7000」に実装しようとしたとき、課題になるのが ·...
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APS MAGAZINE 54 APS MAGAZINEVolume.11 2015.8 54 Volume.11 2015.8
SDSoC）」を実際に使っていただいた感触を含
めて、ソフトウェアエンジニア目線から色々とお
話を伺いたいと思います。
山本（OKI）：OKIアイディエスで開発のとりまと
めをしています山本です。本日はお招きありがと
うございます。
神保：OKIアイディエスさんとは、前身である沖
情報システムズの頃からのお付き合いで、10年
近く一緒にお仕事をさせていただいていますね。
山本：はい。当時、これから主流になっていく
であろうFPGAの設計サービスを立ち上げたい
と考え、ザイリンクスさんのPCI Expressハー
ドコアに特化した「iDMAC®」というDMAコン
トローラIPを開発しました。「Virtex®-5 LXTに
iDMACを組み込めばPCI Expressを介してき
わめて高いデータ転送を実現できます」という触
れ込みで、ザイリンクスさんのご協力もいただき
ながらお客様にご提案して、ずいぶんとご好評
デュアルコアのARM® Cortex® -A9プロセッサとFPGAファブリックを統合したザイリンクスの「Zynq® -7000 All Programmable
SoC」の採用がオートモーティブを筆頭に広がっている。そうした躍進の陰には、設計支援やコンサルテーションを通じて顧客システムの
TTM（Time-to-market）を支援する、ザイリンクスのアライアンスパートナーの存在がある。今号のLEADER'S VOICEでは、その最上位
となる「プレミアパートナー」の称号を国内で唯一得ているOKIアイディエスを迎え話を聞いた。
をいただきました。その後、おかげさまでFPGA
の設計サービス事業も順調に伸びています。
神保：OKIアイディエスさんは全世界で10社し
か認定されていない弊社のプレミアパートナー
です。エンジニアの皆さんのスキルが高いだけ
ではなく、弊社と共にマーケットの拡大にも努
めていただいているので、安心してお客様にご
紹介させていただいています。
山本：はい、とても多くのお客様とビジネスさせ
ていただいています。分野としては基本的に全
方位で対応していますが、画像処理、音声処理、
通信制御関連のIP開発と、それらIPを使ったデ
ザインサービスを提供しており、マーケットとして
はオートモーティブと医療機器に注力しています。
神保：ザイリンクスは2010年に、デュアルコア
のCortex-A9プロセッサとFPGAファブリックと
を統合した「Zynq-7000 All Programmable
SoC」（以下、「Zynq-7000」）を発表しました。
高度なシステムを高性能かつコンパクトに実現
できるということで、市場での評価も高く、採用
事例もかなりの数になっております。現在は、次
世代システムの実現に必要な「スマート」、「コネ
クト」、「ディファレンシエイト」という三つのメッ
セージを掲げて、ビデオ／ビジョン、インダスト
リア ルIoT（Internet of Things）、ADAS（先
進運転支援システム）などを重点マーケットとし
て取り組んでいます。ソフトウェアプログラマブ
ルなARM Cortex-A9プロセッサと、ハードウェ
アプログラマブルなFPGAファブリックとがワン
チップに入っていることが「Zynq-7000」の最
大の特徴で、ビデオ／ビジョンやADASのように、
映像をリアルタイムで取得し、その映像をベース
に高度な処理や判断をして、システムにフィード
バックするような用途がひとつの典型になると考
えています。具体的には、産業分野におけるマ
シンビジョンや防衛、ビデオ監視、高機能ドロー
ンなどが挙げられます。
山本：当社ではザイリンクスさんがターゲットと
する分野を見据えながら設計サービスに取り組ん
