FPGAについて

久々にFPGAを弄りたくなったので、最近のFPGA事情について書いてみる。
どうせなら生成AIも活用しながらまとめてみる。
Geminiにから得た回答にコメントしていく。

FPGAとは
主要なベンダー

FPGAとは

FPGAは、「Field Programmable Gate Array」の略で、何度も書き換え可能な電子回路。
簡単に言うと、設計者が自由に回路を組み合わせて、様々な機能を実現できる電子部品のこと。

FPGAの特徴

柔軟性が高い:
- ソフトウェアのように、回路を書き換えることで、様々な機能を実現できる。
- 新しい機能が必要になった場合でも、ハードウェアを交換することなく、ソフトウェアを更新するだけで対応できます。回路の設計図を差し替えると再構成可能になる。
高速性:
- マイクロプロセッサよりも高速な処理が可能。
- 特に、並列処理やデジタル信号処理など、高度な計算処理に優れている。
消費電力が低い:
- 必要な機能だけを稼働させることができるため、消費電力を抑えることができる。
カスタマイズ性が高い:
- 独自の回路を設計することで、他にはない製品を作ることができる。

→全般的にASICで作ったマイコンと比較して　という前提での特徴になっている。
ASICでのカスタム回路と比較すると柔軟性以外は劣るだろう。

FPGAの用途

FPGAは、その高い柔軟性と性能から、様々な分野で活用されている。

通信機器:
- 5G通信基地局、ルーター、スイッチなど
画像処理:
- カメラ、医療画像処理装置など
人工知能:
- 機械学習、ディープラーニングのアクセラレータなど
自動車:
- ADAS（先進運転支援システム）、車載ネットワークなど
産業機器:
- ロボット制御、モーター制御など

FPGAのメリット

開発期間の短縮:
- ソフトウェア開発と同様に、試行錯誤を繰り返しながら開発を進めることができる。
  ↑これが一番の魅力
コスト削減:
- 汎用的なプロセッサを使用する場合と比較して、コストを抑えることができる。
  ↑ケースバイケースな気がする。デバイス一個当たりの単価は割高。
高性能化:
- 独自の回路を設計することで、高い性能を実現できます。

FPGAのデメリット

開発難易度が高い:
- 回路設計の知識が必要であり、開発には専門的なスキルが求められます。
開発環境の構築が複雑:
- 開発ツールやボードの準備など、開発環境の構築には手間がかかります。

ここら辺はSWエンジニアからの視点だと思う。

まとめ

FPGAは、ハードウェアとソフトウェアの両方の特徴を併せ持つ、非常に柔軟性の高い電子部品です。しかし、開発には専門的な知識が必要であり、誰でも簡単に扱えるものではありません。

主要なベンダー

FPGAベンダーについて
2強はもちろん最近はLatticeとかの中堅も伸びてきているらしい。

Xilinx

FPGAを中心としたプログラマブルロジックデバイスを開発しているアメリカの半導体メーカー。AMDに買収され、現在ではAMDの一部門となっている。

2強の一角、データセンター向けにハイエンドに注力。
そのためSoC＋FPGA構成に注力していて、単純なFPGAのみの構成は最近手薄な印象。

ZynqとかVersalが有名。
ツールは、vivadoは視覚的に優れていてとっつきやすい。けどバグも多い印象。
最近は中規模向けに戻ってきつつあるとかなんとか。

Altera

インテルによって買収され、インテルのFPGA部門となった。この買収により、インテルはFPGA分野における競争力を大幅に強化し、データセンターやネットワーク機器など、様々な分野での応用を加速。

Xilinxと並ぶ代表メーカー。
CyclonとかAgilexが有名だけど、intelの迷走のせいで、また上場するとか言われている。
ツールは、Quartusで、vivadoよりは質素な印象だけど使い勝手はいいと思う。
内部バスに独自規格のavalonを使うせいで、汎用性は下がっている。悪くない規格だと思うけどAMBAがデファクトになっているから仕方ない。