FPGA設計

FPGA設計とは

FPGA設計のFPGAとは「Field-Programmable Gate Array」の頭文字をとったもので、簡単に言えば「現場でプログラムできる集積回路(IC)」です。設計者が「フィールド(現場)」で論理回路の構成を「プログラムできる」、「論理回路を集積したデバイス」という意味合いになります。

製造後、回路構成を変更できない一般的なCPUなどに搭載されている集積回路(IC)に対して、FPGA設計であれば現場で変更できるところに特長があります。

FPGA設計のポイント

FPGA設計では、複雑な演算のため従来の回路構成では処理が追い付かない、また現場で回路構成に変更を加えられないといった課題をいかに解決するかという点にポイントがあります。FPGA設計によって、特殊な演算の高速処理や、現場の事情に即した細かい制御調整が可能になります。

ディー・クルー・テクノロジーズのFPGA設計の特長

当社のFPGA設計では、従来のGPUでは向かない大規模演算の高速化をFPGAにより実現しました。
また、レーザープリンタ向けのデータ転送基板にFPGA設計を取り入れる際には、印刷データをラベル送り装置に高速に同期させるため、FPGA上で専用命令を作り細かい同期制御を可能としました。

FPGA設計による課題解決例

●事例1 FPGAによる大規模演算の開発事例

課題

ある案件にて大規模な演算を高速で行いたいという課題がありました。単純な演算であれば通常GPU を使用して高速化を図るのが一般的であるものの、このケースでは演算器が多数必要な複雑な演算であり、GPUには向かないものでした。

解決策

当社ではその演算の高速化をFPGA を使って実現しました。PCI Expressカード上のFPGAに、演算ブロックを実装した結果、FPGAと従来のGPUとの演算時間を比較したところ、約14~15倍程度の向上がみられました。
またFPGAには、大規模演算に必要な要素ブロックであるAPI、演算器、PCIe、制御、Clockがすでに開発済みであるため、今後の開発は短期間で行うことが可能です。

●事例2 レーザープリンタ向けデータ転送基板の開発事例

課題

ある企業のレーザープリンタ開発において、印刷データを高速伝送し印紙にずれなく高速印刷したいが、印刷データと印紙ローラー、プリンタヘッドの同期制御を行う技術が弱く、仕様の明確化が困難で開発を実施できていませんでした。そこで基板、デジタル設計、ファームウェア設計技術を持つエンジニアに相談したいと考えていました。

解決策

当社では、印刷ライン制御用PCからの印刷データをリアルタイムに制御。現場で微調整を行いながら、印刷機械の紙送り装置とプリンタヘッドのレーザー発射タイミングを同期させ、超高速印刷を実現しました。
このプリンタヘッド内の制御基板とコントローラー内の印字画像データ転送基板、印刷ライン制御用PC内のPCI基板に、FPGAを用いています。

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