柔軟な回路設計が可能。高速通信に対応するFPGA

データ通信技術や映像技術の発展にともない、PCIe、CXP、SLVS-ECといった高速インターフェース規格が登場し、高速通信に対応できる製品が市場に求められています。また、IoT技術が普及するにつれて、AI推論エンジンを端末に組み込むエッジAIへの期待が高まるようになりました。こうした中、高速処理が可能で、柔軟に回路を設計でき、機能の差別化を図れるFPGAが幅広い製品開発で採用されています。

一方、FPGAのデメリットとして、消費電力や発熱の大きさが挙げられます。そのため、人体と接触する医療機器、長時間稼働する産業機器、バッテリーで稼働するIoT機器やモバイル機器などには不向きだと考えられてきました。このたび、ラティスセミコンダクター社がリリースした汎用FPGA「CertusPro-NX」は、FD-SOIプロセスによって高速通信、高速処理、低消費電力を実現しました。発熱も大幅に抑制できます。これまでFPGAを利用しづらかった製品にも展開することが可能です。

近年、主流となっているFinFETプロセスは、3Dトランジスター（立体トランジスター）で構成され、高速スイッチ動作や高集積化ができるのが特徴です。しかし、クロックの周波数が上がれば消費電力も上がり、集積度が上がれば単位面積当たりの発熱も上がることが懸念されます。

それに対し、FD-SOI（完全空乏型シリコン・オン・インシュレーター）は「埋込酸化膜」と「超薄型シリコン膜」を使用したプレーナー型トランジスターで構成されています。埋込酸化膜によりソース・ドレイン間の電子の流れを効率化でき、超薄型シリコン膜によりトランジスターのON/OFF制御（チャネル・ドーピング）が不要になります。そのため、リーク電流を大幅に低減できるのが特徴です。

3Dトランジスター（立体トランジスター）の構造

完全空乏型トランジスターの構造

従来のFPGAの課題は「消費電力」「発熱対策」「ソフトエラー対策」

CertusPro-NXの活用例として、下記のような用途が挙げられます。

＜活用例＞
・内視鏡など映像通信をともなう医療機器に活用。低消費電力のため発熱が少なく、人体に接触する製品にも安全に利用できる。
　放熱部品が要らないため、コンパクトな製品サイズを実現できる。
・VR、ARなどのヘッドマウントディスプレイに採用し、サイズや発熱の観点から、長時間装着できる製品を実現する。
・産業用マシンビジョンシステムなど、高解像度と高速通信が求められる機器を開発する。
・生産工場や化学プラント、車載デバイス、宇宙系事業など、ソフトエラーによる誤作動が許されない製品に利用し、開発工程を省力化する。
・モバイル機器などのASICといった専用ICと、FPGAを組み合わせて、次世代技術に対応する新製品を短期間で開発する。

従来、こうした製品開発にFPGAを利用する際には、次の課題が生じていました。

FD-SOIプロセス採用。医療機器・産業機器・IoT機器に使える小型FPGA「CertusPro-NX」

ラティスセミコンダクター社の高度な汎用FPGA「CertusPro-NX」は、下記の特長を持ち、これまでFPGAを積極的に使用できなかった分野からも関心を集めています。

製品仕様

　※1：CPNX-50K information is preliminary
※2：WR: Wide-Range I/O, HP: High-Performance I/O, ADC: Dedicated ADC inputs
※3：SERDES speed limited to 6.25 Gbps in BBG484 and 5.5 Gbps in BFG484