特集 特別無償ライセンスでOpenCLもすぐに試せる！ 第7章 GPUで使われてきた並列処理記述ができるOpenCL言語を FPGA開発に使う！ 初めての Altera SDK for OpenCL 竹村 幸尚 Yukitaka Takemura Altera SDK for OpenCL は 2013 年に発表されて以来改良が続けられ，ここ最近ついに実運用例が出てきました． また Intel 社による Altera 社の M&A により，Intel Xeon や Intel Atom に FPGA がオンダイで直結されたマルチ チップ・モジュールの発売が予告されていますが，このデバイスの主力開発環境は OpenCL になる見込みです． ここでは Altera SDK for OpenCL について紹介します． デバイス （x，0） （0，1） （1，1） ……… （x，1） （0，y） （1，y） コンピュート・ デバイス 図 1 OpenCL モデル（OpenCL1.0 specification より抜粋） （0，0） プロセッサ0 ……… … … … … コンピュート・ ユニット ……… ……… プロセッシング・ エレメント ホスト （0，0） （1，0） ……… … … … … … … … … … … … … ……… 1∼3次元の データ・ セット （x，y） （1，0） プロセッサ1 … プロセッサm 図 2 GPU における OpenCL 演算処理 1．Altera SDK for OpenCL の仕組み ● OpenCL とは OpenCL は Khronos Group（http:www.khronos. org/）に よ っ て 管 理・ 開 発 さ れ て い る， 並 列 コ ン ピューティングのためのオープンな仕様です．GPU が古典的な固定パイプライン・アーキテクチャからマ ルチプロセッサによる処理に移行するに伴い，そのコ ンピューティング・パワーをグラフィックスだけでな く汎用演算に使うというアイデアが生まれました． GPGPU とも呼ばれるこの手法は，GPU の進化に 伴 っ て 急 速 に 普 及 し，NVIDIA 社 は 専 用 言 語 の CUDA を発表するに至ります．CUDA は同社独自の 技術ですが，これに対してオープンな規格として策定 されたのが OpenCL です．つまり元々 GPU アーキテ クチャが強く意識された規格ですが，Altera 社（現 Intel 社プログラマブル・ソリューション事業本部）は これに目をつけ，FPGA の開発環境として採用するこ とを決断しました． 筆 者 は 当 時 GPU ベ ン ダ に 在 籍 し て い ま し た が， Khronos Group のミーティングに参加した際，GPU 82 第 7 章 初めての Altera SDK for OpenCL ベンダに混じって FPGA ベンダである Altera 社がい ることに驚き，また感心したものです． ● OpenCL の実行モデル 図 1 に OpenCL の実行モデルを示します．システム はホスト（CPU 側）とデバイス（GPU/FPGA 側）に分 かれ，デバイス内部にはコンピュート・ユニットと呼 ばれるプロセッサ群があるイメージになります．この コンピュート・ユニット内のプロセッシング・エレメ ントと呼ばれるプロセッサで実行されるのが OpenCL カーネルと呼ばれるプログラムで，C ライクな言語で 記述されます． ● GPU における OpenCL 図 1 から想像できるように，OpenCL は，ある大き なデータ・セットを用意して各データに対し同じ処理 を適用，その後に結果を出力する，といった処理に向 いています．これも元々 GPU が，複数のピクセル・ データに対し同じ演算処理を行って最終的な色情報を 決めるという機能を持っていたのを，汎用計算向けに 拡張したところから来ています．図 2 のように，いわ ゆるデータ並列性を利用し，各データを大量のプロ セッサ・コア（OpenCL でいうプロセッシング・エレ メント）に振り分け，同時に演算処理を行います．ご
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