FPGAの置換（Spartan®-6 FPGA ファミリ）第1回（置換可能なデバイス選定：ロジックリソース編）

2022/02/16

世界的な半導体の供給不足等で設計開発に影響が出ています。
ザイリンクス社でも、Spartan®-6 FPGA ファミリの入手が困難になっています。
今回は、Spartan®-6 FPGAファミリから置換可能なデバイス選定について解説します。

このブログは「FPGA設計ブログ一覧」の
Spartan®-6 FPGAファミリの置換の
ひとつです。

FPGAの置換前に検討すべきこと

デバイスの置換には、以下の内容を検討する必要があります。

１.デバイスの選定

ロジック規模、ユーザーI/O、内蔵メモリなど回路リソースから候補となるデバイスファミリを選定します。

参照： Xilinxセレクションガイド

あと、各デバイスファミリの価格帯、入手性、長期供給性などの条件も考慮することでスムーズな選定が可能となります。

２.ロジックの調査

ハードマクロやIPを使用している場合は、注意が必要です。
使用頻度が高いIPであっても、モジュールの端子やオプション、タイミングなど細かい部分に違いがある可能性があるため、一度、設計ツールVivado® Design Suiteを使用して、IPを生成することをお勧めします。
設計仕様とIP仕様を見比べて最終的な実現性を見極める必要があります。

３.電源回路の検討

必要とする電源電圧が異なる可能性があるため、各デバイスのデータシート参照し、電源部品の選定から行う必要があります。

ザイリンクス社の推奨として
「既存の設計内容を確認し、可能であればSpartan®-7、Artix®-7、またはArtix® UltraScale+™に置換すること」としています。
そのため、Spartan®-6をSpartan®-7およびArtix®-7、Artix® UltraScale+™と比較します。

プロセスが45nmから28nmになり、Spartan®-6よりも優れたパフォーマンス上の利点をもたらすことがわかります。
(クロック周波数、DSPパフォーマンス、メモリ周波数、およびI/Oデータレートはすべて優れています。)

Spartan®-6の各デバイスと比較

LX150(T)については、最大ユーザーI/O数が500ピンを超えるため、既存のデザインのユーザーI/O数が、Spartan®-7であれば、400ピン以下、Artix®-7であれば500ピン以下、Artix® UltraScale+™であれば208ピン以下であれば置換な選択肢に入ります。

選定基準について

・既存のSpartan®-6の設計で最大100Kのロジックセルを超えない。ユーザーI/O数が400ピン以下であれば、Spartan®-7を置換可能デバイスと判断できます。

・既存のSpartan®-6の設計で100Kを超えるロジックセルの場合、Artix®-7を置換可能デバイスと判断できます。

・既存のSpartan®-6の設計でトランシーバーを使用している場合、Spartan®-7にはトランシーバーが含まれていないため、Artix®-7または、Artix® UltraScale+™を置換可能デバイスと判断する必要があります。

・使用しているユーザーI/O数が500ピン以上の場合は、今回紹介の、Spartan®-7、 Artix®-7、Artix® UltraScale+™では置換できません。
そのためKintex®-7、Virtex®-7、Zynq®などを検討する必要があります。

Spartan®-6と置換可能デバイスの比較表（XC6SLXxx）

※S6→Spartan®-6、S7→Spartan®-7、A7→Artix®-7のことを示す。

左右にスクロールしてご覧ください

			S6	S7	S6	S6	S7	S6	S7	S6	S7	S6	S7	S6	S7	S6	S7
Device			XC6SLX4	XC7S6	XC6SLX9	XC6SLX16	XC7S15	XC6SLX25	XC7S25	XC6SLX45	XC7S50	XC6SLX75	XC7S75	XC6SLX100	XC7S100	XC6SLX150	XC7S200T
Logic cell			3840	6000	9152	14579	12800	24051	23360	43661	52160	74637	76800	101261	102400	147443	215360
FF			4800	7500	11440	18224	16000	30064	29200	54576	65200	93296	96000	126576	128000	184304	269200
Dist RAM Kb			75	70	90	136	150	229	313	401	600	692	832	976	1100	1355	2888
DSP			8	10	16	32	20	38	80	58	120	132	140	180	160	180	740
18KB blocks			12	10	32	32	20	52	90	116	150	172	180	268	240	268	730
36KB blocks				5			10		45		75		90		120		365
BRAM size			216	180	576	576	360	936	1620	2088	2700	3096	3240	4824	4320	4824	13140
CMT			2	2	2	2	2	2	3	4	5	6	8	6	8	6	10
DDR					2	2	soft	2	soft	2	soft	4	soft	4	soft	4	soft
CPG196	8x8	0.5	106	100	106	106	100
TQG144	20x20	0.5	102		102
CSG225	13x13	0.8	132	100	160	160	100		150
FT(G)256	17x17	1			186	186		186
CSG324	15x15	0.8			200	232		226	150	218	200
FTGB196	15x15	1		100			100		100		100
FG(G)484	23x23	1						266		316	250	280	338	326	338	338	285
CSG484	19x19	0.8								320		328		338		338
FG(G)676	27x27	1								358		408	400	480	400	498	400
FG(G)900	31x31	1														576
FFG1156	35x35	1														576	500

Spartan®-6と置換可能デバイスの比較表（XC6SLXTxx）：トランシーバー有

※S6→Spartan®-6、S7→Spartan®-7、A7→Artix®-7、AU+→Artix® UltraScale+™のことを示す。

左右にスクロールしてご覧ください

			S6	A7	S6	A7	S6	A7	AU+	S6	S7	AU+	S6	A7	AU+
Device			XC6SLX25T	XC7A25T	XC6SLX45T	XC7A50T	XC6SLX75T	XC7A75T	AU10P	XC6SLX100T	XC7A100T	AU15P	XC6SLK150T	XC7A200T	AU25P
Logic cell			24051	23360	43661	52160	74637	75520	96000	101261	101440	170000	147443	215360	308000
FF			30064	29200	54576	65200	93296	94400	87000	126576	126800	155000	184304	269200	282000
Dist RAM Kb			229	313	401	600	692	892	1200	976	1188	2500	1355	2888	4700
DSP			38	80	58	120	132	180	400	180	240	576	180	740	1200
18KB blocks			52	90	116	150	172	210		268	270		268	730
36KB blocks				45		75		105	100		135	144		365	300
BRAM size			936	1620	2088	2700	3096	3780		4824	4860	5100	4824	13140	10500
CMT			2	3	4	5	6	6	3	6	6	3	6	10	3
DDR			2	soft	2	soft	4	soft	soft	4	soft	soft	4	soft	soft
Endpoint			1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
Transceiver			2	4	4	4	8	8	12	8	8	12	8	16	12
CSG324/325	15x15	0.8	2,190	4,150	4,190	4,150
FG(G)484	23x23	1	2,250		4,296	4,250	4,268	4,285		4,296	4,285		4,296	4,285
CSG484	19x19	0.8			4,296		4,292			4,296			4,296
FG(G)676	27x27	1					8,348	8,300		8,376	8,300		8,396
FG(G)900	31x31	1								8,498			8,540	8,400
FFG1156	35x35	1												16,500
A368	11.5x9.5	0.5							8,24,104			8,24,104
B484	19x19	0.8							12,48,156			12,48,156
B784	23x23	0.8													12,96,208
B676	27x27	1							12,72,156			12,72,156			12,72,208
			Transceiver,IO						Transceiver,HD,HP IO