PLD/FPGA　広がる市場、進む技術革新

ＡＶ機器から車載、産業機器まで適用範囲が拡大

　回路構成を変更できる半導体デバイスＰＬＤ（プログラマブル・ロジック・デバイス）の市場が拡大している。背景にはスマホで代表されるモバイル端末など電子機器の多様化や製品ライフサイクルの短期化がある。中でも代表的なＰＬＤであるＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）は、技術革新がめざましく、その適用範囲が広がっている。

　ＰＬＤ／ＦＰＧＡの動向

　ＰＬＤは製造後に購入者や設計者が構成を設定できる集積回路で、現場でプログラムが可能なことが大きな特徴。ＰＬＤは代名詞的なＦＰＧＡのほかＳＰＬＤ（シンプル・プログラマブル・ロジック・デバイス）と高密度のＣＰＬＤ（コンプレックス・プログラマブル・ロジックデバイス）がある。

　ＰＬＤの用途は、民生のＡＶ機器、モバイル、車載機器、産業機器など様々な電子機器に広がっている。ＡＳＩＣ（特定の用途向けに複数機能の回路を１つにまとめた集積回路）やＡＳＳＰ（分野・アプリケーションを限定して、機能・目的を特化させたＬＳＩ）を用いた回路設計に比べて柔軟性が高いことがある。

　電子機器の回路設計においては、その途中で急に仕様が変更されることも少なくない。機能の拡張や追加が途中で必要となった場合、ＡＳＩＣやＡＳＳＰでは、チップが完成するまでの期間が、その分長くなることが多い。これに対して、ＰＬＤを用いていれば、チップ完成までのロスタイムを最小限に抑えつつ、回路の変更も柔軟に対応することができる。

　半導体におけるＰＬＤ／ＦＰＧＡの位置付け

　電子機器にはメモリー、マイクロプロセッサ、ロジックという３種類の基本的なデバイスがある。メモリーデバイスはスプレッドシートやデータベースの内容をランダムな情報として格納する。マイクロプロセッサは、ソフトウエアのインストラクションを実行して、ワードプロセッシングプログラムやビデオゲームといつた多様なタスクを処理する。

　ロジックデバイスは、デバイス間の接続、データ通信、シグナルプロセッシング、データ表示、タイミングとコントロール操作、その他通常システムに合まれる機能のほとんどを実行することができる。

　ロジックデバイスは２つの種類があり、固定されたロジックおよびＰＬＤに大別できる。ＰＬＤの設計では、ソフトウエアツールを使用して、短時間にデザインを開発、シミュレート、テストできる。

　ＡＳＩＣとＰＬＤ／ＦＰＧＡの価格差縮小、量産拡大

　ＰＬＤ／ＦＰＧＡの回路設定は一般にハードウエア記述言語（ＨＤＬ）を使って指定する。出荷後に機能を更新でき、設計面で部分的に再構成できる。 　従来は、ＡＳＩＣやＡＳＳＰといったロジックデバイスに比べＰＬＤは割高で、最終製品への搭載は現実的ではなかった。ただ、ロジックデバイスの微細加工レベルがナノクラスに達した現在では、マスクなどの初期製造コストが飛躍的に増加。年間数千〜数万個程度の生産規模であれば、ＡＳＩＣとＰＬＤの価格差は大きく縮小した。生産数量の比較的小さい通信機器や産業機器といった分野を中心にＰＬＤの量産使用が拡大している。

　ＡＲＭなどプロセッサコア搭載

　各ＦＰＧＡメーカーは、より幅広い用途でＰＬＤ／ＦＰＧＡが使用できるよう積極的な技術・製品開発を展開している。その一つが、ＦＰＧＡデバイスにプロセッサコアを搭載する動きである。回路変更可能なロジックとともにＡＲＭコアなど汎用プロセッサを混載した製品の出荷が始まっている。