でいますが、なかでもADASをはじめとするオー
トモーティブは動きが活発だと感じます。当社で
も2年ほど前から、従来のDSPシステムのソフト
ウェア設計者を「Zynq-7000」の設計にシフトす
るなど、取り組みを強化しているところです。ま
た、そうした背景を受けて、ADASに対応した
FPGA IPを開発しているクロアチアのザイロン社
（Xylon）の日本国内における独占使用契約を
2014年12月に同社と締結しました。歩行者検
出や車線検出に代表される同社のIPやFPGAデ
ザインサービスは欧米のADAS市場で豊富な実
績があり、ADASを手掛けられている国内のお客
様にザイロン社のソリューションをご提案したとこ
ろ、すぐに採用が決まったこともあります。
友杉（ザイリンクス）：FAEの友杉です。OKIアイ
ディエスさんと一緒にオートモーティブのお客様
を回ることも多いのですが、このところ、お客様
の要求仕様がすごく高くなってきているのを感じ
ます。高い性能を得るために複数のプロセッサ
を組み合わせるヘテロジニアス アーキテクチャと
いったキーワードも頻繁に聞くようになってきまし
た。従来、パフォーマンスを上げようとすればプ
ロセッサのクロックを速くするという考え方が当た
り前でしたが、消費電力や熱の問題が生じてしま
います。そこで、「Zynq-7000」のようなデバイ
スを使って、プロセッサやFPGAロジックをヘテ
ロジニアスに結合して性能を上げていきたい、と
いった発想が生まれてきているように感じます。
システムレベル設計を支援するSDSoC開発環境が一般リリース
神保：ADASに代表される複雑な機能を「Zynq-
7000」に実装しようとしたとき、課題になるのが
開発効率です。Cortex-A9プロセッサで処理す
る部分とFPGAファブリックで処理する部分とをい
かに切り分けるかという問題と、それらを高位言
語でいかに効率よく記述するかという問題、そし
て、ハードウェア化された部分をどのようにして
メインプログラムに組み込むのかという問題があ
り、開発ツールがきわめて重要になってきます。
黒田（ザイリンクス）：ザイリンクスで開発ツール
のプロモーションを担当している黒田です。いま
神保から話がありましたように、ハードウェアと
ソフトウェアの両方が関係する「Zynq-7000」
の開発はツールが鍵を握ると考えていて、「使
いやすい」かつ「高機能」なツールをユーザー
に提供できるよう、積極的な投資を行っていま
す。まず、ハードウェアエンジニア向けに提供
しているFPGAファブリック部分の開発ツールが
「Vivado® Design Suite」（ビ バド）です。 従
来提供してきた「ISE® Design Suite」に代わる
ツールで、今後見込まれるFPGAの大容量化に
も対応できるようなスケーラビリティを特徴とし、
実装の高速化、ロジックエレメント使用率の改
善、性能向上および低消費電力化など、次世代
レベルの優れた生産性をもたらします。「Vivado
Design Suite」に含まれる高位合成ツールが
「Vivado HLS」で す。C/C++/SystemCで 記
述されたIPをハンドコーディングと同等レベルの
VHDLコードまたはVerilog RTLコードに効率
的に合成するツールです。「Zynq-7000」では、
Cortex-A9プロセッサ上のソフトウェアアルゴリ
ズムをハードウェア化する際に有用です。ただ
し、「Vivado HLS」で合成したハードウェアIPを
Cortex-A9プロセッサ上のソフトウェアから呼び
出すには、デバイスドライバの作成やAPIの定義
などが必要で、エンジニアが人手で作りこまなけ
ればなりません。また、合成したハードウェアIP
と他のハードウェアブロックとのインターコネクト
についてもエンジニアが人手で対応する必要が
あります。そうした付帯的な設計作業には、多く
の工数が掛かってしまうのが実状でした。この課
題に対してザイリンクスは、それらの作業を自動
化する「SDSoC」という新しいツールを開発し、
