開発・設計豆知識

FPGAと各ICの違いと特徴

回路・基板設計

当記事では、組み込みボード開発・設計の基礎と題しまして、FPGAとよく比較される各ICの特徴・違いについてご紹介したいと思います。

FPGAとは？

FPGA（Field-Programmable Gate Array）は、現場でプログラム可能な論理回路を多数内蔵する柔軟な集積回路（IC）です。ユーザーが自由に論理回路の構成をプログラミングでき、ASIC（特定用途向け集積回路）とは異なり、製品出荷後でも回路を変更可能な点が特徴です。FPGAは、並列処理が可能な高い演算性能を持ち、リアルタイム制御が求められる用途で広く使われています。IoTデバイスや自動車の制御システム、通信機器、AI推論エンジンなど、多様な分野で活用され、柔軟性の高さから注目されています。

FPGAと各ICの違い

マイコン（Microcontroller Unit, MCU）

マイコンは、家電や自動車、通信機器など、多くの電気製品に使用される汎用的な演算用ICです。内部にCPUを持ち、メモリや周辺機器と連携しながら複雑な制御を行います。このマイコンは、メモリからプログラムを読み出し→データをロード→演算といった処理単位1つ1つを順番に処理するといった構造であるため、シンプルな演算や制御に適しています。

CPLD（Complex Programmable Logic Device）

CPLDはFPGAに似たプログラム可能なICですが、FPGA（数万ゲート規模）と比較してゲート規模が小さく、機能が限定的である点が特徴です。小規模な論理設計や簡易制御に適しています。

CPU（Central Processing Unit）

CPUはコンピュータやマイコンの中核を担い、メモリや周辺機器からの指示を処理します。ソフトウェアを実行するための汎用的なICとして、あらゆる電子機器に搭載されています。CPUは命令単位で逐次処理を行うため遅延が発生する場合があり、処理性能自体はカスタム IC や FPGA などに比べると、やや低いといえます。

GPU（Graphics Processing Unit）

GPUは3Dグラフィックスの描画や大量の演算を並列で処理するICです。ゲームや映像処理、AIの学習・推論において活躍しています。そもそも用途がFPGAと異なりますが、GPUはプログラム言語で制御可能であるため、FPGAよりも開発が容易ともいえます。

ASIC（Application Specific Integrated Circuit）

ASICは特定の用途に特化したカスタムICです。非常に高速かつ効率的な処理が可能で、スマートフォンや通信機器、専用デバイスなどで多用されています。 FPGAは設計が柔軟で再プログラミングが可能ですが、ASICは一度製造すると回路を変更できません。そのため、ASICの設計には高いコストと長い開発期間が必要です。

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