Premium Talk Session Premium Talk Session 日本アルテラ株式会社 ゲスト：富士ゼロックス株式会社 Cortex-A9の可能性を広げる FPGA を「コンパニオンチップ」として使 う方法は一般的なのでしょうか？ ハードとソフトの融合に高まる期待 だ。最近では高度なドキュメントマネージメント機能も搭載され、日々のオフィス業務の効率化を支えている。今回の「プレミ 富士ゼロックス株式会社 コントローラ開発本部 コントローラプラットフォーム第五開発部 マネジャー アムトークセッション」では、20 年以上に亘って複合機市場をリードしてきた富士ゼロックスでコントローラ開発を手掛けてき 柳澤 克彦 氏 た柳澤克彦氏をお招きし、同社の取り組みと、ARM ® Cortex TM-A9 MPCore TM プロセッサを搭載した新しい ARM デバイスの可能 性について伺った。 の使い方をしているお客様もいらっしゃい アルテラは2011年10月に、ARM Cortex-A9 ます。ひとつの ASIC で全部のプロトコルに MPCore プロセッサを搭載した「SoC FPGA」 対応しようとすると大変なので、ラインカー を発表しました。概要を紹介してください。 ドごとに必要なプロトコルだけを FPGA に 小 山： ア ル テ ラ の「SoC FPGA」は、800 組み込んでサポートする、といった方法で MHz 動作のデュアルコアの ARM Cortex-A9 す。当社としてもコンパニオンチップとい MPCore プロセッサをハード IP として内部 う使い方は FPGA の訴求ポイントのひとつ に搭載した最新の FPGA デバイスです。アル と考えていて、さまざまな機会で提案して テラでは「Nios® II」というソフト IP のプロ います。 セッサコアを 10 年以上に亘って提供してき ま し た が、 今 回 の ARM Cortex-A9 MPCore FPGA ベンダーとしてアルテラを選んだ理 採用した理由をもう少し詳しく教えてくだ 由についてお聞かせください。 プロセッサは、より高速なシステム性能を 求めるお客様のニーズに応えるものとなり 柳澤：コンパニオンチップとしての FPGA ます。ラインアップとしては、ミッドレン 柳澤：マイコンコアや画像処理エンジン にモデルごとの機能を作り込むには、各回 ジの「Arria V SoC FPGA」と、ローエンドの などで構成した SoC にモデルごとの機能も 路モジュールを簡単に取捨選択できる開 「Cyclone V SoC FPGA」の 2 シリーズでまず 積、ユーザーインタフェースの制御なども すべて統合しようとすると、SoC の規模が 発 ツ ー ル が 不 可 欠 で し た。 ア ル テ ラ は 当 は製品化します。なお、システムに必要な 担当します。構成としては、マイコンコア 大きくなるばかりか、個々のモデルで見た 時、必要なモジュールだけを指定して FPGA USB インタフェース、イーサネットコント 柳澤：入社当時はかつて存在したワーク に画像処理エンジンやネットワークインタ ときに使わない機能も搭載することになり、 を 構 成 す る「SOPC Builder」 （ 現「Qsys」 ローラ、ブート ROM インタフェース、DDR ステーションの開発を手掛けていましたが、 フェースなどを統合した独自開発の SoC（シ コスト的にも冗長になってしまいます。そ システム統合ツール）という開発ツールと、 メモリコントローラなども内蔵しています 先ほども述べたようにデジタル化によって ステム・オン・チップ ）と、モデル別の機能 こで、フレキシブルなモデル展開を実現す 「Avalon」という内部バスを唯一提供してい 柳澤：富士ゼロックスが最初にデジタル複 コピー機やプリンタにもネットワーク機能 を搭載した FPGA とを組み合わせています。 るために、SoC で構成されるベース部分は共 て、それが採用の決め手になりました。こ 合機を商品化したのは 1989 年です。それま やコンピュータ的な要素が求められるよう 堀内：柳澤さんには当社の FPGA を 10 年 通化を図りシンプルにして、一方でモデル ういったツールや内部バスの考え方は今で でアナログ的に処理していたコピー機やレー になり、ワークステーションを担当してい 近く使っていただいています。ちなみに一般 ごとの個別機能は回路を変更できる FPGA に は 当 た り 前 に な っ て い ま す が、 私 た ち が ザープリンタの内部がデジタル化されてきた た知見を生かそうということで、1980 年の のハードウェア回路は一度設計すると変更が 統合した、「SoC ＋ FPGA」というアーキテク FPGA を 採 用 し 始 め た 2000 年 前 半 に そ う 時期で、コピー機、ファクシミリ、レーザー 後半に複合機部門に移りました。