• 第3章 FPGAの仕組み
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  章トップ（目次）
  
• 
  3-1 FPGAとは何か
  
• 
  3-2 論理回路の基本構成（LUT / FF）
  
• 
  3-3 配線資源とスイッチ構造
  
• 
  3-4 クロックと同期設計
  
• 
  3-5 FPGAの設計方法（HDL）
  
• 
  3-6 CPU・GPU・FPGAの違い
  
• 
  3-7 構成データと再構成
  
• 
  3-8 タイミング設計と制約（STA）
  
• 
  3-9 配置配線（Place & Route）
  
• 
  3-10 I/Oとピン制約
  
• 
  3-11 CPU・GPU・FPGAの本質的違い
  
• 
  ▶ 第2章 GPUの仕組み
  

3-3 配線資源とスイッチ構造

FPGAの大きな特徴のひとつが、
論理回路同士を自由に接続できる配線構造です。
LUTやFFだけでなく、
それらを結ぶ配線資源とスイッチが、
FPGA全体の柔軟性を支えています。

配線資源とは何か

配線資源とは、
ロジックセル同士を接続するための金属配線の集合です。
FPGA内部には、
短距離・中距離・長距離といった
複数種類の配線があらかじめ用意されています。

• 近接セル同士を結ぶ短距離配線
• 列・行方向に伸びる中距離配線
• チップ全体を横断する長距離配線

設計ツールは、
これらの配線を自動的に選択し、
回路全体が正しく接続されるよう配置します。

スイッチ構造の役割

FPGAの配線は、
スイッチ回路によって接続・切断されます。
このスイッチは、
SRAMなどの設定メモリによって制御され、
回路構成に応じて動作が決まります。


ロジックセル
   ↓
+---------+
| Switch  | ← 設定ビットでON / OFF
+---------+
   ↓
配線資源


プログラムを書き換えることで、
同じFPGAでも
全く異なる回路構成
を実現できる理由がここにあります。

配線遅延と設計上の注意

FPGAでは、
論理回路そのものよりも
配線遅延が支配的
になることがあります。

• 長い配線は遅延が大きい
• スイッチを多く通るほど遅延が増える
• 配置が悪いと動作周波数が下がる

そのため、
FPGA設計では
論理だけでなく配置・配線を意識した設計
が重要になります。

CPUとの考え方の違い

CPUでは、
配線構造はハードウェアとして固定されています。
一方FPGAでは、
配線そのものが再構成可能
です。

この違いにより、
FPGAは
処理内容に最適化された
専用データパス
を構築できます。

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