WIDE Technical-Report in 2011

Handmade WG 2011 年度活動報告

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PROJECT

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Title:Author(s):Date:Handmade WG 2011 年度活動報告
大江 将史, 島 慶一
2011-12-31

Handmade WG 2011 年度活動報告
大江 将史∗

島 慶一†

2011 年 12 月 31 日

はじめに

1

表 1: NetFPGA Tokyo Tutorial 2011 開催概要
開催日時 2011 年 12 月 5 日 (月) 13:00〜17:00

Handmade WG は、内容の如何に関わらず、ハードウェア技術を活用してネットワーク技術の研究活動に役立つ為の基礎をお互いに学習する場、またソフトウェ
アのみの技術では解決が困難な課題をハードウェア技術を用いて解決できるようなアイデアを考えていく場、場所

IIJ イノベーションインスティテュート

URL

http://netfpga.org/tutorials/
CoNext2011/index.php

参加者数

21 名

また新しいソフトウェアアーキテクチャを自らの手で考えていく場として 2010 年 10 月に設立された。

受け、Handmade WG の活動の一環として IIJ、IIJ イ

2011 年度の主な活動を以下に示す。

ノベーションインスティテュート、および日本電気の協力を得て、東京チュートリアルをホストした。表 1• NetFPGA Tokyo Tutorial 2011 のホスティングが開催概要である。
チュートリアルの概要は以下の通りである。

• Xilinx FPGA 勉強会• 40G ハンドメイドルータ

NetFPGA Tokyo Tutorial 2011 Abstract

以降、各章でそれぞれの活動に関して詳細に報告する。

The NetFPGA is and open platform en-2

abling researchers and instructors to build
high-speed, hardware-accelerated networking systems. The platform can be used

NetFPGA Tokyo
2011 のホスティング

Tutorialin the classroom to teach students how tobuild Ethernet switches and Internet Pro-

NetFPGA[1] はスタンフォード大学主導で設計されtotcol (IP) routers using hardware rather
than software. The platform can be usedby researchers to prototype advanced ser-

た FPGA 制御可能なネットワークインターフェースカードである。Handmade WG では、FPGA によるハードウェア処理を活用した研究開発をひとつの手段

vices for next-generation networks.と捉えており、次章で述べるような勉強会を開催してBy using Field Programmable Gate Arrays(FPGAs), the NetFPGA enables new types

いる。NetFPGA は、我々が容易に入手できるネット
ワークインターフェースカードであり、高度なハードof packet routing circuits to be implemented
and detailed measurements of network traffic to be obtained. During the tutorial, at-ウェア処理を記述できることから、活用の準備を進めている。
今回、スタンフォードの NetFPGA 研究開発メンバー

tendees will learn about the NetFPGA platform and and how it can be used. We will
demonstrate the use of the reference routerから東京での NetFPGA チュートリアル開催の打診を∗ 国立天文台† 株式会社 IIJ イノベーションインスティテュート

1

to dynamically re-route traffic using PWOSPF with streaming video traffic. We will

表 2: Xilinx FPGA 勉強会開催概要
開催日
2011 年 10 月 4 日 (火) および 14 日 (金)also show how we can extend existing designs to experiment with buffer sizes.
No knowledge of Verilog/VHDL is required
to attend the tutorial, although knowledge

場所ザイリンクス株式会社

参加者数5名• Dynamic re-routingof these languages is needed to program
NetFPGA.

5. Example 2: Advanced Functionality (buffer sizing based on reference router)• Brief introduction of buffer sizing

チュートリアルのプログラムを以下に示す。

– Rule-of-thumb for the buffer size

1. Introduction to the Program– Round-trip propation delay(a) Users (Professors & Researchers)– Capacity of bottlneck link(b) What is the NetFPGA– Number of active flows• Additioanl hardware• Board– Event capture module• Tools & Referene Designs– Rate limiter• Contributed Projects• Community• Experiments– Netperf

2. Hardware Overview– HD video transport(a) NetFPGA 1G• Gigabit Ethernet interfaces• Field Programmable(FPGA) Logic

Gate

6. Discussion
Array

NetFPGA 関連イベントは、これまで中国や韓国では開催されてきたものの、日本では開催されていなかった。今回、日本で初めてスタンフォード大学スタッフに• Random Access Memory (RAM)よるチュートリアルが開催されたことにより、我々を• PCI Internface