2015年7月から一般への提供を開始したところ
です（図1）。
友杉：2015年3月に「SDSoC」のコンセプトを
発表した後、山本さんから、「Vivado HLS」で
アルゴリズムをハードウェアに落とし込むところ
写真（左より）
ザイリンクス株式会社マーケティング部シニアマネージャー 神保 直弘 氏
株式会社OKIアイディエス開発部部長 山本 康雄 氏
ザイリンクス株式会社グローバルセールス アンド マーケットツール メソドロジー アプリケーション部シニア エンジニア 黒田 成一 氏
株式会社 OKIアイディエス開発部 第４チーム長岡 俊一 氏
ザイリンクス株式会社グローバルセールス アンドマーケット エンジニアリング本部フィールド アプリケーション エンジニア 友杉 伸一朗 氏
ザイリンクス会社 ｜ LEADER'S VOICE
Zynq SoCならソフトウェアエンジニアでも、
ハードウェアを活用したシステム高速化を容易に実現
オートモーティブ市場が活発化ADASが
キラーアプリケーションに
神保（ザイリンクス）：今日は、当社のプレミア
パートナーであるOKIアイディエスさんをお招き
して、2015年3月に発表したザイリンクスの革
新的ツールである「SDSoC™ 開発環境（以下、
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まではいけるのだが、その先のソフトウェアとの
連係のところで苦労している、というお話を伺っ
て、「SDSoC」なら問題を解決できるのではと思
い、アーリーアクセス版をご紹介しました。
山本：いくつかのお客様から、画像処理や信号
処理の性能を高めたいというご要望があり、そ
れであれば 「Zynq-7000」を使ったアクセラ
レーション化が適当だろうと考えて取り組んでい
たプロジェクトがありました。元々のソフトウェ
アアルゴリズムはOpenCV、行列演算、お客
様のオリジナル記述の混在するコードで実現さ
れていました。ザイリンクスさんから提供されて
いる 「Vivado HLS」の中で対応するハードウェ
ア化向けライブラリが存在するものは、そのライ
ブラリに置き換えることで簡単にできました。ま
た、オリジナル記述の部分については性能を満
たすようにある程度のリファクタリング（プログ
ラムの書き換え）が必要でしたが、C++記述の
まま設計を進められるのでソフトウェア設計の延
長線上で済ませることできました。しかし、大変
だったのはその後の工程で、IPが出来てもそれ
をCortex-A9プロセッサ上で走るメインプログ
ラムから呼び出せる状態に持っていくのがなか
なか上手くいかないわけです。担当者は休日返
上で頑張ったりもしたのですが、残念ながら予
定したスケジュールでは作りきれませんでした。
そんなときに、友杉さんから「SDSoC」の説明
を伺う機会があって、まさにこれだと。さっそく
ザイリンクスさんに「SDSoC」のアーリー・アク
セス版をお願いして使ってみましたら、月単位
で苦労していたハードウェアとソフトウェアの繋
ぎの部分が「SDSoC」で自動生成されるので（図
１）、わずか数日の作業で動くようになり、今ま
での苦労は何だったのだろうというぐらいに驚
きました。今日同席している長岡は「SDSoC」
を担当したエンジニアです。
長岡（OKI）：私はもともとDSP向けを中心とし
たソフトエンジニアで、FPGAに触れるのは今
回が実は初めてでした。まず手始めに「Vivado
HLS」を使って高位合成の勉強をしていたとき
に、山本から「SDSoC」をやるように指示され、
この新しいツールを担当することになりました。
山本：長岡もそうだったように、FPGAの使用経
験がないというのが一般的なソフトウェアエンジ
ニアの感覚だと思います。ソフトウェアで実装さ
れたアルゴリズムをハードウェアアクセラレータ
に落とし込みたいというとき、ソフトウェアエン
ジニアがRTLで組めるかといったら無理なわけで
す。ところが、今回のプロジェクトで長岡が図ら
ずも証明してくれる形になりましたが、「Vivado
