FPGAの応用領域が拡大，ビッグ・データや金融取引，Webデータ処理のインフラ技術に

●特定用途のための特別なLSIから汎用コンポーネントへ

　ここまで，IT系システムの中心的な処理をFPGA上のハードウェア・ロジックとして構成する事例を紹介しました．従来，FPGAは特定の処理を高速化する演算コンポーネントとして利用されることが多かったのですが，このような従来の使い方とは明らかに異なります．

　FPGAのシリコン上の回路構成は，非常に規則正しい構造になっています．そのためFPGAには，製造プロセスの進化の恩恵を比較的享受しやすい，というメリットがあります．例えば2013年2月25日には，FPGA大手の米国Altera社が次世代FPGAの製造について，米国Intel社の14nmプロセスを利用するという発表がありました．今後もFPGAは最先端の微細化と低消費電力化という方向で進化を続け，応用領域が広がっていくと考えられます．

　ただし，FPGAがより多くの応用領域で利用可能となるためには，設計手法のパラダイムシフトが必要になると考えています．一般にFPGAの開発には，VHDLやVerilog HDLといったハードウェア記述言語のRTL（Register Transfer Level）記述が用いられるのですが，複雑なアルゴリズム処理をRTLの抽象度で記述することには問題があります．設計者にハードウェアの知識が必要であり，かつ繁雑で手間がかかります．時にはバグの温床となることもあります．そのため，複雑なアルゴリズム処理をFPGAで実現するためには，RTLの回路構造を記述するのではなく，一般のソフトウェア・プログラムと同じようにアルゴリズムやデータ構造を記述することが必要になると考えられます．

　こうした背景から，C/C++言語などの高級言語を用いてハードウェア設計を可能にする高位合成（ビヘイビア合成）ツールの研究開発が進められてきました．例えば，FPGA大手の米国Xilinx社は「AutoESL」という高位合成ツールの提供を開始しています．

　新しい動きとして，よりモダンな言語をベースとした高位合成ツールの研究開発も進んでいます．例えばIBM社のLimeプロジェクトでは，Javaを拡張した言語によってCPUやGPU（Graphics Processing Unit），FPGAを統合的に取り扱える処理系を開発しています．また筆者らも，Javaで記述したプログラムをFPGA上の回路に変換する「JavaRock」という設計環境を開発しています．うまくいけば，コンピュータ上のソフトウェアとして動作確認したプログラムを，そのままFPGA上に展開できる時代が来るかもしれません（図4）．

図4　FPGA開発フローの現在と将来

(a) 現在のフロー（論理機能の検証が中心）

(b) 将来のフロー（ソフトウェア検証が必要に）

　このような開発環境が実現されたとき，システム設計者から見ると，FPGAはプロセッサと同類の「ソフトウェアを実行する環境」と見なされるようになることでしょう．そして，FPGAは特定用途のための特別なLSIではなく，どこでもだれでも使える，高性能なコンピュータ・システムを実現する汎用コンポーネントに変わっていく，と考えています．

●参考URL
(1) IBM社；IBN Netezzaデータウェアハウス・アプライアンス．
(2) Maxeler Technologies社のWebサイト．
(3) イーツリーズ・ジャパンのWebサイト．

ふなだ・さとし
(株)イーツリーズ・ジャパン