FPGA利用によるCPU負荷の削減

CPU単独の構成では、演算のたびに単位データのメモリ読み書きが発生し、最終的な演算速度はCPUの性能やアイドル状況に左右されます。これに対し、CPU＋FPGAの構成とし、演算処理そのものをFPGA側のハードウェア回路にオフロードすることで、CPU負荷を大幅に削減できます。FPGAでは、入力データを高速クロックに同期したストリーミングデータとして取り扱い、パイプライン化した演算回路へ流し込んで、結果をレジスタに格納します。この構成では、CPUの役割は「入力データのメモリへの格納」「演算開始トリガの出力」「演算結果の取得」だけで済むため、演算中にCPUが占有されず、他のタスクへリソースを回せます。FPGAは並列処理に長け、データ到着レートに合わせて確定的なタイミングで処理できるため、CPU単独では到達しにくい高スループット・低レイテンシを実現できます。画像処理、デジタルフィルタ、FFTの前処理、大量センサデータの集約など、定型的で計算量の多い処理をハードウェア化することで、システム全体の応答性と安定性を高められます。