ボードとキット
デバイス規模、メモリ、I/O、デバッグ、ツールチェーンの費用、コミュニティでFPGAボードを選ぶ方法。50米ドル未満から2,000米ドル超までの代表的なボードと、全ボードデータベースへのリンクを含みます。
概要
ボードはほとんどの人が最初に買うものであり、最も後悔しやすい決定でもあります。最初のプロジェクトに合うボードが5番目のプロジェクトにも合うことはめったになく、大きすぎるボードは何かを学ぶ前にお金とツールチェーンのライセンスを要求します。このハブでは、選び方を説明し、価格帯ごとのカテゴリーを挙げ、ボードデータベースを紹介します。データベースには、当サイトが言及するすべてのボードについて、仕様、ツールチェーンの注記、確認日が収められています。
特に目的の定まっていない初心者向けの短い答えはこうです。オープンソースフローを使いたくて予算が30米ドルから80米ドルならTang Nano 9KかiCEBreaker、就職のためにVivadoを学びたいならBasys 3かArty A7、ファブリックの隣にプロセッサが欲しいならDE10-NanoかKria KV260です。すべてデータベースに載っています。
重要な考え方
買う前の6つの問い
デバイスの規模。必要なロジックを数え、それを2倍にし、ボードのデバイスがそれを備えているか確認してください。小さなプロジェクト（UART、VGA、ソフトプロセッサ）は5,000 LUTに収まります。キャッシュ付きRISC-V、映像パイプライン、小さなニューラルネットワークには30,000から100,000が欲しいところです。多くのプロジェクトではLUTよりメモリのほうが重要です。外部RAMのないボードは映像1フレームを保持できず、Linuxも動かせません。そしてSDRAM、HyperRAM、DDR3、DDR4の違いは、コントローラの作業が週末で済むか1か月かかるかの違いです。
I/O。PmodとArduinoのヘッダは、物をつなぐ最も簡単な方法です。高速インターフェース（HDMI、Ethernet、PCIe、SFP）にはトランシーバーか注意深く引き回された差動ペアが必要で、それが価格を決めます。コネクタが本物のトランシーバーに配線されているのか、規格の低速版をエミュレートできる普通のI/Oピンに配線されているのかを確認してください。
デバッグ。1本のUSBケーブルでJTAGとUARTブリッジをオンボードに備えたボードなら、プログラマを買わずに済みます。安価なボードの中には外付けケーブルが必要なものがあり、それがボードより高いことがあります。
ツールチェーンの費用。ほとんどのベンダーは小型からミドルレンジのデバイス向けにツールを無償提供していますが、欲しいボード上の最大デバイスを確認してください。本稿執筆時点で、AMDの無償版VivadoはArtix-7 200Tまでのデバイスと一部のKintexおよびZynq部品を、Alteraの無償版Quartus Prime LiteはCycloneとMAXファミリーをカバーし、Lattice、Efinix、Gowin、Microchipは登録を条件にほとんどの部品で無償ライセンスを提供しています。オープンソースツールは、サポート対象のファミリーでは費用がかかりません。
コミュニティ。ユーザーが1,000人いるボードには、フォーラムの回答、サンプルプロジェクト、動作する制約ファイルがあります。Digilent、Terasic、Sipeed、オープンハードウェアのメーカーのボードにはそれがあります。紙の上ではデバイスが優れている無名のボードには、ないかもしれません。
プロセッサの問題。目的が組み込みLinux、ドライバ、ハードウェアと話すソフトウェアなら、SoCボード（Zynq、PolarFire SoC、Cyclone V SoC、またはKV260のようなZynq UltraScale+モジュール）を選んでください。目的がデジタル設計の学習なら、プレーンなFPGAのほうがシステムは単純に保てます。
代表的なボード
50米ドル未満: Tang Nano 9K（Gowin GW1NR-9、HDMI、PSRAM）は本格的なプロジェクトに値する最も安いボードで、オープンフローで動きます。50米ドルから150米ドル: iCEBreaker（iCE40 UP5K、オープンソースコミュニティのリファレンスボードでPmod付き）、Basys 3（Artix-7 35T、スイッチとディスプレイを備えたVivado向けの大学標準）、DE10-Lite（MAX 10、Quartus側の同等品）。