富士通セミコンダクターのプラットフォームSoCとJavaへの取り組み概要

Java Day Tokyo 2014 富士通セミコンダクターのプラットフォーム SoC と Java への取り組み概要 富士通セミコンダクター株式会社 2014 年 5 月 22 日

目次 組み込みシステム開発の課題 富士通セミコンダクターのご提案 Javaを用いたアプリフレームワーク まとめ 本書に記載されている ARM Cortex Cortex-A15 Cortex-A7 Cortex-M3 Mali Mali-T624 NEON は ARM Limited の商標です Oracle と Java は Oracle Corporation 及びその子会社 関連会社の米国及びその他の国における登録商標です 文中の社名 商品名等は各社の商標または登録商標である場合があります 1

組み込みシステム開発の課題 2

組み込みシステムの状況 市場から様々な要求に対応 システムは単機能から複合機能化 ~ スマフォ タブレットの機能が 様々なシステムに取り入れられている ~ 既存資産の活用 互換性の保証 環境性能の向上 規格対応 お客様個別要求への対応 M2M クラウド連携 エコ セイフティー コンフォートへの要求 開発効率の向上への要求 低価格の要求 新しい規格への対応 品質向上への要求 扱うデータ量の増加 多機能化の要求 システムの大規模化 3

組み込みシステムの事例 大規模システム事例 :PC 同様の機能を持つ組込みシステム ソフト パソコンシステム 組み込みシステム パソコンのソフトウェア 組み込みアプリ OS 独自ファーム パソコンのハードウェア カスタム SoC (CPU) 差異化機能 a カスタム SoC (ASIC) 差異化機能 b ハード 従来手法では システム開発期間および費用の増大が避けられない 4

組み込みシステム開発フローにおける課題 ハード大規模化 複雑化 差異化 / 新規機能のプロトタイピング 製品開発 製品企画 FPGA 等実装 試作ボード開発 製品仕様設計 LSI 設計 製造 試験 製品ボード開発 システムテスト ソフト開発 評価 ソフト開発 ソフト大規模化 複雑化 システム開発の長期化 開発費用の増大 それぞれの対策に貢献するソリューションを提供します 5

まとめ プロトタイピング LSI 設計 ソフト開発 システムテストにおける 1 開発期間の長期化 2 開発コストの増大対応が必須となる 先端 ARM コア搭載プラットフォームを提案します [ 特徴 ] 機能をソフトで実現できる高性能プラットフォーム SoC アプリケーションに適した設計手法の提供 - 汎用品 プラットフォーム SoC+ カスタム SoC カスタム SoC Java と組み合わせることで JavaFX のリッチな UI PC 上で開発済みの Java 資産が利用可能となります 6

富士通セミコンダクターのご提案 7

ARM コア搭載プラットフォーム SoC S70 シリーズ プロダクト概要 For HIGH RANGE MB86S70: Cortex-A15/A7 Dual, Mali-T624(Quad core) For MIDDLE RANGE MB86S71/72: Cortex-A15/A7 Dual, Mali-T624(Single core) For LOW RANGE MB86S73: Cortex-A7 Dual, Mali-T624(Single core) お客様のアプリケーションに最適な設計手法をご提案します OpenCL を用いたソフトソリューションからカスタム SoC のハードソリューションまで対応可能 Features Linaro Kernel BSP MB86S70 Cortex A15Dual, A7 Dual (big.litlle) GPGPU(OpenCL, OpenGL) PCI-Express v8 architecture Under planning 15 7 15 7 CPU GPU 7 7 GPU 15 15 7 7 CPU GPU Linaro Kernel BSP MB86S71/S72 Cortex A15Dual, A7 Dual (big.litlle) GPGPU(OpenCL, OpenGL) PCI-Express Linaro Kernel BSP MB86S73 Cortex A7 Dual GPGPU(OpenCL, OpenGL) PCI-Express 8

