モバイル機器向けのFPGA、2.1×1.7mmパッケージに乗算器や不揮発メモリを搭載：ラティスセミコンダクター iCE40 Ultra

モバイル機器向けのFPGAとして「iCE40」ファミリを展開しているラティスセミコンダクターは、同ファミリの新製品「iCE40 Ultra」を発表した。2.1×1.7mmのパッケージに、16ビット×16ビット乗算器や不揮発性コンフィギュレーションメモリ、I2CやSPIなどのハードマクロIPを搭載している。

[村尾麻悠子，EDN Japan]

　ラティスセミコンダクターは2014年7月23日、モバイル機器向けのFPGA「iCE40」ファミリの新シリーズとして「iCE40 Ultra」を発表した。LED駆動用のI/Oや16ビット×16ビット乗算器、I²CやSPI、不揮発性コンフィギュレーションメモリなどさまざまなハードマクロIPを、1.7×2.1mmのWLCS（Wafer Level Chip Scale）に搭載していることが特長だ。LUT（ルックアップテーブル）数が1100、2048、3520の3品種をそろえる。数百万個単位の大量購入時の単価は約0.50米ドルと低く抑えられている。

スマホに必要な機能を選び抜いて搭載

モバイル向けFPGA「iCE40 Ultra」

　ラティスセミコンダクターが、スマートフォンなどモバイル機器向けのFPGAを最初に発表したのは2012年だ。このFPGAは、足りないI/Oを補うなどアプリケーションプロセッサを“補佐”する用途をターゲットにしている（関連記事：サムスンのGALAXYも搭載！ 低価格/小型FPGAで再浮上するラティスセミコン）。従来のシリーズである「iCE40 LP」ではハードマクロはほとんど搭載されていなかったが、スマートフォンメーカーなどがどのような機能を搭載しているのかをここ数年見てきて、必要かつ差異化を図りやすい機能をすぐに実現できるようなハードマクロを選び抜いて搭載した。それが、今回発表したiCE40 Ultraである。ラティスセミコンダクターによると、「回路設計などを大幅に変えたわけではなく、既存の技術を使ってiCE40 Ultraを開発した。どんな機能を搭載するかが最も重要なので、最近のスマートフォンの機能の動向を見ながら、iCE40の“製品定義”を考え直したというイメージだ」と話す。

　例えば、通話中にLEDを点灯させたいというニーズがあるので、24mAという通常（8mAや12mA）よりも高い定電流シンクをLED駆動向けに3本搭載した。リモコン機能を搭載するスマートフォンもあることから、赤外線通信用として、500mAの定電流シンク1本も搭載されている。また、各種センサーから入ってきた情報をある程度処理してアプリケーションプロセッサの負担を減らすために、16ビット×16ビット乗算器を搭載している。乗算器は、小規模のPLD（Programmable Logic Device）ではあまりみられないものだ。

　I²CやSPIをハードマクロとして搭載している点も大きな特長である。ラティスセミコンダクターによれば、これらをLUTで構成しようとすると2000LUTほど使うことになるという。その他、10kHzや48MHzのオシレータ、1個のプログラマブルPLLなどを搭載している。これだけのハードマクロを搭載していながら、パッケージサイズは1.7×2.1mmを実現している（0.4mmピッチの20ボールWLCSの場合）。「市場に投入されている最も近い製品に比べて、約30％小さいパッケージサイズになっている」（同社）。さらに消費電流は、従来品である「iCE40 LP4K」（LUTは3520個）の360μAに比べて、約75％減となる95μAまで削減されている。

左＝「iCE40 Ultra」に搭載されているハードマクロ。右＝従来ファミリ「iCE40 LP」「iCE40 LM」との比較（クリックで拡大）

　iCE40 Ultra向けの設計ツールとして、iCE40ファミリ向けの「iCEcube2」を使用できる。iCEcube2は無償でダウンロードすることが可能だ。

　ラティスセミコンダクターは、「FPGAを搭載することで、消費電力、コスト、基板面積が増えるというデメリットはあるが、国や地域によって異なるニーズに応えるための機能を素早く実現したり、何らかの機能を補ったりできるというメリットがある」と述べている。

ラティスセミコンダクターのモバイル向けFPGAを使った、万歩計のデモ。右の画像の赤枠内がFPGA「iCE5LP」。センサーからのデータを集めてある程度処理してからアプリケーションプロセッサに渡す、というのは、同社が想定している主な用途の1つである（クリックで拡大）