ACTIVITY REPORT

ACRi
アクティビティレポート

7

Vol.

2021.3.31発行

ACRiアクティビティレポートは、ACRi（アダプティブコンピューティング研究推進体／ Adaptive ComputingResearch Initiative）の活動報告や最新の技術成果を公開するオープンなメディアです。FPGAの可能性に興味を持たれたすべての方に向けて、定期的にリリースしていきます。

第１回ACRi技術交流会 レポート
2021年3月15日、第１回 ACRi 技術交流会をオンラインで開催しました。このイベントは、ACRi加盟企業と大学との活発な交流を促進し、FPGA 関連の研究に取り組んでいる研究室の論文内容を学生さんに、あるいは教員が代理で発表してもらい、産学の枠を超えてみんなで議論する場を目指すものです。

1

2

大学の研究を企業の技術者に知ってもらう

3

大学の研究内容について企業からのフィードバックをもらう

産学の連携の可能性を議論する材料を提供する

開催日時：2021年3月15日（月）13:00 - 17:00
参加大学：筑波大学 山口研究室
愛知工業大学 藤枝研究室
東京大学 高前田研究室
東京工業大学 中原研究
東京工業大学 吉瀬研究室

ACRi 代表である東工大の吉瀬先生のあいさつからスタート。参加大学の学生の皆さんが、普段から取り組んでいるFPGAに関する研究テーマとその成果の紹介を、発表時間5分＋議論10 分の間隔で、次々に行っていきました。また、その合間に、ACRi 参加企業の中からアイベックステクノロジー馬場さん、SUSUBOXすすたわりさんによる企業講演も行われました。
オープニング

吉瀬 謙二

東京工業大学 / ACRi 代表

1

3 密 FPGA システム（高速計算×通信×ストレージ）

山口 佳樹

2

高精度複合現実感を実現する低遅延遠隔表示装置

山口 佳樹

3

屋内調査向け自律型ドローンシステム

山口 佳樹

企業講演

筑波大学山口研

産業界が求める「両利きのエンジニア」

馬場 隆行

アイベックステクノロジー株式会社

4

ソフトプロセッサでシステムコールの検証を容易に行う方法の提案

松川 達哉

愛知工業大学 藤枝研

5

セキュアな不揮発性メモリのクラッシュ一貫性支援

小池 亮

6

バイラテラルフィルタに対する FPGA アクセラレータの小規模化

橋本 信歩 *7ベイジアン畳み込みニューラルネットワークの変分推論の高速化

藤原 良樹

企業講演

仮想空間の研究室FPGA-Lab の紹介

すすたわり

8

SSS-Net による効率的な CNN 軽量化手法について

妹尾 豪士

9

FPGA を用いた低レイテンシ CNN 推論処理の実現に関する研究

倉持 亮佑

10

CNN の低ビット量子化手法に関する研究

佐山 功起

11

LUTNet によるニューラルネットワーク組合せ回路の実現について

曽我 尚人*
神宮司 明良12

CNN の FPGA 実装とコンパイラに関する研究

13

ビデオ会議に適したリアルタイム映像処理を実現する FPGA システム

大段 貴司

14

FPGA で動作する高性能な RISC-V コンピュータシステム

廣畑 和樹

クロージング

住川 直久

東京大学

高前田研

株式会社 SUSUBOX

東京工業大学中原研

東京工業大学

吉瀬研

ザイリンクス株式会社※敬称略 * 教員による代理発表

参加者の声■事業者と、研究者をすり合わせる「議論の場」が必要。
■大学と企業でコラボレーションするテーマを見つけて具体化したい。
■企業側のニーズと大学側のシーズをマッチする仕組みがあると良い。

1/4■今回は大学側のシーズを発表したが、企業側ニーズも知れると嬉しい。
■資金を含めた参加方法など、産学共同研究への道筋を話し合いたい。
■今回のイベントは良かった。継続が重要で、大変だと思うが次を期待。

第３回ACRiウェビナー レポート
2021年3月9日、第 3回 ACRiウェビナーを開催しました。今回のウェビナーでは、今まで FPGAにあまり馴染みのなかったソフトウェアのエンジニアに向け、FPGA が注目されている背景と具体的なFPGA 活用を紹介いただきました。

タイトル：Softwareエンジニアにも使って欲しいFPGAの実力

Agenda 1｜

日時：2021年3月9日（火）16:30〜

Agenda 2

企業講演

招待講演

ソフトウェアエンジニアからのFPGAとハードウェアへの期待

オープンソースコンパイラNNgenでつくるエッジ・ディープラーニングシステム

2013年からFPGAエクストリーム・コンピューティング（fpgax）
勉強会

東京大学でコンピュータアーキテクチャを研究されている高前田先生を開催されてきたグーグルの佐藤に、ディープラーニングのためのさんに、
ここ数年のFPGAの商用化

計算ハードウェアを、学習済みモ最前線と、GoogleのAIプロセッサデルから一切のハードウェア記述「TPU」の市場展開を通じて感じたなしで自動 的 に 生 成 する、オー「専用プロセッサの得意・不得意」

