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FPGA とは?

FPGA は Field Programmable Gate Array の略で、 デバイス内の電子制御機能の大部分を変更できる半導体 IC です。変更は設計エンジニアが行うことも、プリント基板のアセンブリー・プロセス中に行うことも、さらには機器が顧客へ出荷された後、「現場 (Field)」で行うこともできます。

FPGA は、さまざまな種類の電子機器の設計者にメリットをもたらします。具体的には、スマートグリッド、航空機ナビゲーション、自動車運転支援、超音波診断、データセンター検索エンジンなどが挙げられますが、これらもほんの一部に過ぎません。 

FPGA を使用するメリット

利点

詳細

柔軟性
  • FPGA は、電源を投入しなおすことで、変更した機能で動作させることができます。したがってエンジニアは、新しい構成ファイルをデバイスにダウンロードし、変更の内容を試すだけで、容易に設計変更を行うことができます。
  • ほとんどの場合、FPGA への変更には PC ボードの変更が必要ないため、コストを節約できます。
  • ASSP や ASIC の場合、ハードウェア機能が固定されているため、変更するには多大なコストと時間が必要になります。
市場投入期間の短縮

製品の市場投入までの期間の短縮や、システム・パフォーマンスの向上に威力を発揮します。

 

  • FPGA は「汎用品」として販売されます (一方、ASIC の製造サイクルには数カ月を要します)。
  • FPGA の柔軟性により、OEM 各社は設計が正しく機能し、テストが完了した時点で、直ちにシステムを出荷できます。
  • FPGA によって CPU のオフロードと高速化が実現されることで、システム全体の処理速度が向上します。
集積化

現在の FPGA には、オンダイ・プロセッサー、28 Gbps (またはそれ以上) のトランシーバー I/O、RAM ブロック、DSP エンジンなどが含まれています。FPGA 内の機能が増えるほど、基板上のデバイス数が減り、デバイス故障の可能性が低減する分、信頼性が向上します。

総保有コスト (TCO)
  • ASIC は同等の FPGA に比べて単価は低いものの、その構築には、開発費 (NRE)、高価なソフトウェア・ツール、専門の設計チーム、および長い製造サイクルが必要となります。
  • インテル® FPGA では長期のデバイス供給 (15 年以上) をサポートしています。その間、基板上の電子デバイスの 1 つが生産終了 (EOL) になっても、OEM 生産機器の再設計や再認定のコストはかかりません。
  • FPGA なら、プロトタイプ・システムを出荷してフィールド試験を行うことができるだけでなく、大量生産に入る前でも素早い変更が可能であるため、リスクを低減できます。

その他のリソース

重要なワークロードの高速化を可能にし、規格の進化または要件の変更への適応を支援するカスタマイズ可能なデバイスです。

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初めて FPGA を使用する場合

FPGA の基本が分かる電子書籍「FPGAs for Dummies」(日本語) や、「スタートガイド」にあるその他の FPGA 入門情報で、FPGA の使用方法や設計方法を解説します。

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