現在は海 できませんが、 「フィールド・プログラマブ チャをプラットフォームとして採用してい いった環境を提供しているのはアルテラだ プリンタ、あるいはスキャナ機能を一緒にし 外向けのローエンドモデルを中心に、「コン ル・ゲート・アレイ」を略した FPGA デバイ ます。2 年から 3 年おきに訪れる SoC の世代 けでした。 ようというアイディアが自然に生まれ、複合 トローラ」と呼んでいるハードウェア開発を スには回路を自在に書き換えられるという特 交代時の機能ギャップを FPGA で吸収すると 機が誕生しました。その後、ネットワークな 担当しています。 徴があり、コミュニケーション、インダスト いう目的もあります。 FPGA をコンパニオンチップとして活用 モデルごとの機能を FPGA に搭載 まず始めに複合機の歴史を簡単に説明し ていただけますか？ さい。 柳澤様ご自身はどのような仕事をされて きたのでしょうか？ して設計しておいていただければ、 「SOPC で幅広く採用されています。アルテラでは現 LSI ）との対比で論じられることが多く、開 Builder」と い う ツ ー ル を 使 っ て、 こ の 機 在、高性能と高集積を志向したハイエンドの 発費、量産コスト、開発期間といった観点 能は FPGA に入れる、この機能は入れない、 柳澤：「コントローラ」は複合機に内蔵さ 「Stratix® V FPGA」シリーズ、ミッドレンジ で、それぞれの優劣が比較されることが少 といった指定が簡単にできるのが特徴で れるメインコンピュータのような位置付け の「Arria® V FPGA」シリーズ、およびロー なくありません。しかし柳澤さんのチーム す。 当 社 や サ ー ド パ ー テ ィ が 提 供 す る 標 堀内：本当に便利になりましたよね。ネッ にあり、スキャンユニットが出力するデー コストかつローパワーを狙った「Cyclone® はそういった「FPGA vs ASIC」という対立軸 準 IP も 同 じ よ う に 選 択 可 能 で す。IP 同 士 トワークで端末とつながっているので、最 タを受けて、画像処理を行い、レーザーや V FPGA」シリーズをラインアップしています。 ではなく、FPGA を「コンパニオンチップ」 を結ぶロジックを設計する必要がないの 近ではコピーした書類を PDF 化して自分の 感光ドラムを制御するエンジンユニットに として使うフレキシブルなアプローチを早 で、 お 客 様 は 製 品 価 値 に 直 結 す る 本 来 の ディスクスペースに保存する、といった使 デ ー タ を 出 力 す る の が 主 な 役 割 で す。 ま 先ほど SoC ＋ FPGA でコントローラを構成 くから採用されています。きわめて合理的 設計に注力できるといったメリットがあ い方もしています。 た、ネットワークなどの制御、データの蓄 しているとの説明がありましたが、FPGA を で、しかも先進的な使い方だと思います。 ります。 タフェースの工夫、セキュリティ機能の搭載、 カラー化など、機能や性能のさまざまな面で 進化を遂げてきました。 ARM PARTNERS SUCCESS その「コントローラ」について教えてくだ さい。 プロセッサコアとして ARM アーキテク チャを選んだ理由を教えてください。 小山：さまざまなアーキテクチャのサー に 基 づ い て お 客 様 の 機 能 ブ ロ ッ ク を IPと 堀 内：FPGA はしばしば ASIC（ カ ス タ ム 像度の向上、消費電力の削減、ユーザーイン ので、高度な機能統合が可能です。 堀内：当社が定めた内部バス「Avalon」 リアル、放送機器、コンシューマなどの分野 どのコネクティビティの強化、印字速度や解 12 高いレベルのフレキシビリティを実現 堀内：たとえばネットワーク機器で同様 「SoC FPGA」 ワールドワイドでの年間出荷台数が 300 万台を超え、組込み分野を代表するアプリケーションのひとつとなっているのが複合機 Cortex-A9 MPCoreを FPGAに統合 日本アルテラ株式会社 マーケティング部 部長 堀内 伸郎 氏 ARM PARTNERS SUCCESS 13 Premium Talk Session Premium Talk Session 日本アルテラ株式会社 ゲスト：富士ゼロックス株式会社 たいというのが私どもの願いのひとつでは ミングの拡張を加えた C 言語ベー 柳澤：新規開発のシステムであれば「SoC あるのですが、柳澤さんがおっしゃるよう ス の オ ー プ ン な 規 格 で Khronos FPGA」で ワ ン チ ッ プ 化 す る と い う 使 い 方 に、既存システムの構成や制約を踏まえた Group（クロノス・グループ）とい はたしかにあると思います。