プンソースな高位合成コンパイラを語っていただきました。の NNgenを紹介いただきました。

https://qiita.com/kazunori279/items/a9e97a4463cab7dda8b9

https://www.slideshare.net/shtaxxx/nngen-acri-webiner-3▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪

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■IT大手が数年前からFPGAに注力… AWSがFPGAインスタンスを開始。IntelがFPGA大手Alteraを買収。2020年までにクラウドサーバーの1/3がFPGAを導入。
Microsoftも、IBNも！スライドページ：6,7,8,9,10■エッジコンピューティングには、低遅延・リアルタイム制御に加えて、省電力な深層学習エッジデバイスが求められる。
スライドページ：9■FPGAを使うとどうなる… MicrosoftのBing検索ではWebページの特徴量抽出とニューラルモデル推論をFPGA実装でスループットが２倍に、Azureの翻訳は CPUで14秒かかったところが FPGAは 2.6秒に。
JPモルガンによると、デリバティブのリスク分析が8時間から4分に。
ニューラルネットワークの画像認識もRasPiのARMでは85.81msがFPGAで1.56msに。スライドページ：12,13,14,17■ディープラーニングの計算を速くしたい時にいろいろなアプローチがある。その一つがFPGA。ユーザーが回路構成を変更できることに加え、アプリに特化した回路で処理するので、高速・低消費電力化が可能。反面、HW既述言語で設計するのは大変。そこで、Cや Pythonなどのプログラミング言語で設計できる高位合成がある。
スライドページ：12■なぜいまFPGAか？…ムーアの法則は終わった。そもそもノイマン型ってどうなの。FPGAは自由に専用設計が可能で、低消費電力、いつでも仕様変更・バグ修正。その反面、ソフト開発者には難しい。
スライドページ：19,20,21■FPGAを実装したSoC などは低遅延処理が実現可能だが、VerilogはもちろんCで高位合成するのも大変。そこで DNN（ディープニューラルネットワーク）に特化した HW高位合成コンパイラが存在する。
その一つでありオープンソースとして公開されているのが、講演者がコニカミノルタと共同開発した「NNgen」。スライドページ：14,15■FPGAの得意なところ…特定用途向けの並列計算機をお手軽に作れる。パイプライン処理・ストリーム処理が得意等々。
スライドページ：30,33■NNgen の APIを 使って、DNNの モ デ ル を 書 くデ モ ン ストレ ーション：まず NNgenライブラリをインポート…入出力を定義…並列化…モデル化してHWへ。スライドページ：16,17,18,19,20,21■FPGAが向かない用途…大きなデータにランダムにアクセスするもの。そもそも並列化の難しい処理。スライドページ：35■学習済みモデルがある場合のデモンストレーション：学習済みモデ
ルをダウンロード… ONNXのライブラリを使ってONNX 形式に変換…
NNgen 形式に変換…量子化…並列化…HW化…動作検証スライドページ：22,23,24■FPGAを使ってみよう… HDLを書くのは大変。そこで高位合成だ→実例。FPGAはおもしろいよ！ スライドページ：46,47,48,49,62■グーグルのAIプロセッサ「TPU」の紹介。TPU＝クラウド上に並んでいるASIC。汎用性はないが、メモリアクセスがないことから低い電力でより多くの計算が稼げる。TPUやFPGA などの専用プロセッサは、ある程度計算モデルが固まっている場合に、そのアクセラレーションに適応する。

■NNgen活用事例：監視カメラ製品へ物体検出機能搭載、経済産業省 NEDO主催 AIエッジコンテストでコニカミノルタチームが 2 位■まとめ：NNgenで「できること」
スライドページ：50

講 演 者

講 演 者

佐藤 一憲さん高前田 伸也さん

グーグル合同会社 デベロッパーアドボケイト

東京大学 大学院情報理工学系研究科 准教授

PROFILE グーグルでエバンジェリストのような仕事を担う。テクノロジーコ
ミュニティ支援も多数。FPGAに関しては 2013 年から趣味としていじり始め、これまでにFPGAエクストリーム・コンピューティングを合計 8 回主催。

PROFILE 専門分野はコンピュータアーキテクチャ。ハードウェアを簡単に作るためのソフトウエア技術である高位合成コンパイラを中心に、FPGAシステ
ム、アルゴリズム /ハードウェア協調設計、機械学習処理の高速化に取り組む。

第３回ウェビナーの動画はこちらでご覧頂けます → https://youtu.be/pcoSfUFRvkw

2/4

2021年 2月24日、ACRi加盟企業のエンジニアがACRiルームやACRiサロンを気軽に活用いただくためのキッカケづくりを目指し、FPGA初級者向けのワークショップを完全リモートで開催しました。ここではそのダイジェストを紹介します。

