FPGA開発の未来像

なひたふ(内藤竜治) @nahitafu

坂本龍馬が「これからは剣の時代じゃない」と言えたのは彼が剣の達人だったからだ。剣術が下手な者がこれからは銃の時代だと言ってもカッコ悪いだけ。「FPGAはHDLで開発する時代じゃない」というならば、それなりにHDLを自分で書ける能力を持っていないと恥ずかしいと思う。

なひたふ(内藤竜治) @nahitafu

坂本龍馬が本当にそういったかどうかは知らないが。

なひたふ(内藤竜治) @nahitafu

半導体のプロセスルールは確か65nm→45nm→22nmとどんどん細くなっている。その二乗に反比例してFPGAの集積度は上がっている。つまりムーアの法則が破綻しない限り、FPGAのロジック容量は時間とともに指数関数的に増えていくだろう。

なひたふ(内藤竜治) @nahitafu

FPGAベンダは、その時代で生産可能な一番大きくて高いFPGAを売りたい。しかし、一番大きなFPGAは大きすぎて、容易には埋められない。FPGAの集積度は指数関数的に増えていくのに、人間の能力は一次関数でしか増えていかないからだ。

なひたふ(内藤竜治) @nahitafu

人間がHDLでいくら書いても、それでは到底埋められないような巨大なFPGAが既にできてしまった。FPGAエンジニアを増やそうにも、教えるのは難しくて人材の育成が難しい。そこでベンダや学者は思った。「ソフトウェア技術者がFPGAをできるようにすればいいんだ」と。

なひたふ(内藤竜治) @nahitafu

そのために出てきたのがビルディングブロック設計だったり、数学ソフトと連携してFPGAのロジックを作ってくれるツールだったり、内蔵CPUだったり、C言語からの合成だったりする。こういった高級な開発環境が充実すればきっとソフトウェア技術者がFPGAの開発ができるようになるはず。

なひたふ(内藤竜治) @nahitafu

ソフトウェア技術者がFPGAを容易に作れるようになればFPGA開発者の層が厚くなって、たくさん売れる。IPコアを組み合わせるビルディングブロック設計が主流になれば大きなFPGAが売れる。

なひたふ(内藤竜治) @nahitafu

しかし、問題はいくつかある。ハードのことがよくわかっていないソフトウェア技術者にFPGAを作らせたとして、トラぶったときに誰がサポートするのか。

なひたふ(内藤竜治) @nahitafu

その答えは、HDLを書かないでも設計できる論理合成ツールにすること。標準の評価ボードと標準の拡張ボードと標準のコネクタを提供して、ユーザが基板を設計しなくても良いようにすること。標準の内部バスとそのバスに準拠したIPコアを提供すること。

なひたふ(内藤竜治) @nahitafu

FPGAの開発者は標準の評価ボードと拡張I/Oボードを購入し、CPUと適当なコアをいくつか埋め込んで、あとはソフトウェアを記述すれば様々なシステムが作れるようになった。こうしてソフトウェア技術者でもFPGAが作れるようになったのが今の時代だ。

なひたふ(内藤竜治) @nahitafu

つまりFPGAはロジックの海ではなく、様々な組み込みシステムを入れるためのプラットフォームになった。CPUやI/Oやメモリを内包した再構成可能なプラットフォームなのだと。VirtexはIIからPlaform FPGAという言い方をするようになっているようだ。

なひたふ(内藤竜治) @nahitafu

ベンダは巨大なプラットフォームたるFPGAと基本ツールを提供する。パートナ各社は標準ボードと標準バスのIPコアを提供する。顧客はビルディングブロック設計＋高位合成ツールでそれらを組み合わせて、迅速に高機能なものを設計できる。それが各社が夢に見たFPGAの姿なのだろう。

なひたふ(内藤竜治) @nahitafu

だから、HDLを書かなくてもFPGAが使えるようになるのは時代の流れだと思うし、元に戻ることはないと思う。そういう高級設計ツールが使いやすくなって、ソフトウェア技術者がどんどん流れ込んできて、FPGAはますます大規模になるだろう。

なひたふ(内藤竜治) @nahitafu

大きなFPGAを売るために、そのうち論理圧縮さえしなくなるかもしれない。