自動運転車やドローン、VRに8K放送ーー

最先端プロダクトの実用化や普及のカギを握るテクノロジーとして、注目が高まっているデバイスがある。それが「FPGA」だ。

データ通信量が激増する中、FPGAは複雑な演算処理を高速で実行できる集積回路として急速にニーズが拡大している。

2016年に創業したベクトロジーは、世界でも数少ないFPGA専業のプロフェッショナル集団。時代の先を行く研究開発やサービス提供を手掛け、この分野で世界有数の技術力を誇るリーディングカンパニーとしてのポジションを確立している。

そんな同社が現在注力しているのが、FPGA×クラウドという領域だ。ハードウエアであるFPGAとクラウドの融合に、ベクトロジーはどのような勝機を見出しているのだろうか。

FPGAとはどんな可能性を秘めているのか。FPGAによって何が実現可能となり、社会はどのような進化を遂げるのか。

ベクトロジー代表取締役社長の篠田義一さんと、「FPGA×クラウド」で新たな価値創出に挑むプロジェクトディレクターの山田将豪さんに、FPGAの実力と今後の可能性について聞いた。

ベクトロジー
代表取締役社長
篠田義一さん

一貫してコンピューターサイエンスの世界でキャリアを積み、20代から国内外のベンチャー企業を渡り歩く。社会に出て間もない頃、当時市場に出始めたばかりのFPGA製品と出会い、その可能性に着目。以降はFPGA専門のエンジニアとして活躍。2008年、ベクトロジーの前身となる組合を発足。2016年に株式会社化。

プロジェクトディレクター
山田将豪さん

通信会社の代理店営業を経て、FPGAの受託開発企業に転職。当初は営業担当だったが、途中でソフトウエアエンジニアにキャリアチェンジする。その後、創業間もないトリロバイト社へ参加。2022年11月、ベクトロジーへの事業移管に伴い、同社に転籍。

キーワードは「書き換え可能」「超低遅延」「省電力」

そもそもFPGAとは何か。この名称は「Field Programmable Gate Array」の略で、「現場でプログラム可能な集積回路」を意味する。

篠田さんは、FPGAの特性を次のように解説する。

「従来の専用用途の集積回路（ASIC）は後からロジックの書き換えができないため、設定の変更が必要になった場合はいちから作り直す必要があり、多大な修正コストが発生しました。一方、FPGAは製造後も『その場で』『何度でも』ロジックを書き換えられる。そのため、チップを搭載した製品の運用が始まった後も、処理内容を変更したり、機能をアップデートすることが可能です。

FPGAが普及する最初のきっかけとなったのは、携帯電話の基地局に採用されたこと。携帯電話サービスは通信規格が変わるたびに設定の変更や追加が必要になるため、通信インフラの構築に最適なデバイスとしてFPGAが一躍脚光を浴びたのです」（篠田さん）

さらに、低コストで手軽に機能をカスタマイズできるFPGAは、試作品や小ロット生産のプロダクト開発にも適している。

製品専用の半導体チップを開発するには数十億円単位のコストがかかるが、いきなりこれだけの資金を投じるのはリスクが大きすぎる。そこで、まずはFPGAで試作して効果を検証するのだ。学術研究で使用する装置や用途が限定される医療機器など、多額の投資が難しい少数生産品の開発でもFPGAのニーズは高い。

加えて、FPGAには「超低遅延」「省電力」という大きなメリットがある。

同じ演算処理装置のCPUが通信時にOS等を経由する必要がある一方で、FPGAはデータソースにダイレクトにアクセスできるため遅延が発生しにくい。それだけでなく、「余計な機能を載せる必要がないので、無駄な電力も消費しない」と篠田さんは話す。

「一般的な半導体チップは汎用性を高めるために多くの機能が搭載され、使用頻度の少ない回路にも常に給電し続ける構造になっています。ですがFPGAの場合、あとで機能の追加が必要になったらプログラムを書き換えられるので、その時に必要な機能だけを実装すればいい。よって消費電力も最小限に抑えられます」（篠田さん）

こうした特性を持つFPGAを使うことで、何が実現できるのか。事例の一つが「VR映像のリアルタイム生成」だ。

ベクトロジーでは上場企業の研究機関からの依頼により、FPGAを用いて、4Kカメラ5台で撮影した映像をリアルタイムで360度の8K映像に変換処理するシステムを開発。これにより高画質のVR映像をライブ配信することが可能となった。