実施概要

講師

わさらぼ合同会社

課題

初めてACRiルームのARTYを使ってサンプルコードを動かしてみる

三好健文さん形式

もくもく会スタイル（与えられた課題をオンラインで実施。質問があれば講師に訊ける）

時間

2.5時間

三好健文さん▶

○×ゲームでFPGA開発をはじめてみよう（RTL 編）
最初にVivadoを使ったFPGA 開発の流れを体験しました。FPGA 開発ツールのVivadoを起動。次に、Vivadoではプロジェクトという単位で設計を行うので、新しいデザインをつくるためのプロジェクトを作成。使 用するFPGAを設 定する
Default Partで、ACRiに設置されているArtyを選択して準備完了。
ここからが本番です。FPGA 上で動作させたいロジックを記述したデザインソース、FPGAとロジカルな設計をつなぐ制約ファイル、回路が正しく動くことを確認するためのテストベンチ(シミュレーションを駆動するコード)を登録。シミュレーションで動作を確認後、FPGA 上で動かすファイル(bitフファイル)を作成。最後に、作成したbitファイルをFPGAに書き込み、いくつかの設定を完了させると○×ゲームが始まりました。

○×ゲームでFPGA開発をはじめてみよう（HLS編）
ゲームを操作するモジュールをRTLではなくC++コードから生成したのがHLS編です。Vitis HLSの GUIを起動。Project name、Location、FPGAと作りたいモジュールの動作周波数をセット。
さらにDevice Selection DialogでArtix-7の中から一台を選んでプロジェクト作成が完了。
ハードウェア化したいデザインと、シミューレション用のソースコードの登録を行い、ハードウェアモジュールの合成を行います。合成したモジュールが意図した通りに動くことをCo-Simulation
で確認できたらハードウェアモジュール生成の完了です。
次にRTL 編同様にVivado のプロジェクトを作成。Vitis HLSで作成したモジュールをVivadoで利用できるように設定（IPリポジトリの追加とIPのインスタンス生成）し、いくつかの設定を終えると、RTL 編同様にゲームを実行できました。

○×ゲームでFPGA開発をはじめてみよう（C 編）
XilinxのFPGA向けソフトプロセッサであるMicroBlazeを使って，Cで○×ゲームを実装しました。Vitisを起動。ウェルカムページを進むとPlatformの選択ページが開き、ここでは作成済みのMicroBlazeを含むハードウェアデザイン(.xsaファイル)からプラットフォームを作成することを選択。Domainでプロジェクトの実行環境を設定。プロジェクトテンプレートにHello Worldを選択してFinishでウィザードを終了。これでプロジェクト設定が完了しました。
ソースコードをあらかじめ用意したものに置換し、ツールバーのトンカチアイコンをクリックしてビルドを開始。①FPGAにbitファイルをダウンロードする、②実行するプログラムを転送して実行する、の手順で実行。GtkTermのウィンドウを確認すると、ゲームが開始できました。
三好さんに準備いただいた
課題は分かりやすかった

参加者の声

他の方で起きたトラブルの内容を聞けたことが参考になった

準備不足もあって、自分の作業はHLSで止まってしまった

できた喜びを感じる事ができた

3/4

ツールを理解する場として有益だった

参加者のリテラシーを揃えた方が良かった

目標は達成できたが、予習しておけば良かったACRi ブログ
BRAM 達人への道 (1) 〜(5)
執筆者：エンジニア 鈴木昌治さん

このコーナーでは、FPGA を用いた AI のアクセラレーションのような高度な処理が広がる一方、この記事では、FPGAに関する現場レベルで使えるちょっとした工夫や考え方のヒントを紹介し、初級者のレベルアップや現場の方々の手助けを目指しています。

今月の注目ACRiブログをピックアップします。

https://www.acri.c.titech.ac.jp/wordpress/archives/10236

数値報告
ACRi ルームの登録者数は微増。

・ACRiブログの月別 PV 数

PV

ʼ20.12 月：28,716PV
ʼ21.1月：24,952PV

35000

ʼ21.2 月：27,580PV

30000

ʼ21.3月：23,178PV
・ACRi ルームの登録者数の推移

600

登録者数

500
400

20000

ʼ20.12 月末：463人

15000

活発化したいと考えています。

ʼ21.1月末：473人
ʼ21.2 月末：509人
ʼ21.3月末：517人

10000※2021.3.25 現在

PV

25000

登録者の方々の注目を集める施策を・会員団体数 21団体

登録者数
（人）

300
200
100

5000
0

4月

5月

6月

7月

8月

9月

10月

11月

12 月 2021.1月 2 月

3月

0ACRi 参加団体
大学
4運営企業
2

創設企業
7

協賛企業
8

今後の活動トピックス
ACRi◆ ACRi 一周年記念 ◆◆ お知らせ ◆同日開催
第2回オンライン懇親会 ＆第4回ウェビナー

e-book 発売開始！

「4ビットカウンタとシリアル通信ではじめるFPGA開発」

 年  月予定
※日程が決定次第、Slack 上で告知いたします。
参加形式：Zoom によるオンライン開催ACRiブログシリーズ Kindle 版
藤枝直輝（著）, 佐藤真平（著）, 吉瀬謙二（著）
ハードウェア記述言語を用いたFPGA 開発の入門書です。

詳細はこちら: https://amzn.to/3rmXTXJ

詳細やご参加の方法等は、ACRiホームページ www.acri.c.titech.ac.jp/wp/ 等で追ってお知らせします。

4/4

今後もACRi の活動に注目ください。