富士通セミコンダクターからのご提案手法 S70 シリーズ製品 そのままご利用いただくプログラマブルソリューション Linaro Kernel BSP MB86S70 15 7 15 7 CPU GPU Linaro Kernel BSP MB86S73 7 7 CPU GPU Linaro Kernel BSP MB86S71/S72 15 15 7 7 CPU GPU Linaro Kernel BSP S70Core カスタム SoC S70 シリーズのコア部を利用したカスタマイズソリューション S70 シリーズ Linux を使用可能です Linaro Kernel BSP カスタム SoC S70 シリーズの素材ベースのカスタム SoC 受託 S70Linux が流用可能かどうかは ご要望の仕様に依存します 9

プラットフォーム SoC:MB86S70 スマフォの機能やインターフェイスを搭載かつ外部拡張性を重視した組込みシステムに最適な構成を実現 最先端のARM CPUコアを採用 Over 2GHz 動作を実現 新世代のGPGPUおよびVideo Codecを搭載し画像処理機能を充実 待機応答等機能の標準搭載を実現 10

S70 シリーズプラットフォームソフトウエアの概要 LINUX の BSP(Board Support Package) をご提供いたします 世界標準である Linaro 社のカーネルを利用可能です ソフトウェアに関しては オープンソフトのものが利用可能です アプリケーションレイヤーに関しては それぞれ専門のパートナー様をご紹介いたします ハードウェアに依存したソフトウェアの最適化ノウハウを提供可能です パートナー連携 Customer Application Specific layer アプリケーション アプリケーションフレームワーク (Java Android FireFoxOS ) アプリケーション I/F 市場要求に基づき API を用意 e.g. Java HTML5 など 標準ライブラリの I/F e.g. OpenMAX, OpenGL ES, OpenCL, OpenSL など BSP MB86S70 11

差異化機能の実現方法 S70 シリーズは OpenCL を用いて GPGPU を利用するプログラミングが可能です これにより 従来ハードウェアでのみ実現可能だった差異化機能をソフトウェアで実現出来る可能性があります カスタム SoC としての実現も可能です Software solution 差異化機能プログラム CPU or GPGPU Software 差異化機能アルゴリズム Software Hardware solution 差異化機能 UDL (User Design Logic ) 差異化機能カスタム SoC 12

S70 シリーズプラットフォーム S70 シリーズプラットフォームが多様な機能を実現します 差異化機能 ( ソフト ) 先行開発ソフト Android アプリ C ソース Web アプリ Java アプリ ミドルウエアなどのハ ートナー資産 過去資産 差異化機能 ( ハード ) 多様な機能を実現 ソフトウェアのアウトソーシング 豊富なパートナー FPGA ボード 13

開発評価環境 ソフトウェアについてはLinux Kernel(Latest) BSPです PCIe 経由でFPGAボードの接続が可能です 開発環境としてはDS-5 Streamlineが利用可能です MB86S70 開発 評価環境 Debugger(DS5) フ ラットフォーム SoC 開発評価ボード FPGA Prototyping Board PCIe 4lane x2 Data Source (Camera, internet, file) FPGA/ASIC を搭載してアプリの先行開発が可能 14

Java を用いたアプリフレームワーク 15

アプリケーションフレームワーク : Java Javaのメリット マルチプラットフォーム ARM X86 PPC 等の既存 Javaアプリを利用 PC 等でソフト先行開発 Java コミュニティ Java のサードパーティのアプリの活用 パートナを活用した開発 リッチな UI:JavaFX OpenGL 等の難易度の高いプログラミングは不要 並列処理との親和性 オブジェクト指向 Lambda マルチスレッドに対応した JVM ネットワーク セキュリティ等との親和性 IoT プラットフォーム 16

プラットフォーム SoC への Java アプリ流用性 PC で動いていた Java アプリが MB86S70 で動作 Javaベンチマーク JavaFXアプリ JVM OpenGL Windows PC Javaベンチマーク JavaFXアプリ JVM ソフトウェアプラットフォーム OpenGL Linux MB86S70 評価ボード Java 環境の構築 Java アプリケーションの移植はすぐに可能 MB86S70 でノート PC と同じレベルの JavaFX 描画 17