HLS」と「SDSoC」を使えば、ソフトウェアエン
ジニアでもハードウェアロジックを組めるという
ことが分かった。これはとても大きいと思ってい
ます。今回お持ちしたビデオソリューションのデ
モシステム（図２）は、ソフトウェアによるビデオ
デコード処理の内、処理の重いアルゴリズムの
部分を「SDSoC」を使用してハードウェアロジッ
クに置き換えたものです。前述のように、既にラ
イブラリにあるコードを活用したり、オリジナル
記述をリファクタリングしたり、そして「SDSoC」
を使用してさまざまな調整をしながらシステム
に最適に組み込むことができました。その結果、
元のソフトウェア処理に比べ処理時間を30倍以
上向上させることができました。これを弊社のソ
フトウェアエンジニアが一人で実現したのです。
黒田：「SDSoC」はハードウェアIPの準備がで
きた後の全ての工程を自動化しますので、ツー
ル操作自体は全然難しくありません。ハードウェ
ア化の対象としたい関数にクリックしてチェック
を入れてビルドを実行するだけで、ハードウェ
ア・ランタイムの生成までを自動で行ってくれま
す。むしろ大事なのは、アクセラレーションの
ためにコードをリファクタリングする部分（主に
ハードウェアIPの部分）で、そこは従来であれば
RTLやFW設計に相当するのですが、「SDSoC」
と「Vivado HLS」の自動生成機能によるアシ
ストによって、C/C++記述の書き換えと若干の
#pragma文挿入で済ませられるようになりま
した。長岡さんは「Vivado HLS」を使った高
位合成の手法をある程度習得されていましたの
で話が早かったです。一方「SDSoC」ではハー
ドウェア・ランタイム生成だけでなく、従来の
「Vivado HLS」単体では及ばなかった高い粒
度でのアクセラレーションも実現することができ
ます。ここは長岡さんにとっては新しい部分にな
ります。「SDSoC」のツール操作だけでなく、よ
図1：「SDSoC」の画面からハードウェア化したい関数（アルゴリズム）を指定すると、赤色で示したハードウェア部のアルゴリズムだけでなく、DMAやインターコネクトの生成や、ソフトウェア部のカスタムドライバも自動的に生成される。
Software
Hardware（ZYNQ）
void main(){ func1(…) func2(…) func3(…) func4(…) …}
C、C++ベースのHW/SW開発環境【ターゲット：ZYNQプラットフォーム】
Algo C
Algo C
App C
Algo C
OS/BSP
Application
I/OI/O I/O
IPIP
Software
Hardware（ZYNQ）
void main(){ func1(…) func2(…) func3(…) func4(…) …}
Algo C
HLS C
App C
HLS C
OS/BSP
Application
Custom Driver
I/OI/O I/O
IPIP
I/C I/C
DMA DMA
AlgoPL
PS
PL
PS
Algo
アルゴリズムをソフトウェアのみで構成 「SDSoC」を使用し、アルゴリズムをHWに置き換えた構成
ザイリンクス会社 ｜ LEADER'S VOICE
ソフトウェア担当は、時間との戦いである。いかにアルゴリズムを縮められるか？いかに早く実行可能かどうか？そ
んな声に応えたのが、SDSoCだ。単にアルゴリズムを置き換えるだけではなく、強力なプロファイリング機能により
最適なH/W化が行われる。しかも、プロセッサやバスとのI/Fも最適化され、適切なドライバが生成される。アプリ
ケーションは、このドライバから制御を行う。これはソフトウェア担当者にとって朗報でしかない。アルゴリズムをソフ
トウェア的手法でチューニングするのは、生易しいものではないが、それを可能にするSDSoC。今回は、そんな生
の声が届いてくれればいいと思う。
ザイリンクス会社 ｜ LEADER'S VOICE
り幅広いレンジの粒度でアクセラレーションを実