含む多くの日本人研究者が、FPGA によるハードウェ(b) NetFPGA 10G• SPF+ interfaces• Field

Programmable

アアクセラレーション技術に興味を持ち、自身の研究Gateに役立ててもらえる事を期待する。

Array(FPGA) Logic3• Random Access Memory (RAM)• PCIe interface

Xilinx FPGA 勉強会
Handmade WG では、FPGA 活用のための基本的

3. Brief recap if IP/Routing

な知識を身につけるため、ザイリンクス株式会社に協

4. Example 1:router)ている。この活動は昨年度から継続して実施している

力いただいて FPGA プログラミング勉強会を開催しBasic Functionality (reference

ものであり、当初 2011 年 3 月に第 3 回となる勉強会を予定していたものの、東日本大震災の影響で 2011 年• PW-OSPF秋に延期された。表 2 に開催概要を示す。

• Routing Tables
2勉強会の内容は、ザイリンクス株式会社が実施してい離れている場合が多く、高速ネットワークへの要求はるチュートリアルコース「エンベデッド オープンソース

切実である。

Linux 開発1 」を WIDE プロジェクト Handmade WG向けに修正したものである。以下に概要を引用する。

Handmade WG では国立天文台の大江により、PCおよび安価に入手できる PC 用高速ネットワークインターフェースアダプタを用いた、40Gbps クラスのルータの構成を検証している。2011 年 12 月に開催された

エンベデッド オープンソース Linux 開発研究会では、以下のネットワークインターフェースアダプタが検証対象となっており、性能計測中である。

中級レベルのエンベデッドシステム設計者向けのこのコースでは、ザイリンクス開発ボー• Chelsio2 T4 T440-CE (40GbE/10GbE×4) /T420 (10GbE×2)

ドにエンベデッドオープンソース Linux オ
ペレーティングシステムを作成する方法について 2 日間に渡って説明します。このコース• Myricom3(10GbE×2)

は、環境構築から、ザイリンクスカーネル ツリーからの Linux 2.6 を含む基本的なシング

10G-PCIE2-8B2-2S

ネットワークで計測データを収集するためには、受ルプロセッサシステムオン チップ (SoC) デけ側にネットワーク帯域を超える速度で書き込みできザインを用いたシステムのブートまでを受講るストレージ環境が当然必要であり、こちらに関して者が実践的に行うよう構成されています。

も、昨年度から引き続き SSD と RAID 構成を併用しこのコースでは、エンベデッド Linux コン

た高速ストレージの検証が進んでおり、Crucial4 M4ポーネント、オープンソースコンボの使用、512GB SSD×16 と LSI5 MegaRAID 9265-i8×2 を用環境の設定、ネットワークコンポーネント、エいた構成で 4200MB/秒の書き込みが可能な筐体を試

ンベデッド Linux プラットフォームのデバッ作している。

グ / プロファイルオプションについて説明

今後も検証を進め、ネットワークを経由した大容量します。コース全体を通して、ザイリンクス

データ転送および保存システムを安価に構築する技術ツールフローを使用したエンベデッド Linuxを確立していく。

開発の理解に重点を当てています。

54Myrinet

40G ハンドメイドルータ

まとめ

2011 年度は、昨年度に引き続き FPGA の基礎を学ぶ機会をメンバーに提供するとともに、研究分野で広高速ネットワークへの要求は、特に大きなデータをく利用されている NetFPGA のチュートリアルのホス

取り扱う High Performance Computing 分野や天文/ティングを行い、開発の下地を作る活動を行った。ま物理系分野に見られる。現状、40Gbps を転送できる

た、現場の研究者の要求からネットワーク、ストレールータ製品もハイエンド機器として利用されているもジに対する必要事項を洗い出し、それを実現するためのの、それらの製品は一般的に高価である。用途としのストレージ環境、ルータ環境の試作などを開始した。ては主にインターネットサービスプロバイダの基幹網、Handmade WG は、自身の研究に必要となる研究機材を自ら作り出して研究を促進する目的で活動している。

大規模エンタープライズネットワーク向けであり、我々が日常のデータをやりとりするために導入できるもの

今後も各研究者の創意工夫を共有し、WG メンバーのではない。しかしながら、前述のような研究分野の研研究促進はもちろん、WIDE プロジェクト全体の研究究者は日常的に大量のデータを取り扱う環境にあり、促進につなげていくつもりである。

また計測地点 (データの発生地) とデータの解析地点が

2 http://www.chelsio.com/
3 http://www.myricom.com/
4 http://www.crucial.com/

1 http://japan.xilinx.com/training/embedded/embedded-

5 http://www.lsi.com/

linux-design.htm

3

参考文献
[1] NetFPGA.

NetFPGA,

December2011.

http://netfpga.org/.

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