LEは2K～50K、最大2個の12ビットA/Dコンバータ、18×18とデュアル9×9固定小数点用乗算器ブロックなどを搭載しています。そのほかの特長として、単電源で動作し、スリープモードでは消費電力を最大95%削減でき、オンチップフラッシュにより電源を切ってから10ms以内に動作を再開できます。 【アプリケーションラボ】の解説記事では、FPGAを選択する際に考慮すべき事項について解説した後、Altera製の組み込み機器に適したFPGAを紹介しています。 ここで解説されているデバイスは、マルツオンラインのウェブサイトで購入できますので、是非参考にしてください。
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