もっと知りたい！「MAX 10 FPGA」 - 半導体事業

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製品ピックアップ FPGA/CPLD/ASIC Intel® Programmable Solutions Group (現 Altera Corporation)

インテル^®社の MAX^® 10 FPGA の魅力を分かりやすく解説します。更に詳細な情報が必要な方はインテル社のハンドブックをご参照ください。

インテル社の MAX 10 FPGA は、CPLD よりも 2世代以上微細化したプロセスを採用することで、高速性と集積度を大幅に向上した不揮発性の FPGA です。

従来のFPGA 周辺に必要だった多くの機能を１チップに集積（インテグレーション）したことで、周辺機能を外部に配置する方法と比べて、基板面積を最大で 50%削減できます。

搭載 LE 数は最大で CPLD の約23倍、その他にコンフィギュレーション用のフラッシュ・メモリ、DSP、SRAM、PLL、ADC、発振器などを 1チップに搭載し、ソフトコア・プロセッサ Nios^®　II の搭載や DDR3 メモリとのインタフェースが可能です。

特長

ハードウェアで搭載している機能

コンフィギュレーション・メモリ

FPGA は電源を切るとコンフィギュレーション・イメージが無くなります。MAX 10 FPGA は電源を投入する度にフラッシュ・メモリに格納したコンフィギュレーション・イメージを自動で FPGA へ転送して動作します。

コンフィギュレーション用のフラッシュ・メモリを内蔵しているので外部にコンフィギュレーション・メモリは不要です。
電源を投入すると数ms以内に動作を開始します（インスタント・オン）。
電源を落としてもコンフィギュレーション・イメージは失われません（不揮発）。
フラッシュ用のプロセスを採用したので、フラッシュ・メモリへの再プログラミング（消去&書き込み）が最大で１万回も可能です。
コンフィギュレーション以外にユーザが使用できる領域 ( UFM (ユーザ・フラッシュ・メモリ))が最大で 736Kbあります。
コンフィギュレーション・イメージを２つ格納（デュアル・コンフィギュレーション）できて、それらをダイナミック（動作中）に切り替えができます。

< 特長を生かした利用例 >

出荷時のコンフィギュレーション・イメージを片方の領域に入れて、システム・アップグレード時の新しいイメージはもう一方の領域に入れます。もし、アップグレード後に問題が起こった際は出荷状態に切り替えることができます（フェイルセーフ・アップグレード機能)。
人がボタンを押す時間(数百ms)よりも大幅に短いコンフィギュレーション時間(数ms)を利用して、ボタンを押す毎に２つの機能を切り替えることができます。（フラッシュ・メモリの読み出しは回数制限がありません）。

LE (ロジック・エレメント)

MAX 10 FPGA は最大で 5万個の LE を搭載しています。MAX V CPLD の最大 LE 数が 2,210個なので約23 倍も大きくなりました。

LE は論理回路を作るための FPGA の部品です。これを使えばプロセッサも作ることができるので、高性能なマイコンを作ることもできます。

アナログ・ブロック

最大 18 チャネル入力の 12 ビット、1Msps（百万サンプル数/秒）の ADC (アナログ-デジタル・コンバータ)と補正用の TSD（温度センシングダイオード）を搭載しています。

音声や各種センサーからのアナログ信号を ADC でデジタル信号に変換してからデジタル処理することができます。

内蔵メモリ

最大で1.6Mbの SRAM を搭載しています。
コンフィギュレーション・メモリの項にも記載していますが、 UFM も最大736Kb利用できます。

DSP (Digital Signal Processor)・ブロック

18x18 の乗算器(マルチプライヤ)なら最大 144個、9x9 の乗算器なら 2倍の 288 個まで構成できる DSP を搭載しています。

乗算器は LE でも作ることができますが、 18x18の乗算器1個で数百個のLE を使用します。よって、乗算器を作るために最適化した部品「DSP」を使うと、 LE を使わずに、LE よりも高速な乗算器を作ることができます。

オシレータ（発振器）

クロック信号を生成するオシレータを内蔵しています。
電源を入れるだけで動作するので、ウォッチドッグ・タイマーやスリープ・コントローラに利用できます。

グローバル・クロック・ライン

最大で 20本のグローバル・クロック・ラインを搭載しています。
グローバル・クロック・ラインは、直接 LE や DSP などの各セルにつながっている遅延とスキューが小さい配線です。
ファンアウトが大きい（LE等の多くのセルに接続されている）クロックやリセット信号に使います。

