Cell Broadband Engineを利用したホログラム計算（後編）

　ホログラムに変換する計算式は，次に示すようなcos関数の重ね合わせです．以下の式に物体点の座標を入力していくと，ホログラム上のある座標における計算値が求まります．

　ここで，添え字のαはホログラム上の点を，jは物体を構成する点を表しています．x，y，zは座標を表し，xαj＝xα－xj，yαj＝yα－yjです．Ajは物体光の強度，λは参照光の波長，Nは物体点の総数です．

　ホログラムの画素数をMとすると，1枚の計算機合成ホログラムを作成するために上の式のcos計算をM×N回行う必要があり，リアルタイムに動画を再生するためには30フレーム/s程度のビデオ・レートが要求されます．そのための計算量は膨大であり，計算機合成ホログラムを用いた電子ホログラフィによる3次元テレビの実用化には，今後10年～20年を要するともいわれています．

　実際にはホログラムに変換する計算式をコンピュータに実装して計算するわけですが，この式の場合，計算するホログラムの各画素間に依存関係（ある画素Aの計算結果を別の画素Bの計算で用いるなど）がありません．非常に並列処理しやすい計算であることが知られています．

　この特徴を利用して，計算機合成ホログラムの計算プログラムをCBEに移す際に高速化を図ります．計算用のデータの読み込みなどはPPE側でしか実行できないので，PPEに任せます．その後の実際の計算式の部分はSPEに実装します．

　以下に，実際のPPEとSPEのプログラムの一部（CBE特有の部分）を示しながら，CBEのプログラミングについて解説します．

● PPE用プログラムを作成する

　PPEのプログラムの大きな特徴は，プログラム内でSPEプログラムのスレッドの呼び出し（または終了）を確認して停止させる関数群と，SPEプログラムがDMA転送を利用してメイン・メモリからデータを転送するためにデータを格納・加工する部分です．以下に例を挙げて解説します．

1）ライブラリのインクルード

　PPEからSPEを利用するためのlibespe2ライブラリとスレッドの生成や管理などを行う関数群を持つpthreadライブラリをインクルードします〔リスト1（a）〕．

2）DMA転送用領域の確保

　まず，SPEプログラムに渡す入力データと出力データのための領域を宣言します．

　DMA転送に用いるパラメータをまとめた構造体を作成し，メイン・メモリ上にDMA転送用パラメータの領域を確保します．DMA転送を行うデータは，基本的に16バイトの倍数になります．DMA転送では128バイトが最適なので，__attribute__キーワードを指定してバイト境界を128バイトにそろえます〔リスト1（b）〕．

　また，メイン・メモリ上に結果格納用の領域を確保します〔リスト1（c）〕．