スマートNICによるプロセッサの負荷分散【第2回】

普通のプロセッサじゃない「FPGA」や「スマートNIC」にあってCPUにはない利点

半導体ベンダーは5Gや機械学習の活用、セキュリティ強化など新たな取り組みが進む中、「スマートNIC」を強化する。プログラム可能な集積回路「FPGA」の活用がその一例だ。FPGAで何ができるのか。

公開 2022年07月08日 05時00分

[TechTarget]

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　ネットワークインタフェースカード（NIC）にプロセッサを搭載する「スマートNIC」。その役割として注目すべき点は、過負荷になりがちなCPUの負担を分散させることにある。複数の半導体ベンダーがスマートNICに分類される製品を提供している。その一社であるAchronix Semiconductorは、集積回路の一種「FPGA」（Field Programmable Gate Array）のスマートNICを提供する。

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　FPGAは「プログラムの書き換え可能な集積回路」を意味する。Achronix Semiconductorが提供するのは、

Speedster7t FPGA
Speedcore embedded FPGA（Speedcore eFPGA）

といったFPGAだ。同社のFPGAには、単独で使えるスタンドアロン型の他、「ASIC」（Application-specific integrated circuit）や「SoC」（システムオンチップ）と組み合わせるタイプがある。ASICとは特定用途向けに設計した半導体製品、SoCとはシステムを動かすために必要な機能を1つのチップ（集積回路）に搭載する半導体製品を指す。同社はSpeedster7t FPGAを組み込んだアクセラレーター（NICを指す）として「VectorPath S7t-VG6」を提供している。

　Speedster7t FPGAの中核は、帯域幅20Tbps超の「NoC」（ネットワークオンチップ：チップが搭載するネットワーク）だ。このNoCは各種I/O（入出力）やメモリとの接続を含め、さまざまな役割を担う。

「AchronixのスマートNIC」活用例

　AchronixのスマートNICは、通信や自動車、機械学習などのAI（人工知能）技術、ストレージ、ネットワーク、軍事・防衛といった幅広い分野で力を発揮する。「5G」（第5世代移動通信システム）をはじめたとしたネットワークの高速化、通信データの高速処理や管理、セキュリティ強化などにも活用できる。例えば5Gのネットワーク構成を検討する際は、用途に応じて異なった設計が必要になるため、プログラム可能なスマートNICの特性が生きる。

　高負荷の汎用（はんよう）用途にCPUではなくGPUを活用するのと同じように、FPGA搭載のスマートNICを機械学習の計算の高速化に使う用途も考えられる。ハードウェアのOEM（相手先ブランド製造）ベンダーは、ストレージのデータプレーン（データ転送を担う機能）をカスタマイズしてユーザー企業に提供することも可能だ。その場合は機械学習向けの設計の他、データの暗号化や圧縮、重複排除などがカスタマイズの候補になる。

　第3回は、Achronixと同様にFPGAを提供する半導体ベンダーの製品を紹介する。