PLL (Phase Locked Loop : 位相同期回路)

クロック信号を分周／逓倍、位相を合わせる PLL を最大 4個搭載しています。

PLL は１つのクロック信号から周波数が異なる 10 種類の安定した内部クロックと2種類の外部クロック信号を生成できます。

AES (Advanced Encryption Standard)

フラッシュ・メモリと FPGA を１つのチップ上に搭載していますので、外部にフラッシュ・メモリを置くよりも構造的にセキュリティには強い製品ですが、更にコンフィギュレーション・データを暗号化するための 128 ビットの AES を搭載しています。

I/O

3.3V、LVDS、mini-LVDS、PCI 、その他 30 以上の I/O を標準でサポートします。

EMIF (外部メモリ・インタフェース)

IP で提供されたコントローラを使って、SRAM、DDR2/3 や LPDDR2 などの外部に置いたメモリとインタフェースをとることができます。

電圧レギュレータ

2.5V と 1.2V の 2つの電源を供給する製品と 3.3V (または3V) の単一電源製品があります。

単一電源製品は内蔵したレギュレータで、FPGA コアに必要な 2.5V と1.2V 電源を生成しますので　外部に必要な電源デバイス数を削減できます。2電源製品は2つの電源が必要になりますが、パフォーマンスが高くなります。

その他の機能やパッケージ

スリープ・モード

動作が不要な時はクロックや I/O を止めて、最大で 95% もの電力を削減するスリープ・モードをサポートします。

ダイナミック入力バッファ・ディセーブル機能

FPGA を再度コンフィギュレーション（リコンフィギュレーション）せずに、動作中に双方向バッファの入力バッファ部分を自動で止めることができます。

これにより、例えば DDR3 のアイドル状態や書き込み中で入力バッファが不要な時に、動的（動作中）にパワーダウンが行われます。また、LVDS の場合はユーザ側でON/OFFをコントロールすることができます。

Nios II

LE 数の増大と高速化により、32ビットのソフトコア・プロセッサ Nios II を搭載できるようになりました。
マイコンと違って、Nios II のペリフェラルは LE を使って自由に作ることができます。

パッケージ

スペース制約の厳しいシステムに有効な 3mm²の WLCSP (ウェハ・レベル・チップ・サイズ・パッケージ) から
最大ユーザ I/O 数が 500 本の FBGA パッケージまでご用意しています。

製品とパッケージ一覧

製品一覧

	10M02	10M04	10M08	10M16	10M25	10M40	10M50
LE (ロジック・エレメント) 数	2,000	4,000	8,000	16,000	25,000	40,000	50,000
内蔵メモリ (SRAM)(Kb)	108	189	378	549	675	1,260	1,638
UFM (ユーザ・フラッシュ・メモリ)(Kb)	12	16–156	32–172	32–296	32–400	64–736	64–736
DSP (18x18 ビット乗算器)数	16	20	24	45	55	125	144
PLL数	1or2	1or2	1or2	1or4	1or4	1or4	1or4
内部コンフィギュレーション	シングル	デュアル	デュアル	デュアル	デュアル	デュアル	デュアル
ADC/TSD 数	-	1/1	1/1	1/1	2/1	2/1	2/1
EMIF	○	○	○	◎	◎	◎	◎

注1：PLL/ADC/TSDなどの個数は、パッケージの種類によって異なります。
注2：EMIF の ○ ⇒ SRAM
注3：EMIF の ◎ ⇒ SRAM, DDR3 SDRAM, DDR2 SDRAM, LPDD

パッケージ一覧


WLCSP	MBGA/UBGA/FBGA	EQFP

パッケージライン	内容	10M02	10M04	10M08	10M16	10M25	10M40	10M50
V36	WLCSP (3 mm、 0.4 mm ピッチ)	○	-	-	-	-	-	-
V81	WLCSP (4 mm、 0.4 mm ピッチ)	-	-	○	-	-	-	-
F256	FBGA (17 mm、 1.0 mm ピッチ)	-	○
U324	UBGA (15 mm、 0.8 mm ピッチ)	○				-	-	-
F484	FBGA (23 mm、 1.0 mm ピッチ)	-	-	○
F672	FBGA (27 mm、 1.0 mm ピッチ)	-	-	-	-	○
E144	EQFP (22 mm、 0.5 mm ピッチ)	○	○				○
M153	MBGA (8 mm、 0.5 mm ピッチ)	○			-	-	-	-
U169	UBGA (11 mm、 0.8 mm ピッチ)	○				-	-	-