150米ドルから500米ドル: Arty A7-100T（Artix-7 100T、DDR3、Ethernet、RISC-Vのホストとして良好）、ULX3S（ECP5、オープンハードウェア、SDRAM、HDMI、ECP5オープンフローの定番ボード）、DE10-Nano（デュアルCortex-A9を備えたCyclone V SoC、レトロコンピューティングのMiSTerプラットフォーム）、PYNQ-Z2（Zynq-7020、JupyterからファブリックをPythonで駆動するフレームワーク）、KV260（KriaモジュールのZynq UltraScale+、ビジョンとVitis AI向け）。500米ドルから2,000米ドル: PolarFire SoC Icicle。4つのRISC-VコアとフラッシュベースのFPGAを備え、RISC-V上のLinuxとFPGAを組み合わせたボードとしては入手可能な中で最も完成度が高いものです。それ以上は、最大規模のデバイスを載せたベンダーの評価キットで、通常は付属するライセンスとともに会社の予算で購入されます。
どこから始めるか
何かを買う前に/learn/beginner/01-what-is-an-fpga/を読み、各ツールチェーンで最初のビルドと書き込みのサイクルがどのようなものかを見るために/learn/beginner/10-from-rtl-to-board/を読んでください。入門トラック全体は、上記の「学ぶ」または「授業」カテゴリーのどのボードでも動くように書かれています。ボードを手に入れたら、/learn/beginner/05-your-first-hdl-module/のLED点滅を最初に動かしてください。ケーブル、ツール、制約ファイルを一度に検証できるからです。
ツールとベンダー
| メーカー | 代表的なボード | FPGAベンダー | 備考 |
|---|---|---|---|
| Digilent | Basys 3、Arty、Nexys、Genesys、Zybo、Cora | AMD | Pmodエコシステム、アカデミック価格、優れたリファレンスマニュアル |
| Terasic | DE10-Lite、DE10-Nano、DE1-SoC、DE10-Standard | Altera | 大学プログラムのパートナー、MiSTerの系譜 |
| Sipeed | Tang Nano、Tang Primer、Tang Mega | Gowin | 最も安い入口、文書は改善中 |
| 1BitSquared、Radiona、Olimex、tinyVision | iCEBreaker、ULX3S、iCE40HX8K-EVB、pico-ice | Lattice | オープンハードウェア、オープンフロー優先 |
| Microchip | PolarFire SoC Icicle、PolarFire Video Kit、SmartFusion2キット | Microchip | フラッシュベース、Libero SoCライセンス付属 |
| Efinix | Trion T20 BGA256、Titanium Ti60 F225、Ti180 | Efinix | 小型ボード、Efinityは無償 |
| AMD、Altera | Kria KV260、ZCU104、VCK190、Agilexキット | 自社デバイス | SoMと大型評価キット |
| TUL、Avnet、Trenz、Enclustra、Alinx | PYNQ-Z2、MiniZed、モジュールとキャリア | 混在 | 製品向けのシステムオンモジュール経路 |
よくある間違い
- 初心者が買える中で最大のボードを買う。ツール、ライセンス、複雑さが邪魔になります。
- オンボードプログラマのないボードを買い、ケーブルが60米ドルすると知る。
- LUT数で選んでメモリを無視する。面白いプロジェクトが可能かどうかはメモリが決めます。
- すべてのHDMIやEthernetコネクタが規格の高速版に配線されていると思い込む。
- コミュニティのないボードを選び、出発点となる動作する制約ファイルがない。
- 現行ツールでベンダーがまだそのデバイスをサポートしているか確認せずに中古ボードを買う。
さらに深く
- Digilentリファレンスサイト。すべてのボードのマニュアルと制約ファイルがあります。
- Sipeed Tang wiki。Tang NanoとPrimerシリーズの公式文書です。
- 1BitSquared iCEBreakerとRadiona ULX3S。設計ファイル付きのオープンハードウェアボードです。
- Microchip PolarFire SoC Icicle Kit。
- AMD Kria KV260 Vision AI Starter Kit。
- PYNQプロジェクト。Pythonフレームワークと対応ボードがあります。