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UDP Access to
FPGA Board 三好 健文 株式会社イーツリーズ・ジャパン 1
2.
FPGAの利用シーン 独自の回路を実現できるハードウェア
特定の処理を低消費電力で高性能処理 デバイスに近い処理を簡単に実現 自由なI/Oポートの定義 http://japan.xilinx.com/products/boards-and-kits/EK-K7-KC705-G.htm ASIC開発のプロトタイプとして http://www.micron.com/about/news-and-events/events/xfest-2012 特定用途向け少数生産の製品として 2
3.
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特定の処理を低消費電力で高性能処理 デバイスに近い処理を簡単に実現 自由なI/Oポートの定義 http://japan.xilinx.com/products/boards-and-kits/EK-K7-KC705-G.htm ASIC開発のプロトタイプとして http://www.micron.com/about/news-and-events/events/xfest-2012 特定用途向け少数生産の製品として あるいは,オリジナルの演算コンポーネントとして 3
4.
freeocean
ちょっ と宣伝 ハードウェアWebキャッシュサーバ 最大スループット: 1Gbps 最大同時処理コネクション数: 50万 秒間同時接続数: 約2万HTTPリクエスト 最大消費電力: 約160W Since 2006 http://e-trees.jp/index.php/製品/freeocean/ 4
5.
IPネットワークは便利!!
UART USB PCIe IP ∼480Mbps @2.0 ∼Gbps @ GbE 速度 ∼数Mbps ∼8GB/s@Gen2, x8 ∼5Gbps @3.0 ∼10Gbps @ XGbE libusb mmap プログラミング termios socket 専用デバドラ 専用デバドラ 接続の容易さ 簡単 簡単 ちょっと面倒 世界の裏側まで 接続数 対向 ∼255 ∼数十台?? たくさん 組込みやすさ 簡単 難 そこそこ ♪ ※ 個人の主観を含みます 5
6.
適用事例 ストリーム処理コアのネットワーク化
UDP Recv. Handshake-join Core UDP Trans. GbE FPGA FPGA board Host computer オゲさん@電通大による実装 6
7.
e7UDP/IP IPコア ハードウェアフレンドリなI/F
e7UDP/IP e7UDP UdpPort0 e7GMII e7EthernetIP RJ45 Ethernet GigaPHY Xilinx Trans LSI SelectIO e7UDP ARP UdpPort1 PHY UPL 7
8.
e7UDP/IP with JavaRock
~ ~ .java% Java % JVM% Java % JavaRock% .vhdl% / 8
9.
FPGA HDLに実装したUDP/IPの性能
959.1Mbps スループット FPGA 1000BASE-T 1Gbps UDP (Octet) (Mbps) 64 130 961538 486.4 256 322 388198 792.9 1024 1090 114678 940.6 1472 1538 81274 959.1 表 3 リソース使用量の比較結果 FPGA !! レイテンシ(μ秒) レジスタ数 LUT 数 占有スライス数 BRAM36E1 Native 1620 2212 779 12 JavaRock 1472 2084 785 12 e7UDP/IP IP FPGA GbE PC e7UDPIP-Core user-module MAC RX BRAM TX BRAM 16Byte 256Byte 1024Byte 図 7 イーサネットを介して PC と FPGA を接続するシステムの例 FPGA 61 77 120 PC(1) JavaRock で合成した場合のハードウェアリソース量が下回っ Pentium4 2.8GHz PC(1) Java 228 200 222 たが,読み書きをカウンタするレジスタの使い方などの違いに 512MB CentOS よるもので本質的な違いはないと考えられる.また合成の結果 PC(1) C 149 149 196 得られた最高動作周波数はどちらも 211.751MHz であった. 4. 3 ケース 2: イーサネットで接続する場合 PC(2) PC(2) Java 200 200 202 Core i7-3930K 3.2GHz 次に,協調設計の対象となる FPGA と CPU が UDP/IP 通 16GB 信を介してデータを共有するシステムを設計することを考える. Windows7 Pro. イーサネットインタフェイスは FPGA でも一般的になりつつ あり,多くの評価ボードでもイーサネットポートが搭載されて Xilinx ISE いる.イーサネットを使うことで,接続する CPU や FPGA の 9 個数や物理的な配置を比較的自由に取り扱うことができるため,
10.
用途に応じて,いろいろ
*1 @ 1,000,000円 1Gbps 10Gbps 高解像度動画 もっとストリーム処理 制御機器 *1 シリアルの置換 @500,000円 性能をはかる 方法を悩み中... 10/100Mbps 演算コンポーネント ストリーム処理 exStick @29,800円 *1) FPGAボードおよび開発ツール費用は含まない 10
11.
IPでスケーラブルなFPGA計算しよう!!
Rocket I/O SSD 11
12.
TCPもそろそろ!!
(社長が実装中) UDP Access to FPGA Board 12
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