本格的な SoC うえで、お客様にどういう提案をしていく う業界団体が開発しています。メ を開発するよりもはるかにお手軽ですよね。 かが、私どもの課題といえそうですね。 インプロセッサで実行する「ホス 化できるようにも思えるのですが。 柳 澤： ロ ー パ ワ ー か つ 高 性 能 な ARM トコード」と、他のプロセッサコ すでに存在するシステムを「SoC FPGA」で Cortex-A9 MPCore プロセッサがデュアルで アまたは外部のプロセッサやアク 置き換えたほうがいいかというと、ソフト 載っていて、しかも高速な FPGA ロジックも セラレータが実行する「カーネル ウェア資産をどう継承するか、あるいは再 使えるので、かなり複雑な処理を実現でき コード」とで構成され、並列処理 検証や再評価をどうするか、といった問題 るだろうというのが今の期待値ですね。具 を実行する仕組みです。 が出てきます。さらに「SoC FPGA」は FPGA 体的な検討はこれからで、どのような差異 こ の O p e n C L の 手 法 を「 SoC のこれまでの変遷の中ではかなり大きなト 化をしていくかは富士ゼロックス側の宿題 FPGA」の ソ フ ト ウ ェ ア プ ロ グ ラ ランジションになるので、エンジニアにとっ ですが、さらにいえば「SoC FPGA」という ミ ン グ に 適 用 す る と、 上 位 の C/ ベイを行った結果、ARM に対するお客様の ては、文化的かつ技術的なギャップを飛び 入れ物を与えられたときに、組込み業界と C++レベルからは ARM Cortex-A9 ニーズがもっとも高かったことや、最新の 越えなければなりません。ですから、最初 してどういう付加価値を創造していけばい MPCoreプロセッサとFPGAロジッ 28nm プロセスノードに最適と判断して、採 から全部を置き換えようとするのではなく いかが問われているのかもしれません。 クとがシームレスになり、ソフト 用を決定しています。 て、もう少し現実的な導入戦略を立てたほ いわば「お手軽 SoC」が実現できると。ただ、 日本アルテラ株式会社 プロダクト・マーケティング・マネージャ 小山 崇之 氏 堀内：ARM には強固なエコシステムが確 うがいいのかなという考えです。 立されているという点も挙げられます。また、 ハードとソフトの設計を効率化する 識することなく、お互いの機能分担を柔軟 手く進みません。「OpenCL」のお話がありま サを利用するには、既製のマイコン製品を シームレスな開発環境を提供 に変更することも可能です。現在アルテラ したが、デザインエントリーの段階からハー 利用するか、費用と時間をかけて独自 SoC では、カーネルコードを FPGA に実装する為 ドウェアとソフトウェアをシームレスに結 を 開 発 す る し か あ り ま せ ん で し た。「SoC の研究開発プログラムを精力的に進めてい ぶ設計インフラの整備はぜひお願いしたい FPGA」の登場によって、自社製品に最適な るところです。 ところです。 ユーザーベースが将来ハイエンドに広がって 具体的な構想はありますか？ いく可能性を踏まえると、現在 Cortex-M シ 柳澤：ひとつは、モデルごとの差異化の 「SoC FPGA」は、ハードウェア設計者とソ リーズで構築している組込みシステムを、よ 部分を組み込んでいる現在の FPGA の置き フトウェア設計者の協調設計が鍵になるよ り高性能な Cortex-A シリーズにマイグレー 換えを考えています。今後要求されるであ うに思います。アルテラではどのような設 ションする機会も増えてくるはずで、そう ろう複雑な機能を、FPGA のロジックと ARM 計環境を提供する予定ですか？ いった応用に「SoC FPGA」を活用していた Cortex-A MPCore プロセッサを使ったソフ だきたいという狙いもあります。 「マイSoC 」あるいは「 マイARM 」を比較的 堀内：もうひとつ、アルテラではソフト 小 山：「SoC FPGA」は、FPGA の エ ン ジ ウェアエンジニア向けに「SoC FPGA Virtual ニ ア の 方 々 か ら 見 る と ARM Cortex-A9 小 山：FPGA 部 分 の 設 計 に は こ れ ま で ど Target」と い う 仮 想 プ ロ ト タ イ ピ ン グ の MPCore プ ロ セ ッ サ が 追 加 さ れ、 一 方 で や「SoC」というキーワードから難しそうと トウェアで実装すれば、FPGA 単体を使う場 おり「Quartus® II」という統合環境を提供 仕 組 み も 提 供 し ま す。 