TOPSTREAMTMテクノロジー
Heterogeneous Multi-Processor SoC Technology for Ultra low power mobile applications
TOPS Systems社が独自開発してきたTOPSTREAMTM(Task Oriented Parallel Stream)テクノロジーは、低い周波数で動作するヘテロジニアス型のマルチコア･プロセッサです。従来のCPUやDSPを組合せてマルチコア化するのではなく、マルチコアとして極めて効率よく動作するプロセッサ･コアを開発してきています。また、各プロセッサ･コアにアプリケーションに特化した命令セットを搭載することができます。そして、複数のプロセッサ･コアを統合したときに各プロセッサ･コアがスムーズに処理できるよう各プロセッサ･コアのアーキテクチャ、そしてプロセッサ･コアを接続するバス･アーキテクチャに工夫を凝らしています。これらのテクノロジーに基づいて、アプリケーションの処理に最も効果的なヘテロジニアス型のマルチコア･プロセッサを容易に構成する。
TOPSTREAMTMテクノロジーは、モバイルアプリケーションに必要な超低消費電力を必要とするSoC実現に最適であり、TOPS Systems社はこのテクノロジーを駆使したIPやチップを提供することにより、従来にない超低消費電力の携帯情報機器を実現していきます。
TOPSTREAMTMアーキテクチャ
TOPSTREAMTM(Task Oriented Parallel Stream)アーキテクチャに基づいて構成するヘテロジニアス･マルチコアSoCの概念図を以下に示します。実際のマルチコアSoCの構成、即ちチップ上に集積されるプロセッサの種類やその数、オンチップ･メモリの容量は、対象とするアプリケーションによって異なります。
TOPSTREAMTMヘテロジニアス･マルチコアSoC構成図 (例）
TOPSTREAM TM (Task Oriented Parallel Stream)アーキテクチャは以下の特長を持っています。
- １チップ上に異なるインストラクションセットを持つ複数のプロセッサが並列動作します。
- 一つ一つの並列プロセッサは使用するアプリケーションを実行するのに最も適したタイプを柔軟に選択し、組み合わせることができます。例えば、ビット幅の異なるRISCプロセッサ、DSP,SIMDプロセッサなどを自由に組み合わせることができます。
- これらの並列プロセッサはそれぞれ、例えばビット操作命令、αブレンディング命令などの拡張命令が搭載でき、ターゲットアプリケーションに必要な演算効率を容易に得ることができます。
- 従来の命令レベルでの並列性を分析し、それを展開し並列実行する、いわゆるFine Level Parallel Execution に対し、TOPSTREAMTMアーキテクチャはよりタスクに近いレベルで、演算の特徴ごとに処理を切り分け並列実行する Course Level Parallel Executionを特徴とします。これは現在のシステムが同時実行するタスク間の関係がより独立性の高いものとなってきていることにも非常に親和性の高いアーキテクチャであり、ソフトウェア開発上もはるかに容易なものになります。
- こうした並列処理を効率よく実行するためにトプスシステムズはTOPSTREAM TM -BUSを開発しました。TOPSTREAM TM -BUSには特許出願中の分散アービトレーション技術が搭載されています。
- TOPSTREAM TM -BUSは次世代のメディア処理にも十分な性能を確保する高いBandwidthを持っています。
- 最小時間でバスアクセスを調整する機能を持っています。
- 外部アクセス時も内部の並列動作を止めない独立実行サポート機能を持っています。
- これら全ての特徴を失わずに並列度(TOPSTREAM TM -BUSに接続される並列プロセッサの個数)をいかようにでも変えることができます。
- 並列プロセッサ毎にダイナミックに動作停止を行うことにより、システムアプリケーションの演算負荷変化を最大限に利用し、最小限の電力で要求される処理を実行することができます。
- 各並列プロセッサ内部にも階層的なパワーマネジメント機構をもち、徹底的な省電力を実現しています。
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TOPSTREAMTMアーキテクチャ
特性グラフ
【グラフ】効率の高い並列処理
【グラフ】専用回路、処理の特化
【グラフ】命令セット・
アーキテクチャ
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これらの技術を総合することにより、ASICなみの低消費電力で、プログラマブルソリューションの柔軟性を、従来プロセッサよりも高いパフォーマンスで実現します。
動的暗号通信方式
動的暗号通信方式は、適用する暗号アルゴリズム、暗号鍵、機器ID、通信タイミング等をシステム要件に応じて時間経過とともに動的に変更させることにより暗号通信の安全性を高める。
従来の単一のアルゴリズムを通信に使用したシステムと比較し、動的暗号通信方式を使用することにより比較的簡単な暗号アルゴリズムを使用して、より強固なセキュリティ･システムを実現することが可能となる。
動的暗号通信方式は、応用システムの安全性（暗号解読時間）、コスト、データ伝送レート、消費電力等の要求に応じて、比較的簡易なアルゴリズムや最新のAES等の標準暗号アルゴリズム等、様々な暗号アルゴリズムの中から複数のアルゴリズムを選択して暗号通信システムを構成できるという特長を持つ。
ホーム･セキュリティ、ビルディングへのアクセス管理、ロジスティクスにおける衝撃監視、人的作業が困難な場所(高架橋梁、高層建築物など)における振動取得システムなど高い安全性を求める無線センサーネットワークへの応用が期待される。
例えば、近年、増加する一方の空き巣や強盗犯罪に対し、一般家屋でも防犯セキュリティ･システムを備える家庭が多くなってきている。このようなセキュリティーシステムの多くは、集中制御装置とセンサーを備えた複数の子機とで構成され、集中制御装置と子機の間はワイヤ線で接続されている。そのため、セキュリティーシステムの設置には壁や天井などにワイヤ線接続配線の取り付け穴を設ける必要があり、また、ガラス戸や玄関扉などにセンサー子機を取り付けるには、戸や扉の可動範囲に対する配線長を余分に取るなどの配慮が必要である。これらの加工により家屋内の美観が損なわれ、配線コストも高くなる。これらの制約によりセンサー子機の設置台数が制限される場合もある。また、配線の切断によるシステム障害も生じる。
上記の課題を解決するために親機・子機間のデータ伝達に無線方式を導入し、装置取り付けなどに利便性を図っている。 しかし、無線による情報伝達においては、子機の破壊、子機のなりすましや外部からの無線信号によるシステムの攪乱、無線信号の傍受による情報の流出(センサーの配置、不在情報、監視カメラの画像)等によりセキュリティーシステムが無効化される危険にさらされる。そのため、暗号方式を採用するが、従来の単一アルゴリズムによる暗号方式は、強度を高めようとするとハードウエアやソフトウエアの規模が大きくなるため、小型かつ低消
費電力の無線センサーネットワークには適していない。 また比較的簡単な暗号アルゴリズムは、無線信号の傍受や子機の複製により、解読されてしまう危険性が高い。
これらの課題を解決しセキュリティ･システムの安全性を高める手段として新しい技術である動的暗号通信方式を提供する。
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