Het zal de doorsneegebruiker een zorg zijn welk type chip er in zijn computersysteem zit. Als het ding maar werkt. Maar met ‘field programmable gate arrays’ wordt die werking wel een stuk flexibeler en krachtiger.
In Antwerpen kwamen onlangs topwetenschappers en -onderzoekers op het gebied van field programmable logic-systemen samen voor de veertiende ‘International Conference on Field Programmable Logic and its applications’. De conferentie bood een interessant overzicht van de steeds complexer en krachtiger wordende fpga-chips – ‘field programmable gate arrays’ – en maakte ook duidelijk hoe hun rol doorgroeit van een eenvoudig stukje ondersteunende logica tot complete systemen in een grotere omgeving.
Een ‘systeem in een chip’ betekent niet dat de pc op uw werkplek morgen tot een enkele chip wordt gereduceerd. Veeleer zullen fpga-gesteunde systemen steeds vaker in de gehele ict-infrastructuur van het bedrijf gespecialiseerde functies voor hun rekening nemen. Dergelijke toepassingen combineren niet zelden de snelheid van een geoptimaliseerde ‘engine’ in silicium met mogelijkheden van parallelle verwerking, met behoud van een flexibiliteit in de tijd dankzij de (her-)programmeerbaarheid.
Tijdens de conferentie werd een serie voorbeelden getoond op gebieden als biologie (o.a. voor de studie van proteïnen), neurale netwerken (een hardware-implementatie met behulp van een fpga), snelle netwerken (o.a. ‘flow monitoring’) en signaalverwerking (onder meer van videosignalen). Een klassieke toepassing hierbij is de simulatie van processen.
Encryptie
Voor de Computable-lezer is vooral het gebruik in snelle netwerksystemen en security/encryptiesystemen interessant. Laatstgenoemde systemen lenen zich in het bijzonder voor een implementatie van fpga-hardware, vanwege hun grote behoefte aan enerzijds verwerkingsvermogen en anderzijds aan herprogrammeerbaarheid en encryptiemogelijkheden. Zo toonde op de conferentie het Amanuet-project (Virginia Tech, VS) hoe met behulp van een fpga (in tegenstelling tot een ‘application specific integrated circuit’ – asic) een veilig ‘sleutelbeheer’ voor ‘off-chip-datatransfers’ kan worden opgezet. Daarnaast werd ook een fpga-implementatie van een biometrisch authenticatiesysteem getoond, dat gebruik maakt van de vorm van een hand met parallelle verwerking – een project van de Carlos III Universiteit in Madrid.
Conferenties als deze maken ook duidelijk hoe fundamenteel – bijvoorbeeld wiskundig – onderzoek hand in hand gaat met aanzetten tot betere beveiliging, zoals het werk rond een ‘identity based encryption’, waarbij een publiek/privaat-sleutelsysteem ook over een ingebouwd authenticatiemechanisme zou kunnen beschikken. Fundamenteel onderzoek kan ook helpen om mogelijke ‘aanvalsvormen’ te analyseren, met het oog op een goede verdediging. Zo werken de (Vlaamse) Katholieke Universiteit Leuven en de afgesplitste (Waalse) Université Catholique de Louvain in Louvain-la-Neuve samen in een onderzoek naar de wijze waarop een DES-encryptiemechanisme in hardware kan worden gekraakt door middel van een analyse van het stroomgebruik.
Productiesystemen
Vaak worden fpga-gesteunde systemen nog in eerste instantie aangewend in de ontwerpfase, om de goede werking in een hardware-versie aan te tonen (‘rapid prototyping’). Daarvoor bestaat dan ook een hele rits tools. Maar steeds vaker zitten fpga’s ook in productiesystemen, als co-processoren, of in ingebedde systemen. Denk daarbij aan snelle netwerksystemen (routers), maar ook aan auto’s, industriële systemen et cetera. Niet alleen kunnen op die manier eenvoudig updates en patches worden doorgestuurd na installatie bij de klant, maar het biedt bedrijven ook de mogelijkheid om het ’think global, act local’-principe toe te passen. Met andere woorden: een algemeen ontwerp aanpassen aan lokale behoeften en noden.< BR>
Guy Kindermans
