ムーアの法則破綻後のマイクロプロセッサの高性能化・低電力化に関する研究

現在のマイクロプロセッサは、高い性能を達成するため、命令をプログラム順ではなく、実行できる命令から順不同で実行している。この役目を果たしている中心的ハードウェアが、発行キュー(IQ: issue queue)である。これまで、商用プロッサでは，性能を向上させるためにIQのサイズを拡大してきたが、単に拡大すると遅延が増加するため、クロック速度を低下させてしまう。また、現在のプロセッサは非常に大きな電力を消費し、チップの冷却限界に達している。このため、クロック周波数を上昇させることができず、またモバイル機器の電池を早く消耗させるという問題がある。チップ内で大きな電力を消費する回路の1つにALU(arithmetic logic unit)がある。これまで、商用プロッサでは、性能を向上させるためにALUの数を増加させてきたため、電力増加の懸念があった。上記2点を解決するためには、従来LSI製造技術の進歩が不可欠であった。しかし、この進歩(ムーアの法則)は終わりに近づいてきた。本研究では、LSI製造技術に頼らず、IQの遅延を減少させ、ALUの電力を削減する方式を提案する。本年度は、1）IQを構成する最も大きな回路であるエイジ論理を、機能を維持したまま大幅に縮小し、遅延と電力を削減できる方式を提案し、国際学会で成果を発表した。2) ALUの回路として、短遅延であるが高電力の従来のALUの数を半減し、長遅延であるが低電力のALUを加え、クリティカル・パスにある命令を前者で、そうでない命令を後者で実行することにより、低速ALUによる性能低下を抑えつつ電力を低減させることに成功した。クリティカル・パスにあるかどうかを、簡素な回路で判断する点が特に新しい。国内学会で成果を発表した。

現在のマイクロプロセッサは、高い性能を達成するため、命令をプログラム順ではなく、実行できる命令から順不同で実行している。この役目を果たしている中心的ハードウェアが、発行キュー(IQ: issue queue)である。これまで、商用プロッサでは，性能を向上させるためにIQのサイズを拡大してきたが、単に拡大すると遅延が増加するため、クロック速度を低下させてしまう。また、現在のプロセッサは非常に大きな電力を消費し、チップの冷却限界に達している。このため、クロック周波数を上昇させることができず、またモバイル機器の電池を早く消耗させるという問題がある。チップ内で大きな電力を消費する回路の1つにALU(arithmetic logic unit)がある。これまで、商用プロッサでは、性能を向上させるためにALUの数を増加させてきたため、電力増加の懸念があった。上記2点を解決するためには、従来LSI製造技術の進歩が不可欠であった。しかし、この進歩(ムーアの法則)は終わりに近づいてきた。本研究では、LSI製造技術に頼らず、IQの遅延を減少させ、ALUの電力を削減する方式を提案する。本年度は、1）IQを構成する最も大きな回路であるエイジ論理を、機能を維持したまま大幅に縮小し、遅延と電力を削減できる方式を提案し、国際学会で成果を発表した。2) ALUの回路として、短遅延であるが高電力の従来のALUの数を半減し、長遅延であるが低電力のALUを加え、クリティカル・パスにある命令を前者で、そうでない命令を後者で実行することにより、低速ALUによる性能低下を抑えつつ電力を低減させることに成功した。クリティカル・パスにあるかどうかを、簡素な回路で判断する点が特に新しい。国内学会で成果を発表した。