はじめに
@piacerex さんの、ElixirChipの記事に現在のPCやクラウドの仕組みでは、構造的な課題があって、これを乗り越えるものができたらいいなぁ。という話があります。CPUの処理能力も頭打ちです。
昔回路設計とかFPGA使ったりしていたので、Elixir＋FPGAでなにかできないか、妄想をしてみたいと思います。
この記事は、私の考えた妄想をChatGPTと話して、お手軽にできそうなことを文章化してみました。
事実とは異なる記述がある可能性もあるのでご了承ください。
ザックリした話をしてみる
こんな問いからはじめてみました
関数型の言語ElixirやBEAMの処理をハードウエアのオフロードする事を考えます
これに対して、ずらずら返信を返してきました。
「NIF（Native Implemented Function）: ElixirはC言語などで書かれたネイティブコードを呼び出す機能を持つため、FPGAで実装された計算モジュールをNIF経由で呼び出し、ハードウェアオフロードが可能です。」
こんな文章がありました。NIFって使えそうかも。とおもったので、
NIFについて学びたい
概要を説明してもらいました。
あまりアイデアにつながるようなことはありませんでした。
NIFに関連して、無茶ぶりをしてみます
XlinxのツールのC言語で書いたものを論理合成するのがあるよね。これとNIFをくっつけられるといいね？
はい、その考え方は非常に興味深いです。Xilinxのツールには、C言語で記述したコードをFPGAの論理設計として合成するための HLS（High-Level Synthesis） ツールがあります。これを使用することで、C/C++コードをハードウェア記述言語（HDL）に変換し、FPGAで実行可能なハードウェアとして合成できます。
～～省略～～
このアプローチにより、Elixirアプリケーションで計算集約的な処理をハードウェアにオフロードし、パフォーマンスを大幅に向上させることが可能です。例えば、リアルタイム画像処理や暗号化プロセス、機械学習の推論などで有効です。
おお、何か褒められた感じ。
実際にハードウエアに落とす方法を模索したいので、関係しそうなところを攻めてみます。
Zynq-7010にハードウエアとARMコアから同時にアクセスできるRAM的なものなかったっけ？
はい、Zynq-7010には、FPGAロジックとARM Cortex-A9プロセッサの両方から同時にアクセス可能なPS（Processing System）- PL（Programmable Logic）間の共有メモリとして使用できるリソースが存在します。以下は、その詳細です。
OCM（On-Chip Memory）っていう名前なのね。もうちょっと深堀してみよう
NIFで受け渡すデータをOCMに置く方針はどう？
NIFを通じて受け渡すデータをZynq-7010の OCM（On-Chip Memory） に配置する方針は、非常に合理的なアプローチです。これにより、Elixir/ErlangアプリケーションとFPGAロジックの間で効率的なデータ共有と高速なアクセスが可能になります。以下にその利点と考慮点を説明します。
～～ 省略 ～～
合理的にできそうな感じになってきた。
さらに、無茶ぶりをしてみる
一般化できないかな？
簡単な例を示して、具体的な自実装例にもっていこう。
例えば、２つの32bit整数の掛け算を行う処理をFPGAで行い、ソフトウエアとしては、NIFを介在して、ハードウエアとしては、OCMを使ってやり取りする実装を考えてみて
ハードウェア側の設計（FPGA）
ソフトウェア側の設計（Elixir/NIF）
Elixirコード
まとめ
- ElixirとFPGAの間でデータをやりとりする部分について、妄想をしてみました
- Zynq-7010の学習も兼ねて、試してみる価値はありそうなお題ができました
- これを参考にして、Elixir＋FPGAの可能性を試してみたいと思います