ASICとFPGAの対比で見る“転換点”：FPGA Watch（2）（2/2 ページ）

ASICとFPGAが迎えた本格的な転換点とは？ 双方の特長を踏まえたうえで、半導体製造プロセスにおけるテクノロジ・ギャップについて解説する

[堀内 伸郎 日本アルテラ株式会社，＠IT MONOist]

ASICとFPGAが迎えた本格的な転換点

　続いて、半導体の製造プロセスでASICとFPGAを比較してみます。

　ASICの方は、デザイン・スタート（ユーザーによる採用）の数のマジョリティとなっているプロセス・ノードがどれかを調べた結果です。図2のように、FPGAが90nmプロセス・ノードを採用した2005年にASICとのテクノロジ・ギャップがはじまりました。そして、2007年にはギャップがプロセス2世代に、そして2008年には3世代に広がっていきました。

図2　FPGA vs. ASIC“転換点”

　図3は、130nmプロセスによるASICのチップ・サイズと、130nmおよび40nmプロセスのFPGA（アルテラのStratixシリーズ）を比較したものです。ご覧のとおり、130nm ASICと40nm FPGAのチップ・サイズは同等レベルになります。そして、アルテラ独自のHardCopy ASIC手法を使えば、さらなる低コスト化、低消費電力化のためのASIC化を低リスクで達成できます。

図3　ASICとFPGAのチップ・サイズ比較
※400万ゲート＋8Mbits RAM デザインの場合のチップ・サイズ見積もりに基づく比較

　今年（2010年）に入り、FPGA業界で28nmプロセスの波が訪れています。2月にアルテラが「28nm世代のテクノロジとイノベーション」を発表し、その後、ザイリンクスも28nmプロセスのプランを発表しています。ASICデザインのマジョリティは90nmに移行することも考えられますが、このギャップは維持されるか、むしろ今後も広がっていくことが予想されます。また、ASICデザイン・スタートの絶対数は、先に述べた理由で激減しており、その傾向も今後同様に続くと考えられています。

※参考：アルテラの28nmプロセスFPGA「Stratix V」ファミリ

アルテラは4月に28nmプロセスを採用する最初のFPGA「Stratix V」ファミリを発表しました。この最新ファミリは、最大28Gbpsトランシーバ×4チャネル、最大12.5Gbpsトランシーバ×66チャネル（1.6Tbpsのバンド幅）、1600Mbps DDR3インターフェイスとPCI Express Gen3のハードIPによる標準サポート、最大1000万ゲート超えのユーザーロジック容量に加え、53Mbitsの内蔵RAMと最大1840GMACs、または1000GFLOPs（18×18換算）の演算性能を持つ専用DSPブロックの搭載など、ASICを超えてしまったといっても過言ではない仕様になっています（28nmプロセスによる新製品Stratix Vの情報はhttp://www.altera.co.jp/stratix5を参照してください）。

ASICで10Gbps超えのトランシーバを搭載することは容易でしょうか？ ASICで28Gbpsという高速なトランシーバを搭載できるでしょうか（注）？ DDR2やDDR3のインターフェイスを容易に間違いなく実装できるでしょうか？

※注：28Gbpsというデータ・レートは、100Gやその先の400Gイーサネットを見据えたOIF CEI-28G実装規約に基づいています。

あらためて「ASICとは何か？」

　ここまで、ASICとFPGAを対比させて話を進めてきました。本稿の最後にきて、この枠組みが果たして意味のあることなのか？ という疑問が生じてきました。冒頭に書いたように、ASICは特定用途向けICです。もう少し現実的にいえば、特定用途向け（アプリケーション・スペシフィック）、またはユーザーの自分専用の目的向け（カスタマー・スペシフィック）のカスタム・ロジック・デバイスです。

　一方、FPGAはフィールドでプログラマブルにするために、メーカー出荷時はメモリと同じように汎用品扱いになっていますが、用途から見ればアプリケーション・スペシフィック、あるいはカスタマー・スペシフィックなカスタム・ロジック・デバイスです。

　ASICを分類すると配線層だけでカスタマイズする「Gate Array」と呼ばれるものと、チップのすべての層を専用に作る「セル・ベース方式」と呼ばれるものがあるのですが（実質的に、極端な狭義としてはセル・ベース方式だけを指す場合もあります）、これまで、ASICとは別のものとして扱われていたFPGAも、広い意味ではASICの分類のうちの1つだと考えてよいと思います。そして、ASSPに関しても、従来の狭義のASIC手法による開発から、FPGAを提供形態とした新しいASSPビジネスの増加が十分に考えられます。

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　今回は、ハイエンドな機能・性能に焦点を当ててASICとFPGAの関係について述べてきましたが、この話題はこれくらいにしておきます。もしかすると、このような話題になると「FPGAの設計は、ASICよりも難しくなっているのでは？」という印象を持つ方もいらっしゃるのではないでしょうか。次回、そのあたりを詳しく紹介したいと思います。（次回に続く）