ソフトウェアを手作りで作れるけれど、自分だけのオリジナルのハードウェアを作るのはとうていムリだよと人は多いと思います。ところが、簡単にできちゃうやわらかハードがFPGAというハードウェアです。普段から使って楽しいコンピュータをめざす高前田先生は、FGPA+高位合成ツールがあれば、自分で自由に書き換えし、しかもその作業を大幅圧縮できる“ゆるふわコンピュータ”の魅力について語ります。

ハードウェアも自分で作れる！　～素敵な「ゆるふわコンピュータ」

コンピュータそのものの研究をしています。ステキなコンピュータって何でしょう。速い、省エネ、使って楽しいことを大切にしたいと僕は考えています。それを実現するキーワードが「ゆるふわコンピュータ」です。

コンピュータの構成要素には、プログラムを書き込むソフトウェアと、プログラムを解釈し実行するハードウェアがあります。ハードウェアとは、具体的にインテルのCPUなどがそれに対応します。

皆さん、ソフトは作れても、ハードを作るのムリと思いあきらめていませんか。

今日は、FPGAと高位合成ツールがあれば、自分だけのハードウェアを簡単に作れるという話をしましょう。まずFPGAとは何か。自分で書き換えのできるやわらかハードのことです。例えば画像処理専用の自分だけのためのハードウェアが欲しいと思った時、それが実現できます。

FPGAのすごい点はマイクロソフトの検索エンジンにも導入され、人工知能研究のディープラーニングにもFPGAを用いるとより省エネになることなどが知られています。つまりFPGAを用いると、よりステキなコンピュータが作れるというわけ。

実際にどんなFPGAが市販されているのでしょう。おススメはPYNQ-Z1(ピンク)。￥7000と、高校生でも入手可です。

以前は、こういうFPGAを100並べた未来のCPU検証システムなんてのも作りました。

実際に、自分用のFPGAにどうやって書き換えをするのでしょう。基本的には、ハードウェア記述言語で書いていきます。書き方は、ソフトのプログラミング言語と同じように、何をしたいかを書けばいいのですが、それ以外に、いつ、どのようにそれを実現するかを書く必要があります。例えばソフトウェアで積和演算――かけて足す処理を繰り返す処理――を繰り返すと、たった11行くらいで書けるわけです。