第一回情報科学苦手の会 FPGAの話

1. FPGA とは何ぞや [email_address]

2. 自己紹介 hatena: firewood twitter: hotpepsi 組み込みソフトウェア技術者 FPGA は何となく知ってるレベル

3. LSI と PLD どちらも大規模集積回路 普通の LSI 製造後は回路が変更できない CPU など、機能が変更できるものはある PLD （特殊な LSI ） 製造後に論理回路を変更できる

4. PLD と FPGA PLD Programmable Logic Device プログラム可能な論理回路 FPGA Field Programmable Gate Array 大規模にプログラム可能な PLD 近年は PLD+ 高速 I/F+CPU+ メモリ

5. ところで わからないことがわからないと質問もできないらしい… http://www.tate-lab.net/mt/2009/11/post-143.html

6. わからないのいろいろ 歴史 どういう経緯で今みたいなのになったのか 論理回路 同期、非同期 どういう構造・実装になっているのか ex) 頭の中で電子の流れが想像できる どう使うのか VerilogHDL 、 VHDL

7. 歴史 1975 Signetics 社が FPLA として 82S100 を発表 AND アレイのヒューズを焼き切る（ 1 回のみ） 1985 Xilinx 社が FPGA として LCA を発表 LUT （ LookUp Table ）用に SRAM を載せて ON/OFF を制御 大規模化＆高速化して現在に至る

8. 論理回路 AND OR 基本論理回路の組み合わせで何でも実装できる

9. FF – フリップフロップ 論理状態を保持できる ラッチ回路 SRAM の基本要素

10. 同期と非同期 非同期回路 クロック信号に同期しない 同期回路 クロック信号に同期する

11. 非同期式回路 基本は非同期 クロック信号に同期しない 複雑な回路の設計が難しい 伝播遅延の差によりハザードなどが発生 ハザード : 動作が速い素子の出力が先に出る

12. 同期式回路 クロック信号（ CLK ）に同期する CLK の変化に合わせて状態遷移 立ち上がりまたは立ち下がり _| ￣ |_ 同期＝ CLK が変化するまで状態が変化しない 微妙な入力の遅延は問題にならなくなる 非同期に比べ、人間が設計しやすい ただし CLK 信号の遅延やノイズなどの問題も 1 クロックに収まる処理だけが可能

13. 任意の回路（ 1 ） 論理回路を書き換える＝任意の論理回路を、任意の場所に置きたい しかし、物理的に存在しないものは置けない

14. 任意の回路（ 2 ） ON/OFF できる回路を最初から置いておく 使いたいロジック間の接続だけを ON にすることで、配置の代わりにする LUT に ON/OFF 情報を格納し、参照する

15. 任意の回路（ 3 ） FPGA ＝ロジック、配線、 LUT のかたまり

16. HDL - ハードウェア記述言語 VerilogHDL と VHDL できることはほぼ同じ 論理回路が言語（抽象的な記述）で書ける C のように、変数や代入がある タイミングや制約条件を記述する 非同期回路も記述できるが、普通は同期回路

17. で FPGA って何ができるの ソフトウェア技術者から見ると… 色々な処理のアクセラレーション 例えば「全ビットをひっくり返す」などの新しい命令が作れる PLD+ 高速 I/F+CPU+ メモリ 柔軟なハードウェア＝ソフトウェア？

18. DR （ 1 ） Dynamically Reconfigurable Device 動作中に機能が変更できるデバイス FPGA 、 Reconfigurable Processor 、 GPGPU などが該当 粒度が異なる（以下小さい順） FPGA … ロジック単位 Reconfigurable Processor … エレメント単位 GPGPU … ストリーミングプロセッサ単位

19. 適切な粒度 アプリケーションによって異なる CPU vs GPGPU のどちらが優れているか？ 粒度を細かくすると小回りがきくが、面積効率や電力効率が落ちる 伝送路も電力を消費する 粒度を粗くするとパフォーマンスが上がるが、柔軟性が下がる

20. DR （ 2 ） 粒度を上げていくと Larrabee に？