Acri webn04 lt_iwi_配布

第４回 ACRi ウェビナー
FPGAの活用例が分かる！ライトニングトーク大会
2021年7月20日
株式会社インテリジェントウェイブ
下村淳
「 FPGAを活用したIPフロー監視ソリューション」

(c)INTELLIGENT WAVE INC. 2021 1
株式会社インテリジェントウェイブ

(c)INTELLIGENT WAVE INC. 2021
インテリジェントウェイブの事業紹介
2
国内トップシェアを誇る「NET+1」のカードビジネスを中心に、証券システム、
セキュリティシステムを展開。新規領域にも積極的に挑戦し事業拡大を図っています。
証券システム事業
■カードビジネス事業
カード決済システムのオーソリシステム・
対外接続システム、不正検知システムの構築。
■証券システム事業
証券会社／銀行・生損保会社等向け証券フロントソリューションの構築。
■セキュリティシステム業務
組織内部からの情報漏えい対策ソリューションの
開発・販売。サイバー攻撃による情報漏洩を防ぐ
ソリューションの販売。
■新規事業領域
自然言語処理技術を活用した高精度文書検索
システム、大容量IPフロー監視システム、
量子シミュレーション等、事業拡大中。
OnCoreClearing
RIX
Realtime Information eXchanger
FES
Fast Event Streamer
新規事業
★ 自社開発製品
EoM
DNP業務知識活用
プラットフォーム
IWIメディア分析
プラットフォーム

IPフロー監視ソリューション
“ EoM “ のご紹介

放送システムの IP化
4
⚫ 放送業界における映像・音声信号の伝送は SDI が主流です
⚫ 4K対応の 12G-SDI など高速化してきたが限界が近づいています
⚫ Ethernet の帯域向上の方が圧倒的に早く 400Gbps まで標準化済みです
→ 4K/8K高精細映像伝送のために IP化が進んでいます
放送の品質の維持・向上のために
個々の IP を詳細に監視する必要が
あります。

EoM とは
5
Backbone
SW
PTP SG
Camera
Video Server
Vision mixer
Ethernet
SW
Monitor
Camera
IP-GW
IP-GW
IP-GW
Broadcast
Deck
IP-MV
IP-GW
Monitor
IP-GW
IP-MON
IP Main line
SDI Main line
Ether
SW
Ether
SW
Ether
SW
Ether
SW
Ether
SW
Ether
SW
Venue A
Venue B
Monitor
GPS ANT
BB Signal
Distribute to
Base band machine
PTP Signal
EoM
Broadcast
Deck
BB
Distributer
EoM
利用例 B
利用例 A
IPフローを監視するソリューションです。
➢ 入力される全てのIPフローをリアルタイムに解析します
➢ 監視に必要な項目のみを抽出して取得します ← FPGAで処理

画面イメージ - OverView -
6
データ流量やデータ種別の確認、パケットドロップなどの問題が発生しているポートの特定が可能。
データ流量
パケットドロップ数
データ種別
SMPTE2110-20 / SMPTE2110-30 / SMPTE2022-6 / PTP / IGMP

画面イメージ - FlowView -
7
選択したポートのIPフロー詳細情報を確認できます。
→ データ種別ごとのフロー数、送信元/送信先情報、データ流量、トラフィック品質などの確認が可能
データ種別ごとのフロー数
SMPTE2110-20：送信元＆送信先のIPアドレス・ポート番号・MACアドレス、パケット数、ビットレート、
ジッター、レイテンシー、マーカビット数、フレームレート、ドロップカウント、バーストドロップなど
SMPTE2110-30：送信元＆送信先のIPアドレス・ポート番号・MACアドレス、パケット数、ビットレート、
ジッター、レイテンシー、サンプリングレート、ペイロード長、ドロップカウント、バーストドロップなど

画面イメージ - 詳細画面 -
8

画面イメージ - アラート機能 -
9
パケットドロップ率等の各フローの状態を監視し、閾値を超過した場合にアラート通知をする機能。
リカバリー通知、SNMPトラップ、メール通知等にも対応することができます。
<設定例>
橙: レイテンシーなどの乱れがあるが映
像などには影響なし
赤: パケットドロップが発生しており、
映像等に乱れが生じている
※ 閾値と表示色を任意に設けることが可能です。