また放送関係の研究機関の依頼で、AIを用いたリアルタイムの8K画像処理技術の開発にも成功している。これは世界的に見ても先進的な取り組みだ。

「画像処理装置のGPUを何億台と並べてもできないことがある。それが超低遅延処理です。皆さんは『VRのライブ配信ならとっくにやってるじゃないか』と思うかもしれませんが、現在リアルタイム生成と名乗っているものは、実は映像データをかなり端折っています。

このレベルでも人間の目にはリアルな映像に見えますが、それをテレビで生中継したいとなった場合、従来の技術では映像の品質も低いし、コストもかかる。放送に耐えうる高品質画像を低遅延に処理できて、なおかつ低コストで開発できるのはFPGAだけです」（篠田さん）

超低遅延処理技術は、社会のあらゆる場面で需要が高まっている。これから自動運転車がレベル4や5を目指す上でカギを握るのも、まさにこの技術だ。

現在は車載カメラの映像処理に一定の時間がかかるが、今より多くの情報をリアルタイムで処理できるようになれば、完全自動運転の実現も見えてくる。「専門家の間では専用半導体の開発が盛んでFPGAでの実現に懐疑的ですが、その打ち手の一つとしてFPGAが用いられる可能性は大いにある。無理と言われていた事がFPGAで次々と実現されている時、事実を無視してはならない」と篠田さんは期待を寄せる。

世間の期待が低かったFPGA、専業を決意した理由

情報処理に関するさまざまな課題を解決に導くデバイスとして注目が高まるFPGAだが、篠田さんがベクトロジーの前身となる組合を創業した2008年頃は「FPGAに対する世間の期待は低かった」と振り返る。

「当時は日本の半導体産業が強かった時代。チップを大量生産し、世界の市場で大量販売するビジネスモデルこそが勝ち筋であり、小ロットの製品開発に適したFPGAを専業にしたところで事業として成り立つはずがない。そんな反応でしたね。つまりものすごくニッチな分野だと思われていたわけです」（篠田さん）

その後、携帯基地局でFPGAの採用が拡大した時期も、あくまで大手通信会社が手掛ける一大事業として需要が高まっただけであり、ベクトロジーのようなスタートアップが勝てる領域ではないと周囲からは思われていたという。

そんな世間の風向きが変わったのは、15年のこと。Intelが大手FPGAメーカーのAlteraを買収したのだ。さらに20年、半導体大手のAMD社がFPGA製品の世界トップシェアメーカーであるXilinxを買収することで合意。このニュースが報道されると、日本でもFPGAの注目度は急上昇した。

「私のところへ金融関係者や経済アナリストなど多くの人が訪ねてきて『FPGAについて教えて欲しい』と解説を求められました。それどころか行きつけの居酒屋の顔馴染みにまで『FPGAって何？』と聞かれるほどで、報道の力はすごいなと（笑）。

Intelが動いた時も業界ではかなりの衝撃が走りましたが、AMD社が続いたことで、『どうやらFPGAは情報処理の未来を決定づける重要なデバイスらしい』と世間も認識したのでしょう」（篠田さん）

しかし、現在もFPGAを応用した研究開発を行っている民間企業は非常に少なく、専業となると国内ではベクトロジーのみ。長年に渡りこの領域で圧倒的な知見とノウハウを蓄積してきたことが、ベクトロジーの優位性となっている。

「社内に蓄積された技術情報をもとに開発した独自メソッドを『FPGAコンピューティング』と名付け、数々の高度な依頼に対応してきました。

いつしかFPGAのエキスパートと言っていただけるようになり、大学の研究室や企業の研究機関から前例のない先進的な依頼が途切れなく舞い込んでくるようになったんです」（篠田さん）

4Gの時代に6Gの研究を開始したり、一般の人がVRという言葉も知らない頃から超高画質VRの開発に着手したりと、いつの時代も他者の1歩も2歩も先を歩んできたベクトロジー。最近では月面着陸機に搭載する測定装置の研究開発を行ったりと、未来を見据えた活動も展開中だ。

「FPGAに触れる程度の人材なら国内にもたくさんいます。ですが、専門家となるとその数は限られる。大手上場企業でも社内に1名や2名いるかどうかという国内最上位クラスのFPGAエンジニアが、ベクトロジーには8名も在籍していること。これが、私たちの強さの根幹です。

