FPGAやASICの世界でよく聞く言葉に、「ハードマクロ」や「ソフトマクロ」があります。でも、「マクロって何？ マクロ定数のマクロ？」「ソフトってソフトウェアのこと？」と、初学者にとってはイメージしづらい用語の一つです。
この記事では、これらの「マクロ」が意味するものを、論理設計・物理設計・開発プロセスの観点からわかりやすく解説します。
目次
「マクロ」とは何か？
ここで言う「マクロ」は、**再利用可能な回路ブロック（モジュール）**を指します。
- 大きめのまとまった機能単位（CPU、RAM、DSPブロック、UARTコアなど）
- 小さなゲートや論理素子の組み合わせではなく、一つの機能として意味を持つ単位
たとえば「RISC-V CPUコア」「AXIバスインターフェース」「JPEGエンコーダ」などは、いずれも「マクロ」と呼ばれます。
ソフトマクロとは？
ソフトマクロ（Soft Macro）は、論理レベルで記述されたモジュールです。
- 通常はHDL（VerilogやVHDL）で提供される
- 論理合成・配置配線・レイアウト生成をユーザー側で行う
- FPGAにもASICにも適用可能
- 柔軟性が高く、移植性がある
特徴：
- 構成やパラメータを設計者が変更できる
- FPGA内のLUTやFFなどに展開される
- デバッグやシミュレーションがしやすい
例：
- MicroBlaze（XilinxのソフトCPU）
- Nios II（Intel FPGA向けのソフトCPU）
- サードパーティ製のHDL IPコア
ハードマクロとは？
ハードマクロ（Hard Macro）は、物理設計まで完了した固定構造の回路ブロックです。
- レイアウト情報（トランジスタ配置、配線）がすでに決まっている
- HDLでの変更はできない（ブラックボックス）
- 特定のプロセスやデバイスに最適化されている
- 高性能・高密度・低消費電力だが、柔軟性は低い
特徴：
- 合成不要。すでに物理的に完成している
- ASICやZynqのようなSoC FPGAでよく使われる
- 利用は簡単だが、再構成性やカスタマイズ性はない
例：
- Zynq-7000のPS部（ARM Cortex-A9）
- PCIe PHY回路（物理層）
- 高速トランシーバやハードウェア暗号モジュール
FPGAでの使い分け：ソフトマクロとハードマクロ
FPGAでは主にソフトマクロが使われますが、SoC型のFPGA（Zynqシリーズなど）ではハードマクロのCPUなども内蔵されています。
| 比較 | ソフトマクロ | ハードマクロ |
|---|---|---|
| 記述形式 | HDL（柔軟、再構成可能） | レイアウト済み（固定） |
| 性能 | 中〜高（LUT次第） | 高速・高密度 |
| カスタマイズ | 可能 | 原則不可 |
| 主な用途 | FPGAロジック内の機能追加 | 高性能・汎用部品の埋め込み |
「マクロ」を理解する意味
設計が進むにつれて、個々の回路素子よりも「IP（Intellectual Property）」や「マクロ」という単位で考えることが多くなります。これは、設計を効率化し、再利用性や信頼性を高めるためです。
- 自分で全て作るより、既存のマクロを組み合わせて使う
- ソフトマクロなら柔軟に、ハードマクロなら確実に
- FPGAは両者を活用できる非常に強力な設計プラットフォーム
まとめ
- 「マクロ」とは再利用可能な機能ブロック（論理的・物理的）を指す
- ソフトマクロ：HDL記述、柔軟で再構成可能
- ハードマクロ：物理固定、高速・高密度・構成変更不可
- FPGAでは設計対象によって両者を使い分けることが重要
この用語のニュアンスを理解しておくと、データシートやツールのマニュアルを読んだときにも迷わずに済みます。設計の抽象度を意識しながら、適切なモジュールを選んで設計を進めていきましょう。