現するためのリファクタリングも含めて、長岡さ
んをサポートさせていただきました。
長岡：逐次で実行されるソフトウェアと、クロッ
クに同期して並列に実行されるハードウェアとの
違いなどを教えていただきましたが、その他は
FPGAということをあまり意識せずにアルゴリズ
ムの落とし込みができました。今まで意識してこ
なかったアーキテクチャを考えるという工程が新
しく学んだ部分で、その習得に少し時間が掛かり
ましたが、そこが分かればソースコードのリファ
クタリングはそれほど難しくはなく、私のような
初めての人間でもソフトウェアを開発している感
覚の延長で取り組めました。しかもやればやるほ
ど高速化できたのでとても楽しかったです。ある
関数はソフトウェア処理だと180msecもかかっ
ていたものが4msecまで高速化できました。こ
れは自分でも信じられなかったです（笑）。
友杉：セールスの現場では、「Zynq-7000」の
開発は基本的には簡単ですよと売り込むのです
が（笑）、ソフトウェアとハードウェアの機能配置
だとか、いままではシステムアーキテクトの方
が考えていたシステム的な発想が必要なので、
実際には難しいところはあると思います。ただ、
ソフトウェアエンジニアの方がシステム全体の最
適化まで考えられるようになる「SDSoC」はチャ
レンジに対するリターンがとても大きいツールだ
なと感じます。長岡さんのようなエンジニアの方
が増えてもらえれば嬉しく思います。
Zynqの次世代品の開発も順調パートナーとSoC市場
の拡大を目指す
神保：正式に「SDSoC」がリリースになったこと
で、「Zynq-7000」の採用がさらに加速すると
期待しているのですが、ザイリンクスでは並行し
て新しいデバイスの開発にも取り組んでいます。
すでにプレスリリースなどを通じて発表していま
すが、「Zynq-7000」の5倍以上の価値を提供
できる16nmの最新プロセスで製造する「Zynq
Ultrascale+ MPSoC」の 開 発を進 めていて、
2015年7月1日にテープアウトを行いました。
最初のサンプルは予定どおり2015年内に完成
する予 定です。「Zynq Ultrascale+ MPSoC」
は、クワッドコアのARM Cortex-A53プロセッ
サをはじめ、リアルタイム処理用のデュアルコ
アARM Cortex-R5プ ロ セ ッ サ、2Dお よ び
3Dなどのグラフィクス処理用のARM Mali™-
400MP、パワーマネージメントプロセッサ、セ
キュリティエンジンなどが内蔵されます。次世代
のADASなど、さらに高度かつ高性能なシステ
ムを実現するSoCとして、個人的にも登場を期
待しているところです。
山本：神保さんのお話にあったようなザイリンク
スさんの次のデバイスの情報や「SDSoC」のよ
うな新しいツールのアーリーアクセスをいかに早
く得るか、というのは日本のお客様をサポートし
ていく上で我々にとってとても大切で、同時に、
先ほど「Vivado HLS」で合成した次の段階で苦
労したという話をご説明しましたが、私たちの悩
みをザイリンクスさんと共有することも重要です。
ザイリンクスさんとコミュニケーションをより一層
密にすることで、お客様にも貢献していきたいと
考えています。一方で、「SDSoC」の活用による
設計期間の短縮は当社にとってもビジネスチャン
スになると考えていて、コンサルティングを含め
てデザインサービスの拡充を図り、お客様のお
役に立てるようにさらに努めていきます。
神保：OKIアイディエスさんをはじめとするア
ライアンスパートナー各社様の強みは、お客様
と密な関係を持たれているところなので、ザイ
リンクスとしても今後のニーズやトレンドを共有
していただけると嬉しいです。それと同時に、
ザイリンクスのSoCは次世代のプラットフォー
ムとして安心して使えることを市場に広く伝え
ていただければ幸いです。本日はありがとうご
ざいました。
図2：ZC706ベースのビデオソリューションに「SDSoC」を用いてパフォーマンスの向上を実現。