ネットワークプロセッサ・FPGA班の紹介

• ネットワークプロセッサ設計
• ASIC/FPGA設計

ネットワークプロセッサ設計班

・ネットワークプロセッサとは？

プロセッサは聞いたことがあるけどネットワークプロセッサなんて聞いたことがないと言う人も多いかと思いますが、ネットワークプロセッサとは簡単に言うとネットワークトラフィックを処理するための専用プロセッサの事です。

・なぜネットワークプロセッサが必要なのか？

近年のブロードバンドネットワークの普及に伴って、様々な端末が高速化されたネットワークにアクセスし、映像や音楽などの様々なアプリケーションが利用できるようになっています。このようなネットワーク環境の変化に従って、ネットワークにおけるトラヒック量は日々増化の傾向にあり、トラフィック量が増加することによって現在の汎用プロセッサでは対応できなくなっています。
このような背景から、ネットワーク上を流れるパケットの処理に特化したネットワークプロセッサが注目されています。

・ネットワークプロセッサの用途は？

ネットワークプロセッサが活躍できる用途としては、主にスイッチやルータなどが挙げられます。近年、ネットワークカメラやサーバホストなどにも搭載されるようになってきています。ネットワークカメラでは、撮影した画像を携帯電話やPCを介してリアルタイムで知ることができます。

・現在行われている研究内容は？

Intelに代表される既存のネットワークプロセッサは、パケット処理が行われると、ネットワーク上のトラフィックやパケットフローの変化にかかわらず決められた処理しか実行できないという欠点があります。本研究室ではパケット処理実行中であっても、ネットワーク上のトラフィック量、パケットフローの変化を検知して、パケット処理構成を動的に再構成することによって、常に最適化されたパケット処理を行えるようなアーキテクチャ設計を目指しています。

ASIC/FPGA設計班　

　ASIC/FPGA設計班ではアプリケーションに特化した専用ハードウェア(HW)の設計と実チップ製作を目的としています。専用HWはプロセッサに組み込んで役割を果たすものと単体で動作するものがあります。いずれの場合でもある決められた処理を高速かつ効率的に行うのに一役かっています。具体例としては、MPEG-4やH.264と呼ばれるデジタル動画像処理を行う専用HWの設計をしています。近年の画像圧縮技術は複雑な処理が多く、一般的なプロセッサでは処理時間が膨大になってしまうので専用HWを設計する必要があります。

例えば、狭い部屋で一人暮らしを始めることを想像してみて下さい。ASICやFPGAはその部屋に例えることができます。ハードウェア設計は「スペースの限られた部屋でいかに充実した生活を送れるよう家具を配置するか」という問題によく似ています。
部屋を効率的に使うためにソファベッドを使うことを考えたとします。昼はソファ、夜はベッドと形を変える事ができます。用途ごとに形を変えることがFPGAでいう柔軟性です。全てのハードウェアをFPGAを用いればよいかと言うとそうではありません。ここでベッドの快適性を考えます。一般的にソファベッドよりも固定ベッドの方が快適です。同じようにしてASICの方が処理速度が速いという特徴があります。よってどちらを選ぶかは対象となるアプリケーションによって考える必要がでてきます。

・FPGAとASICってなに？

FPGA　：　回路構成を組み替えられるハードウェア
ASICと比較すると柔軟性があるが動作速度は遅い

ASIC　：　あるアプリケーションに特化して設計されたハードウェア
処理速度は速いが柔軟性がない