FPGA のメーカーやチップのモデルは数多くあり、開発プロセス中、特に新製品や新しいプロジェクトが立ち上がるとき、FPGA の選択という問題に直面することがあります。
適切なFPGAモデルをいかに選択するかは非常に重要であり、要件、機能、コスト、メモリ、高速トランシーバーなどのさまざまな要素を評価し、性能とコストのバランスを考慮してFPGAチップを選択する必要があります。
この記事では、【FPGAの選定】の基本的な流れと考慮すべき要素を中心に紹介します。
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FPGA 選択の基本的なプロセス。
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FPGA の選択に関連する要素の詳細な紹介。
1. FPGA選定の基本プロセス
1. 機能要件を決定する
FPGA アプリケーションと機能要件が重要な要素です。
FPGA は通常、高速伝送や、データ ストリーム処理、信号処理、画像処理、オーディオおよびビデオのコーディングとデコーディングなどのカスタマイズされたデジタル回路機能に使用されます。
アプリケーションや機能要件が異なれば、FPGA の仕様や性能要件も異なります。
高速デジタル信号処理には、FPGA に高いクロック周波数と低レイテンシが必要ですが、低電力の組み込みアプリケーションには、FPGA に低消費電力や小型サイズなどの特性が必要です。
2. FPGAリソースの決定
FPGA機能では、おおよそのリソース消費量を見積もる必要がありますが、すでにFPGA機能モジュールがあれば、事前におおよその消費量を計算することが可能です。
新製品、新機能であれば、大まかな経験に基づいて判断するしかありません。
詳細なリソースには、LUT、PLL、BRAM、DSP、GT 高速トランシーバーなどのリソース消費が含まれます。
3. FPGA パフォーマンス指標を評価する
FPGA のパフォーマンス指標は、ターゲットの関数やモジュールが正常に動作できるかどうかに関係します。
一般的なパフォーマンス指標には、クロック周波数、消費電力、ストレージ容量、I/O 速度などが含まれます。特に、このクロック周波数は FPGA の計算速度に関連します。機能モジュールに実行クロック周波数の要件がある場合は、次のことをお勧めします。スピードグレードのチップを選択してください。
4. FPGAのメーカーとチップモデルをスクリーニングする
一般的な海外の FPGA メーカーには、AMD (xilinx)、Inter (Altrea)、Lattice およびその他のブランドが含まれます。
一般的な国内 FPGA メーカーには、Ziguang Tongchuang、Anlu Technology、Gaoyun Semiconductor、Fudan Micro などのブランドが含まれます。
FPGAチップはブランドごとに価格や機能の位置付けが異なるシリーズがあり、リソースの予算に合わせて選ぶことができますので、次の記事で各ブランドと各シリーズのチップについて詳しく紹介していきます。
5. コスト分析と技術サポート
モデルを選択する際には、チップの調達コスト、開発コスト、保守コストなどのコストを考慮する必要があります。
FPGA チップの種類によってコストは大きく異なるため、コスト要素とその他の評価要素を組み合わせて最終的な選択計画を立てる必要があります。
FPGA の開発プロセスではさまざまな問題が発生する可能性がありますが、メーカーが提供する技術サポートは、ユーザーがこれらの問題を解決し、開発サイクルを短縮するのに役立ちます。したがって、FPGA を選択するときは、メーカーのテクニカル サポートの品質とサービスを考慮する必要があります。
第二に、FPGA 選択の主な要素
1. チップリソース
FPGA チップの仕様には、ロジック ユニット、DSP、BRAM、I/O などの数が含まれ、同じ仕様の同じシリーズのチップのモデル、および後続のアップグレード チップを交換できるかどうかが決まります。
これらのパラメータは FPGA のアプリケーション範囲とパフォーマンス指標に直接影響するため、実際のニーズに応じてカスタマイズして選択する必要があります。
ここではザイリンクスを例に挙げます。
たとえば、ザイリンクス シリーズのリソースは次のとおりです。
2. 特殊機能モジュール
一部の FPGA チップには、高速トランシーバー、高速シリアル通信インターフェイス、PCIe インターフェイス、VCU ハードコア エンコーダーなどの特別な機能モジュールが備わっています。これらのモジュールは、特定のアプリケーション シナリオでの設計に優れたパフォーマンスと柔軟性をもたらします。
3. 計算速度
FPGA の計算速度も FPGA チップのパフォーマンスを測定する重要な要素であり、主にチップのスピード グレード (スピード グレード) に依存します。
チップの速度レベルはチップ内部のゲート遅延とライン遅延で決まり、これらはトランジスタの長さLと容量Cに関係しますが、最終的にはチップの製造プロセスに依存します。
チップのスピードグレードは特別に設計されたものではなく、チップの製造後に実際のテストを通じて調整されます。
チップ生産量全体に対する高速チップの割合は非常に低いため、一般的な価格もそれに応じて高くなります。
デバイスのスピード グレードを選択するときの基本原則は、アプリケーション要件を満たす場合には、より低いスピード グレードのデバイスが優先されるということです。
適切な低速デバイスを選択すると、コストを効果的に削減できるだけでなく、製品の安定性と信頼性も確保できるためです。
4. 消費電力
FPGA チップの消費電力は重要な考慮事項です。
低電力 FPGA チップはモバイル デバイスなどの電力が限られたアプリケーションに適していますが、高性能アプリケーションでは通常、より大きな消費電力のサポートとより高性能のチップが必要です。
5. コスト要因
FPGA チップを選択する際には、ハードウェアの仕様とパフォーマンスに加えて、コストも考慮すべき重要な要素です。
コストには、チップの調達コスト、開発コスト、トレーニングコスト、保守コストなどが含まれ、妥当なコスト範囲内で設計要件を確実に満たすために、すべてを総合的に考慮する必要があります。
3. まとめ
この記事では、FPGA を選択する基本的なプロセスと主な要素を紹介します。FPGA チップを決定する際には、機能要件、FPGA リソース、性能指標、メーカーとチップ モデル、さらにコスト分析と技術サポートを考慮する必要があります。その中で、FPGAチップの仕様には、ロジックユニット、DSP、BRAM、I/Oなどの数が含まれます。同時に、特殊機能モジュール、計算速度、消費電力、コスト要因も考慮する必要があります。FPGAチップを選択する際には、データストリーム処理、信号処理、画像処理、オーディオおよびビデオコーデック、高速伝送やカスタムデジタル回路機能に適したその他のシナリオなど、実際のニーズに応じてカスタマイズした選択を行う必要があります。同時に、メーカーが提供する技術サポートの品質とサービスも考慮する必要があります。上記の要素を組み合わせることで、設計要件を満たし、妥当なコスト範囲内に収まるように最終的な選択スキームを決定できます。
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この記事はFPGAの入門から独創性の習得までを目的としていますが、ご質問がございましたら、コメント欄にてお問い合わせください。
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