命令セットコンピューティングなし

NISC (命令セット コンピューティング) は、コンパイラがハードウェア リソースを低レベルで制御できるようにすることで、非常に効率的なカスタム プロセッサとハードウェア アクセラレータを設計するためのコンピューティング アーキテクチャおよびコンパイラ テクノロジです。

概要

NISCは、静的にスケジュールされた水平ナノコードアーキテクチャ（SSHNA）です。「静的にスケジュールされた」とは、演算スケジューリングとハザード処理がコンパイラによって行われることを意味します。「水平ナノコード」とは、NISCには事前定義された命令セットやマイクロコードがないことを意味します。コンパイラは、特定のデータパスの機能ユニット、レジスタ、およびマルチプレクサを直接制御するナノコードを生成します。コンパイラに低レベルの制御を与えることで、データパスリソースをより有効に活用できるようになり、最終的にはパフォーマンスが向上します。NISCテクノロジーの利点は次のとおりです。

  • よりシンプルなコントローラ: ハードウェア スケジューラや命令デコーダは不要
  • パフォーマンスの向上: より柔軟なアーキテクチャ、リソース利用の向上
  • 設計が容易: 命令セットの設計が不要

プロセッサの命令セットとコントローラは、設計に最も手間と時間のかかる部分です。これら2つを排除することで、カスタム処理要素の設計が大幅に容易になります。

さらに、NISCプロセッサのデータパスは、特定のアプリケーションに合わせて自動生成することもできます。そのため、設計者の生産性が大幅に向上します。

NISCデータパスは非常に効率的で自動生成可能であるため、NISCテクノロジーは高位合成（HLS）やC言語からHDLへの合成手法に匹敵します。実際、このアーキテクチャスタイルの利点の一つは、これら2つのテクノロジー（カスタムプロセッサ設計とHLS）を橋渡しできることです。

ゼロ命令セットコンピュータ

コンピュータサイエンスにおいて、ゼロ命令セットコンピュータ（ZISC）とは、パターンマッチングのみに基づき、従来の意味での（マイクロ）命令を一切持たないコンピュータアーキテクチャを指します。これらのチップは、ニューラルネットワークに匹敵すると考えられており、「シナプス」と「ニューロン」の数を売りにしています。[ 1 ] ZISCという頭字語は、縮小命令セットコンピュータ（RISC）を暗示しています。

ZISCは、コホネンネットワーク（人工ニューラルネットワーク）のハードウェア実装であり、非常に単純なデータ（0または1）の超並列処理を可能にします。このハードウェア実装は、Guy Paillet [ 2 ]と Pascal Tannhof (IBM) [ 3 ] [ 2 ]によって発明され、フランスのエソンヌにあるIBMのチップ工場と共同で開発され、IBMによって商用化されました。

ZISCアーキテクチャは、パターンメモリとパターン学習・認識ロジックを融合することで、メモリボトルネックを軽減します。その超並列コンピューティングは、各「ニューロン」に独自のメモリを割り当て、同時に問題解決を行うことで、結果が互いに競合しながら解決される「行動選択における勝者総取り問題」を解決します。 [ 4 ]

応用と論争

TechCrunchによると、これらのチップのソフトウェアエミュレーションは現在、FacebookやGoogleなどの多くの大手テクノロジー企業によって画像認識に使用されている。テキストなどのその他のパタ​​ーン検出タスクに適用すると、2007年にリリースされたチップでさえ、マイクロ秒単位で結果が生成されると言われている。[ 1 ]

EE Timesの吉田順子氏は、ニューロメムチップを、テレビドラマ『パーソン・オブ・インタレスト』に登​​場する人物の顔をスキャンして犯罪を予測できる機械「ザ・マシン」と比較し、「ビッグデータの心臓部」であり「大量データ収集時代の現実のエスカレーションを予兆する」ものだと述べた。[ 5 ]

歴史

かつて、マイクロプロセッサの設計技術は、複雑命令セットコンピュータ（CISC）から縮小命令セットコンピュータ（RISC）へと進化しました。コンピュータ産業の黎明期にはコンパイラ技術は存在せず、プログラミングはアセンブリ言語で行われていました。プログラミングを容易にするために、コンピュータアーキテクトは、高水準プログラミング言語の高水準関数を直接表現した複雑な命令を作成しました。命令の複雑さを助長したもう一つの要因は、大容量メモリブロックの不足でした。

コンパイラとメモリ技術の進歩に伴い、RISCアーキテクチャが導入されました。RISCアーキテクチャはより多くの命令メモリを必要とし、高級言語をRISCアセンブリコードに変換するコンパイラを必要とします。コンパイラとメモリ技術のさらなる進歩により、コンパイラが命令のスケジュールを制御し、データハザードを処理する、超長命令語（VLIW）プロセッサが登場しました。

NISCはVLIWプロセッサの後継です。NISCでは、コンパイラがデータパス内の演算を水平方向と垂直方向の両方から制御します。そのため、ハードウェアは大幅に簡素化されます。ただし、制御メモリのサイズは以前の世代よりも大きくなります。この問題に対処するために、低オーバーヘッドの圧縮技術が採用されています。

参照

参考文献

さらに読む

  • 第2章ヘンケル、ヨルグ、パラメスワラン、スリ（2007年7月11日）。組み込みプロセッサの設計：低消費電力の観点：著者：ヨルグ・ヘンケル、スリ・パラメスワラン。シュプリンガー。ISBN 978-1402058684。
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