パ ソ コ ン 上 に 再 現 ARM ソフトウェアのエンジニアの方々から いったイメージを抱くエンジニアのかたも 合に比べて、きわめてフレキシブルかつ高 す る 一 方 で、ARM Cortex-A9 MPCore プ ロ し た 仮 想 的 な「SoC FPGA」を 使 っ て ARM 見ると FPGA というテクノロジが追加される 多いと思うのですが、アーキテクトやエン 性能な機能拡張が実現できるでしょう。し セッサ向けのソフトウェアの開発には ARM Cortex-A9 MPCore プロセッサや各ペリフェ ことになるので、もしかしたらハードルが ジニアの皆さんにとって自分たちの味方に かも FPGA なので、SoC や ASIC に比べて開発 コミュニティのエコシステムをご紹介する ラルの挙動をシミュレーションできるツー すごく高いものに感じられる可能性がある なる選択肢が増えると考えていただければ 柳澤：もちろんです。ARM アーキテクチャ 期間が短くて済み、タイムリーな市場投入 ことになります。「SoC FPGA」には ARM の ルで、ソフトウェアエンジニアの皆さんに わけです。そのハードルを下げていかない と思います。たとえばソフトウェアでは性 ということもあり、評価ボードなどがリリー が図れます。そういった方法が最初の落と 標準デバッグポートが装備されていますの 充実した開発環境をお届けしたいという取 と、お客様にとってもアルテラにとっても 能が出なかったときに、機能をハードウェ スされたらぜひ導入してみたいと考えてい しどころで、その次に既存の SoC を含めた で、デバッグ方法は他の ARM プロセッサと り組みの一環となります。FPGA ロジック部 ハッピーになりませんので、デバイスの提 ア化して FPGA 側にオフロードする、といっ ま す。 最 近 で は ARM マ イ コ ン の 評 価 ボ ー 統合という話が出てくるのだろうと考えて なんら変わりありません。このほか、ハー 分をハードウェア的に連動させることも可 案だけではなく、開発環境、応用方法、さ た使い方も簡単にできるようになります。 ドが雑誌の付録として手に入るほどですが、 います。 ドウェアとソフトウェアの機能をハイレベ 能で、ソフトウェアとハードウェアの協調 らには、「文化」も含めた提案をしていかな 柳澤さんからいただいたいろいろなご意見 検証が実現されます。 いといけないなと感じています。 も参考にしながら、組込み機器の付加価値 このアルテラの「SoC FPGA」に興味はあ りますか？ そういったお手軽な感じで評価できたらい 堀内：先ほど FPGA をコンパニオンチップ ルかつシームレスで扱えるように、並列コン ろいろなアイディアも沸いてきて面白いか として活用されているというお話がありま ピュータの開発環境として注目を集めてい もしれません。とにかく期待と興味がある したが、「SoC FPGA」によってソフトウェア る「OpenCLTM」にも対応する予定です。 のは確かです。 を含めたコンパニオン化を実現しようとい う考え方ですね。 14 ウェア・エンジニアは FPGA を意 複合機ではどのような使い方が想定され 小山：お客様の既存のシステムを「SoC ますか？ 現在の SoC ＋ FPGA をワンチップ FPGA」を使ってワンチップ化していただき ARM PARTNERS SUCCESS 「OpenCL」についてもう少し説明してく ださい。 小山：OpenCL は、C 言語に並列プログラ 簡単に実現できるようになりますね。 堀内：もちろんそう願っています。 「FPGA」 柳澤：しばらくはアルテラと当社のよう を上げる手段のひとつとして、さまざまな アとソフトウェアにどのように機能を振り なユーザーとがキャッチボールをしながら、 分野に価値や使い方を提案する活動を進め 分けるかが難しくなってきます。また、ソ 事例や応用範囲を広げていく必要があるで ていきたいと考えています。 フトウェアで処理しているところをハード しょうね。 柳澤：高度な集積化が進むとハードウェ いろいろな可能性が拓けそうで楽しみで ウェアに移したいとき、あるいはその逆の ときに、お互いに断層があっては設計は上 これまで ARM Cortex-A シリーズプロセッ すね。本日はありがとうございました。 ARM PARTNERS SUCCESS 15
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