FPGA大手2社が、英ARM社のCortex-A9を集積したFPGAの量産出荷を開始して1~2年が経過した。開発案件の数は順調に増加中。現在、ハードウエアとソフトウエアの開発フローは独立しているが、今後は2つのフローが接近・交差する。ソフトウエア開発者がハードウエアの改修を要求したり、ハードウエア設計者がOSのブートまで面倒を見たりするケースが増えそうだ。
「部品点数が減り、機器の小型化と低消費電力化が図れるので、出荷開始とほぼ同時に採用した」(通信機器メーカー)。「顧客の既存のボードにSH-4プロセッサーとFPGAが載っていた。先のないSH-4をARMプロセッサーに置き換えるタイミングで採用を提案したところ、受注に成功した」(FPGAの設計受託会社)。FPGAに、英ARM社のCPUコアとその周辺機能を集積した「SoC型FPGA」の設計件数が着実に増えている。ここ1~2年の間に、FPGA大手の米Xilinx社が「Zynq-7000」の、続いて米Altera社が「Cyclone V SoC」と「Arria V SoC」の量産出荷を開始し、チップが調達しやすくなった。
FPGAは、1985年にXilinx社が最初の製品(XC2064)を出荷してから、今年で30年目を迎える。当初は手元でプログラム可能な論理ブロックとI/Oブロック、配線素子だけを集積する、純粋な意味での汎用チップだった。その後、アプリケーションの要求に基づいて、プログラマブル論理とは別に、半導体マスクのレベルで最適化されたハードマクロ(ハードワイヤド回路)が続々と集積されていった(図1)。
積和演算器や乗算器の集積は、FPGAの内部リソースの使用効率を引き上げ、画像処理ボードや通信ボードを開発しやすくした。SerDes(serializer/deserializer)やクロック/データリカバリー、PCI Expressインターフェースといった回路の集積は、伝送線路設計の手間を軽減し、高速データ伝送ボードの開発手法を変えた。
さらにFPGAはCPUコアを取り込むことにより、ハードウエア設計だけでなく、ソフトウエア開発にも影響を与えるチップになりつつある。
本稿では、SoC型FPGAの開発技術の動向と、開発企業の業務に与える影響について述べる。