ASIC・FPGAとは?
その違いと置き換え(ASIC化)・転換の方法

PLDのASIC化で検討しなければならない6つの項目がわかる資料をダウンロード


ASIC・FPGAとは?「その違いとASICへの置き換え5つの手順・メリット」がわかる資料をダウンロード


ASICとは?

ASICとは、半導体集積回路(IC:Integrated Circuit)の分類の一つで、ある特定の機器や用途のために、必要な機能を組み合わせて設計、製造されるものです。ASICの種類は大きく分けて、ゼロから論理回路を作りこんでいく「フルカスタムIC」と、基本的な回路や機能ブロックなどを組み合わせて設計を行う「セミカスタムIC」があります。


セミカスタムICには、基本的な論理回路を敷き詰めた半完成品を用意し、回路間の配線を指定することで機能を実装する「ゲートアレイ」方式や、ある程度まとまった機能を実装した部品化された回路(セル)を組み合わせていく「スタンダードセル」方式、両者の特徴を合わせた「エンベデッドアレイ」方式などがあります。


FPGAとは?

FPGA(Field Programmable Gate Array)とは、プログラム可能な論理回路デバイスです。プログラミングの素子に揮発性のSRAMを用い、LUT(Look Up Table)を切り替えて論理回路を実現します。別途コンフィギュレーションROMが必要であり、電源オン時にコンフィギュレーションROMのプログラムを読込み論理を確定します。

最先端の製造プロセスを使うことで、高集積化、高速化が可能です。多種のハードマクロも搭載しています。大規模なデータ、複雑な処理を高速に行うことに向いています。

CPLDとは?

CPLD (Complex Programmable Logic Device)とは、プログラム可能な論理回路デバイスです。プログラミングの素子に不揮発性のFLASH/EEPROMを用い、プロダクト・ターム(AND,OR)を切り替えて論理回路を実現します。不揮発メモリに回路情報を一度書き込むことで、電源を切った後も回路情報が保持されています。そのため、電源投入後の即動作(インスタントオン)が可能です。回路規模は大きくないため、簡単な制御回路や複数の小規模回路の集積などに向いています。

ASIC、FPGA、CPLDの違い

ASICは搭載論理を最適化できるためFPGA/CPLDに比べると安価に実現できますが、一度開発すると修正ができません。一方、FPGA/CPLDは回路情報を書き換えるだけで仕様を変更することができます。

ASICでの搭載論理の最適化について、高精度なタイミング動作、多層クロック、Gatedクロックを用いた細かな省電力手法、SCANテスト等の故障検出での高品質、電源分離によるバックアップ対応など、よりお客様の要望に合わせたICの実現が可能です。

比較項目・違い ASIC FPGA CPLD
単価
開発費
消費電力
熱対策
ゲート規模
メモリ容量
速度
設計方法
仕様変更
製造TAT
インスタントオン
小型外形

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FPGA・CPLD・汎用ロジックICをASIC化するソリューションとその事例について


FPGA・CPLDをASICに置き換える「ASIC化」

ASIC化とは?

ASIC化とは、FPGA、CPLDをASICに置き換えることです。FPGA、CPLDで実現している機能によっては、ASICに置き換えることによりチップ単価の低減、消費電力の低減、熱対策の改善などが可能となります。

ASIC化は、主に、(1)製品立ち上げ時に、仕様変更が容易なFPGA、CPLDで開発・評価を行い、仕様確定後にASIC化するケース、(2)FPGA、CPLDのEOLによるASICへの置換え、の2つのパターンがあります。


ASICに置き換える4つのメリット

FPGAとCPLDをASICに置き換える「ASIC化」を実現することで、下記のような4つのメリットが得られます。


チップ単価の低価格化 ASICではユーザロジックとユーザ端子を元にチップサイズやパッケージを最適化できるため、チップ単価低減を実現します。
低消費電力 FPGAでは冗長回路やプロセス微細化によるリーク電流のため、特に静的消費電流が大きくなる傾向があります。ASICではユーザロジックとユーザ端子で構成するため、静的消費電流を低くすることが可能です。
電源導入後の
動作速度向上
FPGAでは電源投入後に外部ROMのプログラムを読み込み論理確定する時間が必要になります。一方CPLDは内蔵する不揮発メモリにあらかじめプログラムを書き込むことで、電源投入後に不揮発メモリのプログラムを読み込むため、FPGAに対してインスタントオンが可能と表現しています。ASICでは論理をハードワイヤで実現するため、不揮発メモリのプログラムを読み込む時間も無く、インスタントオンが可能です。
部品の小型化 FPGAではあらかじめ電源端子やコントロール端子が設定されており、お客様が要求するユーザ端子数を上回る多ピンパッケージを使うことになります。ASICではユーザ端子に適切な電源を加えた端子数のパッケージを選択でき、フットプリントの小型化を実現します。

ASICへの置き換えについて「特長やASIC化の設計・開発フロー」

弊社では、FPGAとCPLDをASICに置き換える「ASIC化」を支援しております。過去にさまざまなFPGAやCPLDをASICへの置き換えた実績がございます。詳細は、「エプソンASICへ置き換えた実績一覧」を参照ください。御社のFPGAやCPLDもASICに置き換えできるかもしれませんので、実績一覧をご確認いただき、弊社にお問い合わせ・ご相談ください。

ASIC化の特長

エプソンのASICは以下の特長があるため、CPLDや小型FPGAに対しピンコンパチでASIC化するのに最適なデバイスとなっております。


さまざまな電源対応 5.0V単一電源をはじめ、1.8V、2.0V、2.5V、3.0V、3.3Vの電源に対応します。 5Vと3Vの2電源供給で5Vから3Vへレベルシフト、5V単一電源と3V単一電源で検証することで、同一のデバイスで供給電源の変更に対応可能です。
豊富なラインアップ 小規模回路に適当なゲートアレイと小型パッケージをラインアップします。最小外形となるWL-CSPは国内自社工場で対応しており、前工程含めて国内生産品となります。
電源端子のレイアウト 電源端子、信号端子はすべてお客様のご希望の配置を実現可能です。そのため、置換え対象の電源端子、信号端子と配置を一致させることが可能です。

ASIC化の設計・開発フロー

ASIC化の設計・開発フローは下記のような流れで進められます。

こちらから

ASICの設計・開発について


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ASICへの置き換えに関連するPDF資料やWEBページ

ASICとFPGAの違いや置き換え手順など、下記のような資料をダウンロードできます。