映像・音声外部出力機能
10
管理画面(FESBRM)から時間を指定し、その期間の映像や音声を出力する機能。
実際にどういった映像や音声の乱れがあったかを確認することができます。
【音声出力】
【映像出力】

ふたつのEoM
11
❖ 監視可能ポート数:
❖ 対応速度:
~32ポート
10G
Arista7130
- FPGA搭載のL1スイッチ -
❖ 監視可能ポート数:
❖ 対応速度*1:
~8ポート
10G/25G/100G
Alveo U200
- スマートNIC -
*1 100Gの場合監視可能ポート数が2ポートになります。
* スイッチング時の内部レイテンシーが5n秒
* ミラーリング機能を実装しています。

システム概要図 - EoM (Arista7130) -
12
Arista7130
FPGA
• ポートミラーリング
• 分析情報の抽出
• PTPタイムスタンプ付与
分析サーバ
EoM
タイムサーバ
データ受信側
配信データ
分析データ
Et 1 3 5 ・・・ 31
Et 2 4 6 ・・・ 32
時刻データ
Grafana
User Interface (標準画面)
データ配信側
* Elasticsearch及びGrafanaはOSSです。
FES
リアルタイムイベント分析
(ストリームコンピューティング)
ElasticSearch
分析データの保存
(検索エンジン)

システム概要図 - EoM (Alveo U200) -
13
L2/L3スイッチ
分析サーバ
FES
リアルタイムイベント分析
(ストリームコンピューティング)
ElasticSearch
分析データの保存
(検索エンジン)
EoM
データ受信側
配信データ
分析データ
時刻データ
Grafana
User Interface (標準画面)
データ受信側
ポートミラーリング
* 分析情報の抽出
* PTPタイムスタンプ付与
データ配信側タイムサーバ
Alveo U200
Xilinx社製スマートNIC
* Elasticsearch及びGrafanaはOSSです。

EoM の
FPGA開発について

開発のポイント
15
～FPGA開発の手法～
➢ Vivadoデザインフローと Vitisデザインフロー
➢ RTL と HLS
～コラム～
➢ SLR に関するあれこれ

FPGA
Vivadoデザインフロー
16
Arista 7130 版 EoM
➢ Vivadoでの開発
➢ 回路記述は RTL（verilog）
Ethernet I/F Ethernet I/F
分析データ
抽出部
Ethernet I/F
Ethernet I/F
Ethernet I/F
Ethernet I/F

Alveo U200 版 EoM
➢ Vitis アプリケーションアクセラレーション開発フロー
➢ 回路記述は RTL（verilog）と HLS を使い分け
FPGA
Ethernet I/F 分析データ
抽出部
Ethernet I/F
PCIe I/F
PCIe I/F
Vitisデザインフロー

Vitisデザインフロー
18
➢ XRTがホストとカーネル間のトランザクションを処理
➢ ユーザーは Custom kernel の開発に注力できる
UG1393より抜粋

RTL と HLS
19
機能によってカーネルの記述を使い分けています。
➢ ホストとのデータ転送は比較的シンプルなためHLSで記述
➢ オリジナル回路部分はRTLで記述
FPGA
Ethernet I/F 分析データ
抽出部
Ethernet I/F
PCIe I/F
PCIe I/F
RTL記述 RTL記述 HLS記述

RTL と HLS
20
開発して感じた、HLS の印象です。
➢ シンプルな回路の記述が簡単にできる
➢ 隠ぺいされている部分のデバッグが難しい。
⇒ 回路を最小単位で動作確認して積み上げることが大事
➢ 並列動作する回路を１つのカーネルにまとめると
他方の回路と依存性がある信号があるときにハマる
（例）DDRメモリへの書き込み
for (int i=0; i<size; i++) {
ddr_mem[i] = sample[i] + 1;
}

RTL と HLS
21
開発して感じた、RTL の印象です。
➢ 良くも悪くも記述した通りに動く。
➢ バグがつぶしやすい。
➢ 慣れが必要。

コラム～ SLR ～
22
Vitisデザインフローで、比較的規模の大きい回路を
作成するときに、意外と頭を悩ませるのがSLRです。
いくつかの制約があり、使えるリソースを考慮
しながら配置する必要があります。
シェルによっても、ユーザーが使えるリソースに
違いがあるので、ご注意ください。

