Thesis or Dissertation AndroidアプリからのFPGAの利用による処理の高速化

塩谷, 丈史  ,  シオタニ, タケシ

pp.1 - 59 , 2015-03-25 , The University of Electro-Communications
Description
本研究ではFPGAを搭載したタブレット型のヘテロジニアスコンピューティングデバイスを試作し,評価を行った.近年,携帯端末の普及と利用方法の多様化により,アプリケーションから要求されるスペックや機能が増加し,携帯端末の汎用プロセッサでは処理しきれない部分も増えてきている.プロセッサには動画デコードや暗号化回路など頻繁に利用される処理向けに専用回路がハードウェアで組み込まれていることも多いが,すべての処理に対して専用回路を静的に用意することは現実的ではない.そこで,本研究ではFPGAを用いてアプリケーション毎に回路を書き換えることで,個別の静的な専用回路が無くても専用回路並みの性能が期待できることを示すため,FPGAを用いたシステムを試作した.モバイル端末での利用を前提として,Android OSのタブレット形状にし,いくつかの数値演算専用アプリや外部IOアプリを実装した.AndroidアプリからFPGA資源をPartial Reconfiguration(動的再構成)により利用するためのAPIを実装し,CPUと演算性能を比較した. 本研究で作成したアプリは,(1)アルゴン粒子の2次元分子動力学シミュレーション,(2)大きなデータに対する固定ビットパターンのマッチング,(3)外部IOを使用したLED発光回路の3つである.アプリ上の実行で,(1)の回路ではCPUによる処理速度に対して約345倍,(2)の回路では約180倍の高速化が行えた.また,(3)の回路によりAndroidアプリから外付けハードウェアを簡単に操作できることが示せた. また,作成したタブレット端末に使用した外装は3DCADにより設計し,3Dプリンタによって出力することで作成した.

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