日経テクノロジーonline SPECIAL

先進的な開発基盤を実現 28nmFPGA「7シリーズ」

28nmプロセスを使ったFPGAの意欲的な製品を続々と発表し、いま多くの機器設計者の注目を集めているのがザイリンクスである。低消費電力と高性能の両立を図った28nmプロセスを新たに開発。これを基に「Artix(tm)-7」「Kintex(tm)-7」「Virtex(r)-7」の3ファミリから成る最新製品「7シリーズ」を展開中だ。最先端のプロセス技術に加えて、独自開発の新技術を積極的に導入。これまでのFPGAの概念を超える新機軸の製品を続々と市場に投入する。

7シリーズを構成する3ファミリのうち「Artix-7」は、低消費電力と低コストを重視した製品。従来品の「Spartan-6」に比べて性能を約30%も高め、消費電力を約半分に抑えた。ミッドレンジに位置する新ブランドの「Kintex-7」は、価格性能比を重視。従来のハイエンド品「Virtex-6」と同等の性能を実現しながら、コストと消費電力を、いずれも50 %削減した。ハイエンドの「Virtex-7」では、高いシステム性能と大ロジック容量を追求した。従来品「Virtex-6」の2.5倍の回路規模を供えた品種を新たに用意。28Gbpsと高速のトランシーバ回路を内蔵した品種も揃えている。

図A●消費電力を半減
[画像のクリックで拡大表示]

7シリーズの大きな特長の一つは、プロセス技術および基本アーキテクチャをシリーズ内で統一したことだ。「これによって、ファミリ間でIPを共用したり、既存の設計資産を他のファミリに展開したり、といったことが従来に比べて格段にしやすくなりました。開発効率の向上に一段と貢献できるようになったと思います」(同社マーケティング本部 マーケティングマネージャ橘幸彦氏)。今回、導入したプロセスは、同社が製品の製造を委託しているTSMC(Taiwan Semiconductor Manufacturing Company)と共同開発したもの。「事前に300社のお客様にニーズをヒアリングしたとき、もっとも要望が多かった低消費電力を重視しながら、同時に優れたパフォーマンスも追求しています」(橘氏)。スタティック電力と入出力部の電力を中心に削減。従来の40nmプロセスを使った製品に比べて全体で約50%の消費電力を削減できるようにした(図A)。「チップ全体で、従来品と同じ消費電力が許容できるのならば、回路規模や性能を大きく増やすことができます」(橘氏)。

最先端の実装技術を駆使

図B●スタックドシリコンイメージ図
[画像のクリックで拡大表示]

7シリーズの製品の中で特に注目すべきが、Virtex-7ファミリに用意された200万ロジックセルと業界随一の回路規模を誇る品種だ。Siインターポーザの上にインターコネクトテクノロジ複数のFPGAスライスを並べて一つのパッケージに実装する同社独自の技術「スタックドシリコンインターコネクトテクノロジ」(図B)を駆使して実現した。「チップ面積を大きくすると歩留まりの維持が難しくなります。今回は複数のFPGAスライスを連結することで、高い歩留まりと大容量化の両立を図りました。従来複数のFPGAを使わざるを得なかった大規模LSIのエミュレーションが、一つのデバイスで実施できるなど、大規模なFPGAは、設計者に多くの利点をもたらすはずです」(橘氏)。

7シリーズ全体の特長でもう一つ見逃せないのは、今回すべての品種に2基ずつ分解能12ビットで変換速度が1Mサンプル/秒のA-D変換回路を内蔵していることだ。「タッチパネルやモータ制御などアナログ入力を扱うシステムが増えています。こうしたシステムでは必須のA-D変換器を内蔵することでシステム・アーキテクチャの合理化に貢献できるようにしました」(橘氏)。

ザイリンクスは28nmプロセスを導入した7シリーズで、単に微細化による高性能化と大容量化を進めるだけでなく、新機軸のアイデアを積極的導入。より多くの利点をユーザーに提供している。今後の同社の製品展開は大いに注目すべきだろう。


記事トップ >>

半導体の製造技術における微細化のトレンドは依然として続いている。こうした中、製造した後にユーザーが自由に回路を再構成できるデバイス「FPGA(Field Programmable Gate Array)」が、ロジックLSIの中では、最先端にあたる28nm世代のプロセス技術をいち早く導入。これを契機に、FPGAの可能性が大きく広がろうとしている。

図1●28nm世代のプロセスを使った米Xilinx社製FPGAの新ファミリ「Kintex-7」

2010年に大手FPGAベンダーが相次いで28nmプロセスを使ったFPGAのアーキテクチャを発表した。2011年には、それぞれがラインアップの一部の品種から出荷を始めた(図1)。これまで市販されているFPGAの主流は、40nm世代のプロセスを使った製品だった。そこから28nm世代まで一気に微細化が進んだことになる。

ここで注目すべきことは、ASIC(特定用途向けIC)やASSP(特定用途向け汎用IC)と呼ばれているロジックLSIに使われているプロセス技術が130nm~90nm世代で留まっているのに対して、2世代もFPGAのプロセス技術が進んだことだ。これによって高集積化や回路のパフォーマンス向上など微細化の恩恵をいち早く享受。28nmプロセスを適用した製品のラインアップには、先進的なスペックを備えた製品が続々と登場している。中にはCPUコアとFPGAを一体にした米Xilinx社の「Zynq」のような、従来のFPGAの枠を超えた新機軸のデバイスもある。

微細化とともに広がる可能性

ここにきてロジックLSIにおける微細化のトレンドをFPGAがリードするようになった背景には、微細化とともにASICやASSPの製造コストが高騰してしまったことがある。

長年にわたって半導体市場では微細化の技術でリードすることが市場における競争力の源泉になっていた。微細化を進めることによって、チップ面積を小さくし、一つのウエハーで製造できるチップ数を増やせば製造コストを削減できるからだ。そのうえ、微細化によって回路の高速化を進めると同時に、消費電力を削減できる。つまり、微細化を進めることでコスト競争力と製品の優位性を同時に高めることができたわけだ。こうした取り組みを、メモリLSIとならんで最近までリードしてきたのがASICおよびASSPだった。

ところが、微細化が進むにつれて回路が複雑化。これにともなってマスクの製造コストなどが急上昇したことなどから、ASICやASSPの製造コストが急増。しかも、集積するトランジスタで発生するリーク電流が相対的に大きくなることなどから、従来技術の延長だけで、性能向上や低消費電力化を進めることも難しくなってきた。

図2●微細化の進展とともにFPGAの可能性が拡大
[画像のクリックで拡大表示]

これに対してFPGAは、メモリLSIと同様に比較的シンプルな回路を維持したまま回路の大規模化を進めることができるので、微細化の恩恵を継続して受けることができた。そのうえ微細化によって集積度を高める過程で様々な機能を盛り込むことで、設計者にとってのFPGAの利便性を着実に増やすことができた(図2)。

かつては、業務用システムなど少量多品種生産向けと言われていたFPGAは、いまや多くの分野の設計者にとって身近なデバイスになった。実際に、最近では薄型テレビなど大量生産が前提のコンシューマ機器の分野でも使われるようになっている。最先端の28nmプロセスを駆使した最新のFPGAは、これまで以上に多くの利点を設計者にもたらすだけでなく、多機能化が進むとともに機器のアーキテクチャや開発プロセスを大きく変える可能性を秘めている。最先端のプロセス技術を駆使したFPGAは機器設計者にとって極めて重要なデバイスと言えよう。

お問い合わせ