SLRとは
23
SLR : Super Logic Region
SSI : Stacked Silicon Interconnect
UG872(v14.3)より抜粋

フロアプラン
24
➢ Alveo U200 搭載FPGAの SLR数は３個
➢ Alveo U250 搭載FPGAの SLR数は４個
DS962(v1.2)より抜粋
U200 のフロアプラン U250 のフロアプラン

カーネル配置の制約
25
➢ カーネルは SLR をまたいで配置することはできません。
➢ カーネル間はAXI4-Streamで接続します。
➢ SLRをまたいだ接続には AXI4-Stream Register Slice を使用します。
（シェルによっては手動で記述する必要があります）
➢ 配置できるカーネルの数には上限があります。
AXIS
カーネル

シェルによるリソースの違い
26
SLR2
SLR1
SLR0
SLR2
SLR1
SLR0
Static領域：
ユーザー使用不可
Dynamic領域：
ユーザー使用可能
ユーザー回路例

YouTube動画紹介
27
YouTubeで、EoMのデモ動画や、オンラインセミナーのアーカイブ動画を公開しております。
今後も動画をアップロードしていく予定ですので、是非チャンネル登録をお願いします。
41:40
2:16
3:56
EoM IWI

FAQ
28
Q1 保存可能なデータ容量は?
A1 Elasticsearchのデフォルト設定は30日間データを保持するようになっています。
分析サーバのスペックに依存しますので、推奨スペックのサーバをご利用ください。
Q2 Arista7130以外のN/WスイッチでEoMを利用することができますか?
A2 いいえ、残念ながらご利用いただくことはできません。
EoMはXilinx社製のFPGAを搭載したArista7130を基に開発されたソリューションです。
同じFPGAを搭載したスイッチであれば比較的に開発が容易と思われますので、ご相談ください。
Q3 EoMで現在対応していないプロトコルを監視対象としたいです。対応可能でしょうか?
A3 特殊な暗号化などが施されているような場合を除き、追加開発が可能です。
是非ご相談ください。
Q4 製品が故障した際の影響範囲を教えてください。
A4 * EoMソフトウェアが故障した場合には、監視機能にのみ影響がございます。データ配信自体には影響はありません。
* Arista7130(=ハードウェア)が故障した場合には、データ配信にも影響がでてしまいます。しかし、Arista7130は世界各地の証券取引所様等で多数の実績を
持っている製品であり、極めて高い安定性を有していることも合わせてご認識ください。
Q5 EoM(Alveo U200)を配信側と受信側の間に配置して使用することは可能ですか?
A5 はい、可能です。
タップのようなイメージで配信側と受信側の間に設置することで、ポートミラーリングを使用せずIPフローの監視を行うことができます。
Q6 EoM(Arista7130)を利用し、32ポートの可視化を実現するためにはIAサーバは何台必要ですか？
A6 8ポート毎に10GのNICが1つ必要です。
サーバスペック次第では1台に複数のNICを搭載し可視化することも可能です。
したがって、搭載しているNIC数やサーバスペックによってIAサーバの必要台数が異なります。
Q7 EoMでは最大何台分の機器の情報を取得することができますか?
A7 制限はありません。
ですが、帯域にはご注意ください。
Q8 Grafanaで複数台のEoMの情報を可視化することができますか?
E.g. Alveo U200を2台接続し、一つの画面で管理する等。
A8 はい、可能です。

ご質問・ご要望は下記までお問い合わせ下さい
eom@iwi.co.jp
03-6222-7051
https://www.iwi.co.jp
• 本資料に記述された内容に関する著作権は、株式会社インテリジェントウェイブが保有します。
•
• 著作権者から書面により事前に承諾を得ない限り、本書の内容の一部あるいは全部を無断で複写、複製する事、及び、閲覧以外の
目的で使用する事、並びに、第三者への開示を禁じます。
•
• 文中の会社名、及び、製品名は、各社の商標、又は、登録商標です。
• 本書に記述されている内容は予告無しに変更される場合があります。

Acri webn04 lt_iwi_配布

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Acri webn04 lt_iwi_配布

Similar to Acri webn04 lt_iwi_配布 (20)

More from 直久住川

More from 直久住川 (20)