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- 2. 自己紹介 - アブスト 略歴 • (現在) 東京工業大学 高橋研 助教 • ↑ 東京工業大学 中原研 修士＆博士 • ↑ しくみ製作所 世界一周Webエンジニア • ↑ 東京工業大学 第５類 情報工学科 • ↑ おんせん県出身 11歳からプログラミングにハマる プログラミング歴17年!? • Web、モバイルアプリ、セキュリティ関係など、元々はソフトウェアエンジニア • FPGA歴は5年ほど、ほとんどが高位合成(HLS)を使った設計 • 現在も趣味でアプリ作ったり 2 自己紹介ー神宮司明良①
- 3. 自動化・無人化社会の到来 自動化・無人化社会の到来 • 主要産業の多くで自動化の傾向 • 人々の暮らしを便利にする • 労働人口の減少への対策 自動化されつつあるもの •自動運転 • 製造業の工場生産 • 自律型ロボット • 無人小売店舗 • etc.. 3 日本の業種別GDP構成比(2019年度) その他 17.5% 建設 5.4% 不動産 11.8% 卸売・小売 12.7% サービス 32.1% 製造 20.5% (出典)内閣府「国民経済計算」のデータを元に作成 ・製造ラインの自動化 ・品質管理の自動化 ・農業の無人化 ・無人店舗 ・セルフレジ ・キャッシュレス決済 ・自動運転 ・自動運転による配送 ・自動翻訳 ・防犯カメラによる警備 ・建設の自動化 ・重機の遠隔操作 ・家事ロボット ・セキュリティロボット ・医療ロボットの手術 自己紹介ー神宮司明良②
- 4. 自動化の実現に必要な要素 自律システムを実現するための要素技術 • 映像カメラ • 各種センサー • 認識システム • 制御システム • 駆動部品 認識システムの機能 • センサーの入力情報を元に認識 • 情報をコンピュータで扱いやすく加工 • まさに機械学習(人工知能)の得意領域 4 二足歩行自律ロボットを実現する要素技術の例 カメラ 全方位センサー 認識システム 触覚センサー 駆動部品 自己紹介ー神宮司明良②
- 5. 機械学習によるタスク 機械学習のアルゴリズム • ランダムフォレスト • ニューラルネットワーク 機械学習のタスク • クラス分類 • 物体検出 • 姿勢推定 • 音声認識 画像や音声を高い精度で認識 5 ボート クラス分類 姿勢推定 機械学習 物体検出 音声認識 ImageNet 自己紹介ー神宮司明良② 自動化に必要不可欠
- 6. コンピュータによる自律型システムの実現 計算デバイス毎の特徴 • CPUは処理速度が遅い • GPUは消費電力が大きい • ASICは設計コストが大きい • FPGAはある意味でバランス型 6 処理速度 消費電力 設計コスト CPU × ⃝ ⃝ GPU ⃝ × ⃝ ASIC ⃝ ⃝ × FPGA △ △ △ 現状のデバイス毎の特徴のイメージ 自己紹介ー神宮司明良②
- 7. コンピュータによる自律型システムの実現 計算デバイス毎の特徴 • CPUは処理速度が遅い • GPUは消費電力が大きい • ASICは設計コストが大きい • FPGAはある意味でバランス型 FPGAには大きな改善の余地あり • 処理速度：アルゴリズムとの協調設計 • 消費電力：小規模リソースの有効活用 • 設計コスト：設計フローの確立 • => これらのデメリットは克服可能 7 処理速度 消費電力 設計コスト CPU × ⃝ ⃝ GPU ⃝ × ⃝ ASIC ⃝ ⃝ × FPGA △ △ △ 現状のデバイス毎の特徴のイメージ FPGA 😍 👍 💯 我々の研究 全ての要件を満たすポテンシャルがある 自己紹介ー神宮司明良②
- 10. Wasabi : CNN推論フレームワーク FPGAアクセラレータとそれサポートするフレームワークを開発中 • 目的：CNNの推論をFPGAで実現し、開発コストも削減 • スパース行列演算への最適化により低レイテンシ推論を実現 FPGA回路 (カーネル) • 命令駆動のSIMD演算回路 • スパース行列演算に特化 ディープラーニングコンパイラ • PyTorchモデルを命令に変換 • 各種最適化とスケジューリング ランタイム • Pythonで簡単にFPGAを制御 10 Wasabi Deep Learning Accelerator ZYNQ PYNQ Runtime CNN Kernel Deep Learning Compiler Xilinx ZYNQ SoC 自己紹介ー神宮司明良③
- 11. Wasabi カーネルの設計 マルチコア設計のCNNアクセラレータ • スパース行列計算に特化 • 各コアは512bitのスパースSIMDを持つ • 全てVHLSと既成のIPコアのみで設計 様々なモデルに対応 • 独自命令セットによるCNNモデル対応 • 例：VGG, ResNet, MobileNetなど 最大500MHzでの動作 • ZCU102上にDSP=1,024の場合 • さらなる動作周波数向上を研究中 11 CORE DRAM CORE CORE ・・・ CORE CORE CORE DMA Input Data Output Data DMA DMA DMA DMA DMA DMA DMA Instruction FIFO 自己紹介ー神宮司明良③
- 12. 計算グラフコンパイラ • Pythonの関数で記述された計算を入力 • 計算グラフとして解析 • 実行可能な命令列に変換する 12 Conv ReLU Add Input Output 0x00000004 0x01100000 0x0111ffff 0x01120000 0x01140008 0x01150008 ... 既存のモデルを簡単にWasabi向けに変換可能！ 自己紹介ー神宮司明良③ (自作のコンパイラが貧弱で性能があまり出ていません…)
- 13. Wasabiランタイムの使い方 • Python実装のホストプログラム • 命令列とデータの転送と回路制御 • numpy配列で入出力を処理 • 他のPythonパッケージと連携可能 13 CPU (Python) FPGA Accelerator 入力画像 推論結果 開発者は.rt.npzとpythonスクリプトを配布するだけ！ 自己紹介ー神宮司明良③
- 14. 計算機アーキテクチャの産学連携基盤 他大学他分野では研究室主体の産学連携基盤が実現 • 東京大学松尾研究室 ̶ 人工知能技術 • 筑波大学落合研究室 ̶ HCI (Human-Computer Interaction) 東工大発ベンチャーは全体で134件 • 一方、計算機の分野では4件に留まる • 計算機アーキの橋渡し的存在は不在 14 東京工業大学 産業界 共同研究 自己紹介ー神宮司明良④ ※2021年12月調べ
- 15. 計算機アーキテクチャの産学連携基盤 他大学他分野では研究室主体の産学連携基盤が実現 • 東京大学松尾研究室 • 筑波大学落合研究室 東工大発ベンチャーは全体で134件 • 一方、計算機の分野では4件に留まる • 計算機アーキの橋渡し的存在は不在 計算機アーキの橋渡しを実現したい • 研究を事業化する基盤 • 最新技術を積極的に社会実装 15 東京工業大学 産業界 共同研究 だけでなく！ 最新技術の インキュベーション 研究の事業化 積極的に社会実装 計算機アーキテクチャの分野で 詳細は近日公開予定です 自己紹介ー神宮司明良④ ※2021年12月調べ