22nd ACRi Webinar - 1Finity Tamura-san's slide

ハードウェアファンクションチェイニング技術のFPGAによる実現：ディスアグリゲーション時代の高速化アプローチ

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1. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 1 © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 1 ハードウェアファンクション チェイニング技術のFPGAによる実現 ～ディスアグリゲーション時代の高速化アプローチ～ 1Finity株式会社 先端技術開発本部 6Gプラットフォーム統括部
2. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 2 目次 •ハードウェアチェイニング技術の背景と必要性 •HFC技術概要と特徴 •実証・ユースケース紹介 •コミュニティ活動の紹介 •HFC技術詳細 •最後に
3. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 3 © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 3 ハードウェアチェイニング技術の背景と 必要性
4. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 4 はじめに - 2030年を想定した社会課題 2.環境問題への対応 SDGs、カーボンニュートラルなど 環境負荷低減 3.DX化進展/ ITサービス高度化 ロボット、自動運転、メタバース などへの対応のための高度な性能要件 1.データ収集/ 活用の拡大 動画の高精細化、データの3次元化、 IoT化の進展 遅延 数ms以下 DC 消費電力 13倍 ※2 ※1 2010年→2025年 ※2 2018年→2030年 データ量 90倍 ※1 現在の汎用アーキテクチャの延長では、課題への対応が難しい これらの大きな変化に対応するためには新たなアーキテクチャと技術が必要 Beyond 5G時代に向けた3つの課題
5. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 5 富士通(1Finity)とNTTの社会課題への取り組み ◦富士通(1Finity)は2030年に想定される社会課題への対応のため、NTTと共同でIOWN構想の 一環でディスアグリゲーテッドコンピューティングを実現するDCI（Data-Centric Infrastructure）の研究開発を推進 ◦DCIはBeyond 5G時代に求められる高い電力性能比・低遅延を実現する次世代のICT基盤 2030年に向けて段階的な実用化を目指す 【出典】https://www.rd.ntt/iown/ DCIコントローラ(ソフトウェア) コンポーザブル ディスアグリゲーテッド インフラ (CDI) 光インターコネクト xPU ・・・ xPU xPU xPU xPU MEM xPU xPU FPGA xPU xPU Smart NIC デバイスプール DCI対応アプリ IOWN構想 DCIの概要 【出典】https://www.rd.ntt/iown/
6. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 6 DCIの特徴 ③デバイス間 光接続 ②アクセラレータ間 直接通信・処理 ①コンポーザブルな インフラ構成 アクセラレータの 最適活用による コスト・電力削減、 低遅延化 After 固定的なサーバ構成 CPUセントリック デバイス単位のサーバ構築 負荷に応じた増減 光電融合による 電力削減、 低遅延化、長延化 MEM ACC CPU MEM ACC ACC デバイスのリソースプール DC1 DC2 CPU CPU CPU MEM MEM MEM ACC ACC ACC CPU CPU CPU MEM MEM MEM ACC ACC ACC ACC ACC ACC ACC ACC MEM CPU 処理 処理 処理 デバイス間を 電気変換なく光で接続 CPU MEM ACC ACC SW SW Dev Dev Dev Dev SW SW Dev Dev Dev Dev 性能要件を満たす ハードウェアを 利用ニーズに応じて 過不足なく割当 Before After 電気で接続 特徴 電気 光 アクセラレータ種類毎の 適材適所の処理 ヘテロジニアス型の アクセラレータ間直接接続 ACC ACC ACC MEM CPU 処理
7. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 7 © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 7 HFC技術概要と特徴
8. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 8 ファンクションチェイニングとは 複数のファンクションをつなぎ（チェイニング）サービスを実現する技術 ディスアグリゲーテッドコンピューティングの実現手段として活用 • ファンクションを組み合わせユーザーごとにカスタマイズされたサービスを提供 • FPGA、GPU、xPU等のハードウェアアクセラレータ（HWA）間でデータ転送 FPGA ファンク ションA GPU ファンク ションD FPGA ファンク ションB FPGA ファンク ションC
9. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 9 従来技術の課題 従来技術でのファンクションチェイニング • 従来技術では、CPUが処理の中心となりCPUが不得手な処理をHWAにデータ転送し てHWAで実行し、処理結果を受け取り、さらに次のHWAに転送し処理を進める CPU FPGA GPU FPGA CPUに 負荷が集中 必ずCPUを通るチェイニングとなり、データ転送の負荷が集中 将来的にHWAがリソースプール化されチェイン段数が増えれば増えるほど問題が重大化 増加
10. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 10 課題解決に向けて HWA中心のファンクションチェイニング実現に向けて • CPU非介在のHWA間直接転送 • ユーザーごとにファンクションのつなぎ（チェイン）を定義 CPU FPGA GPU FPGA FPGA HWA 直接転送 ユーザごとに チェインを定義 CPUの負荷集中を回避 複数ユーザーのデータフローをカスタマイズ可能に
11. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 11 ハードウェアファンクションチェイニング（HFC） HWAが自律で処理結果を任意のファンクションに転送 • Chain Controlブロックで複数ユーザのデータを識別し処理結果の転送先を選択 • External Interfaceブロックでデバイス間転送を終端 HWAのみで低レイテンシ・高スループットのデータ転送を実現 ユーザごとに「ファンクションチェイン」にもとづいたデータ処理を実行 Chain Controlはデバイス間転送方式に依存しないため 次世代の様々なインターコネクト（CXLやRoCE）に拡張可能
12. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 12 © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 12 実証・ユースケース紹介
13. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 13 FPGAコンセプト実装 - 検証内容 8枚のFPGA(AMDALVEO U250)間をCPU経由の従来構成とHFC構成で転送した場合の転送性能を比較 検証条件：3GBのデータを8KBチャンクでデータ送信 チェインコントロール ファンクション #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 データ 送信 データ 受信 #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 データ 送信 データ 受信 CPU CPU FPGA プール FPGA プール HFC構成 従来構成 13
14. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 14 FPGAコンセプト実装 - 検証結果 レイテンシはFPGA段数が増えても微増、スループットはFPGA段数が増えても維持 HFC 従来構成 HFC 従来構成 Latency Throughput HFC構成ではFPGA段数が増加しても性能は維持される 従来必要となるFPGA段数増加に伴うCPU数が削減でき、システム全体の省電力化に繋がる HFC構成では 1/13 従来構成では 低下
15. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 15 HFCデモ（映像ユースケース:リアルタイム動体検出） ４台の監視カメラ映像（ユーザーフロー）をそれぞれ異なる映像処理を実装した ３段のFPGAでファンクションチェイニング 検証条件：NW監視カメラを想定しFullHD画像を2KBフラグメントでデータ送信 FPGA FPGA FPGA FPGA CPU FPGA FPGA FPGA FPGA グレースケール 変換 フィルタ処理 コーナー検出 CPU FPGAプール チェインコントロール ファンクション
16. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 16 HFCデモ（映像ユースケース:リアルタイム動体検出） 従来(CPU)構成 HFC技術適用
17. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 17 © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 17 コミュニティ活動の紹介
18. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 18 HFC技術オープン化（OSS） OpenKasugaiコミュニティ • HFC技術の普及を目的とした OpenKasugaiコミュニティを新設 • HFC技術を適用したFPGAコンセプ ト実装をサンプルとして24年11月 よりOSS公開しています https://github.com/openkasugai OSS活用とコミュニティへの参加を お待ちしております！
19. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 19 HFC技術オープン化（OSS）
20. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 20 HFC技術オープン化（OSS）
21. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 21 HFC技術オープン化（OSS） • コミュニティへの参加方法 • https://github.com/openkasugai/hardware-design/blob/main/CONTRIBUTING_ja.md
22. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 22 © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 22 HFC技術詳細
23. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 23 HFC構成例1：OpenKasugaiサンプル FPGAカード1枚構成：ハードウェアアクセラレーションを実行可能 Sample Program(sample_tester) FPGAのHFC検証用ツールを提供します。 FPGA Library FPGAのHFC実行に必要な設定／参照用のライブラリを提供します。 FPGA Driver FPGAのHFC実行に必要な設定／参照用のドライバを提供します。 FPGA HFC HFCのサンプルコードを提供します。サンプルではファンクション部分は画像の FilterおよびResizeの機能を提供します。
24. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 24 HFC構成例2：OpenKasugaiサンプル FPGAカード2枚構成：ファンクションチェイニングを実行可能 PCIe経由でのファンクションチェイニングではデータフローにおいて 二つの実行モードがあります。 ・D2D-H：FPGA間の転送においてホスト側の共有メモリを経由します。 ・D2D-D ：ホストを経由せずに FPGA間の転送を行います。
25. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 25 OpenKasugai：システム要件 *1) Alveo U250 の Minimum System Requirements に準じます。
26. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 26 FPGA内HFCブロック構成 Chain Control：チェイン制御 チェイン制御モジュールによりハードウェアファンクションチェイニングのデータ転 送機能を実現します。外部IFの論理的接続(コネクション)と FPGA内の論理的接続(ファ ンクションチャネル)の間の紐付け (ID変換) とデータ転送を行います。 LLDMA (Low-Latency direct Device Memory Access) PCI Expressによる外部インタフェース機能を提供します。ホストとFPGAカード間の転 送の他、ホストのCPU処理を介さずにFPGAカード間で直接データ転送する機能 （D2D）を提供します。 Network Terminator：NW終端機能 Ethernetによる外部インタフェース機能を提供します。本実装サンプルでは未搭載で す。本機能を利用する場合は後述の PTU_25G_IC の使用を推奨します。 Direct Transfer Adapter ：直接転送機能 ファンクション機能をバイパスし、チェイン制御のIngressからEgressへの直接の転送 を可能にします。 Function (Conversion Adapter/Filter Resize)：ファンクション機能 画像処理機能を提供します。変換アダプタブロックとフィルタリサイズブロックから 構成されます。前者はデータフレームのバッファリングと画像処理タスクの振り分け を行い、後者は振り分けられた画像処理タスク（5x5メディアンフィルタとリサイズ） の並列実行を可能とします。
27. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 27 FPGA内HFCデータフロー Nework サーバ CPU PCIe F P G A F P G A F P G A F P G A F P G A サーバ CPU PCIe F P G A F P G A F P G A G P U Fun Fun Fun Fun Fun Fun App App
28. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 28 ファンクションブロックインタフェース仕様
29. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 29 HFCリソース情報 サンプルのファンクションを含めたリソースで30%程度の利用のため サンプルより大きなファンクションの適用、追加が可能です。
30. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 30 © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 30 最後に
31. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 31 最後に • HFC技術× FPGA がもたらす価値 • CPUに依存しないデータフロー • HFCにより、アクセラレータ間でデータを直接連携 • CPU負荷を抑えつつ、低遅延・高スループットな処理を実現します • ユーザごとに最適な処理パイプラインを構成可能 • 映像処理、AI前処理、ネットワーク処理など、サービス要件に応じた 柔軟なファンクションチェインを目指しています • “使える技術”としてのHFC • OSS（OpenKasugai）として公開し、実装・評価・拡張を皆様にも触って頂ける 環境を提供しています HFCは、次世代インフラにおける 「高速・柔軟・省電力」なデータ処理基盤を実現する選択肢です。
32. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 32 © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 32 ハンズオン開催のご案内
33. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 33 ハンズオン開催のご案内 • HFCハンズオン無料体験のお知らせ ・2026年2月14日（土）14:00 – 17:00 https://acri.connpass.com/event/382069/ 本体験会は、本日のウェビナーでの内容を元に、HFC技術の サンプルコードを一緒に触ってみせんか？ ファンクション部分の組み込み手順や、 サンプルを使った動作確認により、HFC技術の特徴・仕組みを より理解いただくとともに、どのような分野・サービスに 適用できるかについて、参加者の皆様とディスカッション させて頂ければと思います。
34. © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 34 © 1Finity Inc. 2026 | 1Finity-Confidential 34 ご清聴ありがとうござい ました！