デバイス古今東西(1) ―― FPGA業界に再び面白くて挑戦しがいのある時代がやって来た

●2強の開発競争と低コスト製品の供給により市場が急成長

　1990年代半ばから今日まで，Xilinx社とAltera社が牽引するPLD業界は，飛躍的な成長を遂げました．この急成長にはいくつかの要因がありますが，一番の決め手となったのは，上記2強による最新のプロセス技術を採用した先端FPGAの開発競争です．Xilinx社はUMC（United Microelectronics Corp.）と，Altera社はTSMC（Taiwan Semiconductor Manufacturing Co.）と提携することで，競争力を強化しました．2強による競争は，特徴的な機能の追加や性能の向上，コストの改善など，主にASICの代替品として利用される最先端FPGAの開発に向けられました．また，ファウンドリ企業にとっても，FPGAベンダと協業することには意味がありました．FPGAが備える回路の繰り返し構造は，最新の標準CMOSプロセスの開発を進める上で理想的なデバイス・アーキテクチャだったのです．

　1990年代後半，Xilinx社はVirtexファミリを，Altera社はAPEXファミリ（後にStratixファミリへ移行）を発表しました. インターネットの普及に伴い，広帯域化が要求される通信分野とIP（Internet Protocol）ネットワーク分野において，ハイエンドFPGAには絶えず需要がありました．現在もまだ，両社は高性能，多機能で，IPコアを内蔵する最新FPGAの開発に向けて激しい競争を繰り広げています．

　FPGA業界が急成長したもう一つの要因は，大量生産品の市場に向けて，FPGAベンダが低コストの製品を供給したことにあります．低コストFPGAは，ハイエンドFPGA向けのプロセス技術が急速に進歩したことによって実現しました．今日，年間何百万個ものFPGAが民生機器向けに出荷されています．例えば，一般家庭のリビング・ルームに設置されるフラットな液晶テレビやプラズマ・テレビに一つ，もしくは複数の低コストFPGAが搭載されています．低コストFPGAの量産が可能になり，FPGAユーザは飛躍的に増加しました．今日，大量生産品向けのFPGAの市場規模は，FPGA市場全体の30％を超えています．

　市場の急成長とともに，PLDベンダは半導体業界の注目株となり，売り上げ，利益とも飛躍的に向上しました．Xilinx社とAltera社の収益ラインは10億ドルを超え，20億ドルに達する勢いでした. それゆえ，当時FPGA市場への参入を望むメーカやベンチャ企業が多数現れました．

●ハイエンドFPGAの開発が途方もなく困難に

　それにしても，この10年間，なぜXilinx社とAltera社の2強に対抗しうる新製品や企業が登場しなかったのでしょう．一つには，特許で保護された知的財産が多く，市場参入に対する障壁が非常に高かったことが挙げられます．おそらく，Xilinx社やAltera社との訴訟に対して，ベンチャ企業は逃げ腰になっていたのでしょう．もう一つの要因は，FPGAに対応したツール環境を作り出すために，ソフトウェア開発に多大な労力が必要になることです．多大な初期投資とシステム開発に必要な年月が，この市場への新規参入をはばんできました．現在でも多くのソフトウェア技術者がFPGAベンダのツール環境の開発や改善に携わっています．

　しかしここ4～5年の間に，この状況は変わり始めています．FPGAのいくつかの特許の有効期限が切れました．また，ITバブル崩壊の後遺症や製品発売時期の遅れにより，FPGA業界の成長に陰りが出てきています．とりわけ130nmプロセスから90nmプロセスへの移行では，製品の出荷スケジュールが遅延するという問題が生じ，FPGAベンダとファウンドリ・パートナにとって厳しい状況となりました．業界の変化に伴って，製品戦略や計画が見直されました．回路規模の増大や機能追加，性能の向上と共に，最先端の製品を開発することが難しくなっていきました．Altera社とXilinx社が供給するハイエンドFPGAは45nmまたは40nmのプロセスで製造されており，さらに複雑さが増しています．そして，FPGAがシステム・レベルの機能を実現するプラットホームとなった現在，その開発は途方もなく困難になりました．

　FPGA事業の観点で見ると，最新のプロセス技術を利用する製品の開発には，多大な投資やサポート費用，開発リソース，そして開発期間が必要になります．また開発サイクルが長くなり，そのための投資を回収するのに時間がかかります．高集積と低価格を実現した新しいFPGAは，ASICの代替品としてではなく， 既存の複数のFPGAを置き換える目的で採用されています．その結果，FPGAベンダの収益率は低下しています．

　さらに，次世代のネットワーク機器や通信機器をターゲットとするデバイスの主要サプライヤの地位をめぐって，Altera社とXilinx社は市場で激しく火花を散らしています．いくつかのケースでは，ハイエンドFPGAが低価格・量産向けのFPGAに取ってかわられているようです．こうした低価格・量産向けFPGAは，一昔前のハイエンドFPGAの性能や集積度を実現しています．システム・コストを抑えるため，ハイエンドFPGAのユーザは，まずローエンドの最新製品を評価し，自分たちの要件を満たしているかどうかを確認します．

　最近の傾向を見ると，Altera社とXilinx社は高集積，高性能で，アプリケーションに求められる機能をすべて備えるFPGAを実現することに力を入れています．一方，CPLDや量産向けのローエンドFPGAについては，両社から目立った発表がありません．