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

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

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。



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

組み込みシステムの状況

多機能化の要求

システムの大規模化

～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～

品質向上への要求

品質向上への要求

低価格の要求

低価格の要求

新しい規格への対応

新しい規格への対応

扱うデータ量の増加

扱うデータ量の増加

既存資産の活用

既存資産の活用

互換性の保証

互換性の保証

環境性能の向上・規格対応

環境性能の向上・規格対応

お客様個別要求への対応

お客様個別要求への対応

エコ、セイフティー、コンフォートへの要求

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

開発効率の向上への要求

M2M

M2M

クラウド連携

クラウド連携

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

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。

カスタムSoC

(CPU)

カスタムSoC

(ASIC)

独自ファーム

差異化

機能a

差異化

機能b

ソフト

ハード

OS

パソコンの

ハードウェア

パソコンの

ソフトウェア

組み込みアプリ

組み込みシステム

パソコンシステム

組み込みシステム開発フローにおける課題

製品

企画

FPGA等

実装

試作ボード

開発

ソフト

開発

評価

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

差異化/新規機能の

プロトタイピング

製品開発

ソフト開発

ハード大規模化、複雑化

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



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

まとめ

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。

ARMコア搭載プラットフォームSoC S70シリーズ

MB86S73

v8 architecture

MB86S70

Linaro Kernel BSP

Linaro Kernel BSP

Features

MB86S71/S72

Linaro Kernel BSP



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

Cortex™A15Dual, A7 Dual (big.LITLLE)

GPGPU(OpenCL, OpenGL)

PCI-Express

Cortex™A7 Dual

GPGPU(OpenCL, OpenGL)

PCI-Express

Cortex™A15Dual, A7 Dual (big.LITLLE)

GPGPU(OpenCL, OpenGL)

PCI-Express

Under planning

15

7

15

7

CPU

_GPU

7

7

GPU

15

7

15

7

CPU

GPU

富士通セミコンダクターからのご提案手法

MB86S71/S72

Linaro Kernel BSP

MB86S70

Linaro Kernel BSP

15

7

15

7

CPU

GPU

15

7

15

7

CPU

GPU

MB86S73

Linaro Kernel BSP

CPU

GPU

7

7

Ｓ７０シリーズ製品

カスタムSoC

Linaro Kernel BSP

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

カスタムSoC

Linaro Kernel BSP

S70Core

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。

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

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

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。

標準ライブラリの

I/F

e.g. OpenMAX,

OpenGL ES,

OpenCL, OpenSLな

ど。

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。

Customer

アプリケーションフレームワーク

(Java、Android、FireFoxOS…)

MB86S70

アプリケーション

BSP

Application

Specific layer

パートナー

連携

差異化機能の実現方法

差異化機能

カスタムSoC

差異化機能

プログラム

CPU

or

GPGPU

差異化機能UDL

(

User Design Logic

)

Software

Software

Software solution

Hardware solution

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。

差異化機能

アルゴリズム



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

S70シリーズプラットフォーム

差異化機能

(ハード)

ソフトウェアの

アウトソーシング

ミドルウエアなど

のﾊﾟｰﾄﾅｰ資産

先行開発ソフト

豊富な

パートナー

Cソース

Javaアプリ

Webアプリ

Androidアプリ

過去資産

FPGA

ボード

多様な機能を実現

差異化機能

(ソフト)

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。

PCIe

4lane x2

Debugger(DS5)

FPGA

Prototyping Board

Data Source

(Camera, internet, file)

ﾌﾟﾗｯﾄﾌｫｰﾑSoC 開発評価ボード

MB86S70 開発・評価環境

FPGA/ASICを搭載して

アプリの先行開発が可能

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

アプリケーションフレームワーク: Java



PCで動いていたJavaアプリが、MB86S70で動作



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

ソフトウェアプラットフォーム

プラットフォームSoCへのJavaアプリ流用性

MB86S70評価ボード

JVM

Linux

Javaベンチマーク、JavaFXアプリ

PC

JVM

Windows

Javaベンチマーク、JavaFXアプリ

OpenGL

OpenGL

プラットフォームSoCのJava性能



測定ベンチマーク



測定対象

CaffeineMark 3.0

Pendragon 社の提供するクライアント向け性能の測定テスト。

SciMark 2.0

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

GrinderBench 1.0

EEMBCの提供するJava用ベンチマーク

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

ARM1176JZF-S(1.25DMIPS/MHz)

@700MHz

CaffeineMark 3.0

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

Slieve

Loop

Logic

String

Float

Method

Overall

Score, higher is better

S70(A15 Dual)

ARM1176JZF-S

CortexA8

SciMark 2.0

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Composite

FFT

SOR

Monte Carlo

Sparse matmult

LU

GEOMEAN

Score, higher is better

S70(A15 Dual)

S70(A7 Dual)

ARM1176JZF-S

CortexA8

GrinderBench 1.0

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

Parallel

kXML

PNG decoding

Chess

Crypto

GEOMEAN

Score, higher is better

S70(A15 Dual)

S70(A7 Dual)

ARM1176JZF-S

CortexA8

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



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

JVM

Linux

CA15

NEON

CA15

NEON

CA7

NEON

CA7

NEON

Mali-T624

オブジェクト、Lambda記述

→ 各種並列性を表現

JavaCL、JOCL

記述

JVM

Linux

CA15

NEON

CA15

NEON

CA7

NEON

CA7

NEON

Mali-T624

オブジェクト、Lambda記述

→各種並列性を表現

OpenCL

スレッド並列性、関数並列性、

ループ並列性、演算並列性

タスク並列性、関数並列性、

ループ並列性、演算並列性



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

Javaアプリフレームワークの活用案-IoTへの適用

カメラ

WiFi、USB etc

センサ

WiFi、USB etc

センサ

WiFi、USB etc

WiFi受信

JVM

Cloud

JVM

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、…

ゲートウェイデバイス

JavaSE8

＋JavaFX

センサーデバイス

ソフトウェアプラットフォーム

Linux

OpenGL

JVM

JavaFX

センシング結果表示

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

センサ

デバイス

JVM

プラットフォームSoC

評価ボード

FPGA

ボード

JVM

ソフトウェアプラットフォーム

Javaアプリ

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

Cloud

差異化機能

差異化機能

医療機器

製造装置・FA機器

事務・業務用機器

JavaFX

センシング結果表示

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。