プラットフォーム SoC の Java 性能 測定ベンチマーク CaffeineMark 3.0 SciMark 2.0 GrinderBench 1.0 Pendragon 社の提供するクライアント向け性能の測定テスト 米国 NIST (National Institute of Standard and Technology) で開発された浮動小数点演算のベンチマーク EEMBC の提供する Java 用ベンチマーク 測定対象 名称ボード使用する CPU S70(A15 Dual) MB86S70 評価ボード CortexA15(3.5DMIPS/MHz)@1.6GHz x2 S70(A7 Dual) MB86S70 評価ボード CortexA7(1.9DMIPS/MHz)@0.8GHz x2 ARM1176JZF-S CortexA8 ARM1176JZF-S(1.25DMIPS/MHz) @700MHz CortexA8(2.0DMIPS/MHz) @1GHz 18

CaffeineMark 3.0 140000 120000 S70(A15 Dual) ARM1176JZF-S CortexA8 100000 Score, higher is better 80000 60000 40000 20000 0 Slieve Loop Logic String Float Method Overall 19

SciMark 2.0 Score, higher is better 500 450 400 350 300 250 200 150 S70(A15 Dual) S70(A7 Dual) ARM1176JZF-S CortexA8 100 50 0 Composite FFT SOR Monte Carlo Sparse matmult LU GEOMEAN 20

GrinderBench 1.0 600000 500000 S70(A15 Dual) S70(A7 Dual) ARM1176JZF-S CortexA8 Score, higher is better 400000 300000 200000 100000 0 Parallel kxml PNG decoding Chess Crypto GEOMEAN 21

Java と並列処理の親和性に対する期待 Java はプログラムの様々な並列性を扱うことが出来る オブジェクト指向言語 マルチスレッド処理に対応した JVM: スレッド並列性 Lambda: 関数並列性 ループ並列性 GPU に対しては JavaCL JOCL 等の難易度の高いコーディング オブジェクト Lambda 記述 各種並列性を表現 CA15 NEON CA15 NEON CA7 NEON JVM Linux スレッド並列性 関数並列性 ループ並列性 演算並列性 CA7 NEON JavaCL JOCL 記述 Mali-T624 CA15 NEON オブジェクト Lambda 記述 各種並列性を表現 JVM OpenCL Linux タスク並列性 関数並列性 ループ並列性 演算並列性 CA15 NEON Java が抽出する並列性を GPGPU SIMD に対して活用できることを期待します それによりプラットフォーム SoC の演算性能を更に引き出し易いプラットフォームとなります CA7 NEON CA7 NEON Mali-T624 22

Java アプリフレームワークの活用案 -IoT への適用 IoT に親和性の良い Java S70 シリーズプラットフォームでゲートウェイデバイス カメラ センサ JVM WiFi USB etc WiFi USB etc JavaSE8 +JavaFX Java アプリ センサデータモニタ表示 録画再生 カメラデータ加工 UI 機械制御 JVM ソフトウェアプラットフォーム OpenGL Linux Cloud JVM センサ WiFi USB etc WiFi 受信 JavaFX センシング結果表示 センサーデバイス 23 ゲートウェイデバイス

ゲートウェイデバイス 様々な組み込み機器がゲートウェイデバイスになる可能性がある セットトップボックス 映像機器 事務 業務用機器 製造装置 FA 機器 医療機器 既存資産 様々な組み込み機器の既存ソフトを S70 シリーズプラットフォームで活用しプロトタイピング製品仕様を決定 JVM センサデバイス Javaアプリ差異化機能 JVM ソフトウェアプラットフォーム プラットフォーム SoC 評価ボード 差異化機能 Cloud JavaFX センシング結果表示 FPGA ボード S70 シリーズプラットフォームを活用し 製品開発へ 24

まとめ ARM プラットフォーム SoC S70 シリーズは お客様のご要望により汎用品としてもカスタム SoC 向け素材としてもご利用頂けます アプリケーションプラットフォームとしての Java MB86S70 上でJavaを動作させると 既存 Javaアプリの利用 サードパーティのJavaアプリの利用 リッチなUI が実現できます お客様のご要望の機能を短期間に実現するソリューションをご提供します 25

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