社会が求めるものをどう実現するかを考案し、時には論文ベースや数式ベースから研究開発を行う。FPGAの実装はもちろん、基板や電源、筐体などの設計も含めた総合的な提案ができるスペシャリストが集まっているので、社会実験場とも言えそうですね」（篠田さん）

「FPGA×クラウド」がエンジニアにもたらす新たなキャリア

時代の先を行く研究開発を手掛けてきたベクトロジーが、近年特に力を入れている領域がある。それが「FPGA×クラウド」だ。

22年11月には、クラウドシステムを利用したインフラ構築で多数の実績を持つトリロバイトから事業を移管し、両者の強みを融合したサービス提供を推進。トリロバイトからベクトロジーに参画したプロジェクトディレクターの山田さんは、FPGAとクラウドを組み合わせるメリットを次のように解説する。

「従来のクラウドコンピューティングは、Iot機器やカメラから取得したデータをクラウドにアップロードしてから処理していましたが、データ通信量の増大に伴い、クラウド側の処理能力不足による遅延が課題となりました。

解決策として注目が集まったのが、デバイス側である程度の処理を行ない、データの圧縮や取捨選択を行なってからクラウドに上げるエッジコンピューティング技術。そこで力を発揮するのが、超低遅延処理を得意とするFPGAです」（山田さん）

現在は、業務効率化や人手不足解消を目的にさまざまな現場でロボットが導入されているが、「FPGA×クラウド」の技術を活用すれば、より迅速かつ効率的なロボットシステムの運用が可能になる。

「ロボットに搭載したカメラが認識した画像データを圧縮し、即座にクラウドにアップすれば、通信の遅延を抑制できます。この際にFPGAを使うことで、ロボットを遠隔操作する人は現場でカメラが見たままの画像をリアルタイムに確認することが可能になる。そして、現場に指示や命令をフィードバックできるようになるのです。

遠隔操作システムを導入する現場は増えていますが、多くの場合はまだリアルタイムで正確な情報共有ができていません。クラウドを介した一連の流れをいかに高速化するか。この現在進行形の課題に対し、FPGAの技術が貢献できます」（山田さん）

ベクトロジーでは、企業の現場スタッフ向けの業務報告システムや、途上国で蔓延する熱帯病の症例情報収集システムなど、「FPGA×クラウド」の実績をすでに多数有している。さらに未来へ目を向ければ、「ドローンや『空飛ぶクルマ』などの次世代型モビリティーの運用でもFPGAが重要な役割を果たすはず」と山田さんは話す。

「『FPGA×クラウド』はこれまでにない新しい分野。先駆者は存在しません。可能性は無限だからこそ、今後、この分野に精通したエンジニアの需要は高まっていくことが予想されます。

今このタイミングでソフトウエアエンジニアがFPGAの領域に足を踏み入れれば、まだ誰もやっていない面白い仕事にたくさん出会えるし、将来は自分がこの分野のトップランナーになれる可能性がある。これからの時代に一生食べていける領域でキャリアを積みたいと考えるなら、自分のキャリアに『FPGA』というワードを組み入れることで、大きなチャンスを得られるはずです」（篠田さん）

期待が寄せられる専門領域。高い技術力が必要になるからこそ、エンジニア自身の情熱が試される。

「意欲あるエンジニアに向けた支援は最大限に行っていきたいと思っています。

当社では過去の研究内容や技術情報を全てドキュメント化しており、メンバーはいつでも膨大な情報を閲覧可能です。国内トップクラスの熟練エンジニアが培った知見をいつでもインプットできるので、FPGAの経験が浅いエンジニアでも、短期間で専門家として活躍できる人材へと成長できるでしょう」（篠田さん）

実際にFPGA未経験で入社したメンバーが、1年で基板開発の技術を習得し、2年目には前述のリアルタイム8K映像処理プロジェクトで活躍している事例もあるという。「ハードウエアエンジニアが扱うものでは」とイメージしがちだが、FPGAはソフトウエアエンジニアのキャリアにも広がりをもたらすものであることが伺える。

自動運転車が街中を走り回り、窓の外にはドローンが飛び交い、オフィスや工場のオペレーションはロボットによって自動化される。そんな未来を自分の手で実現したいと考えるエンジニアにとって、FPGAコンピューティングは大きな武器となりそうだ。

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取材・文／塚田有香　撮影／吉永和久