AI半導体に活かす64-bitプロセッサ技術のポイント

はじめに：国内AIプロセッサ開発の課題

現在、国内のAIプロセッサの開発では世界的に競争力ある成果をなかなか出せていないかと思います。その原因の一つに、AIアクセラレータの高速化に必須となる、AIアクセラレータの制御を行う競争力ある64-bit プロセッサの開発の難易度が高いことがあげられます。特に昨今の設計・実装が自動化された設計フローでは、高速化を強く指向する競争力の高い64-bit プロセッサ設計に柔軟に追従できなくなっています。

MIPSと64-bitプロセッサ発展の経緯

64-bit プロセッサの大部分はRISCアーキテクチャに基づくもので、そのRISCの誕生をリードしてきた主要なアーキテクチャの一つがMIPSです。その構造は、現在はRISC-VやARM等の64-bit プロセッサに引き継がれ、これらRISCプロセッサの組込が特にAI用途のプロセッサやスマートフォン向けのアプリケーションプロセッサではデファクトとなっています。筆者は1991年に世界で初めて生まれた単体の64-bit 商用マイクロプロセッサであるMIPS R4000の誕生後の黎明期の歩みに半導体メーカー側から携わって来ました。しかし、それから35年経った現在でも、競争力の高いプロセッサ製品はごく一部の会社しか出せていません。

本資料の目的

そこで、64-bit プロセッサ開発の原点に立ち戻り、この64-bit プロセッサ誕生時の特徴・課題を振り返って、現在でも継続して追求すべき競争力ある64-bit プロセッサ製品化手法を考察していきたいと思います。特に難易度が高いと思われる、通常の電子機器に搭載する組込向けに使用可能な、高性能でありながら比較的低コストで低消費電力の64-bit プロセッサの技術的考察が、より64-bit プロセッサの製品化への技術障壁を下げるのに役立つのではないかと考えます。

AIアクセラレータ開発への示唆

当時世界最先端の技術でもあった64-bit プロセッサ開発での知見は、同じ半導体LSI開発である以上、近年でのプロセッサ開発と同様に、昨今の最先端のAIアクセラレーター開発でアーキテクチャや内部構成の検討を進める際の大きな推進力にもなると思います。世界トップの性能を目指す低消費電力で低コストな技術推進の手法の根幹は今も昔も変わるものではありません。AIハードウェア開発の関係者の方々にも時代を先取りした事例として、性能に決定的な影響を与える半導体の適切な扱い方を振り返り、競争力ある最先端製品開拓の可能性を検討する一助としていただければ幸いです。

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