R4200
Microprocessor designed by MIPS Technologies, Inc.

R4200は、 MIPSテクノロジーズ社が設計したMIPS III命令セットアーキテクチャを実装したマイクロプロセッサで、開発当初はVRXと呼ばれていました。独自の生産能力を持っていなかったMIPS社は、NEC社に設計のライセンスを供与し、NEC社はVR4200として製造・販売しました。最初のVR4200は80MHzで動作し 、 1993年に発売され、1994年にはより高速な100MHzバージョンが発売されました

主にパーソナルコンピュータやラップトップなどの低消費電力Windows NTシステムを対象とし、 [1] :  468  R4200は「Pentiumプロセッサの性能を10分の1の価格で提供する」と宣伝されました。当初は66MHzのIntel 486DX2プロセッサの2倍の性能を発揮すると予想されていました。SPECintベンチマークの結果によると、このマイクロプロセッサの整数性能はオリジナルのPentiumの約85% 、浮動小数点性能はPentiumの約半分でした

R4300iは、MIPSが組み込みアプリケーション向けに設計したR4200の派生製品です。R4300iの派生版は、広く普及したNintendo 64とSNKのHyper Neo Geo 64アーケードボードで使用されました。

R4200はパーソナルコンピュータには使用されませんでしたが、最終的にはR4600を補完する組み込みマイクロプロセッサとして再配置されました。

説明

R4200は、 5段の古典的なRISCパイプラインを備えたスカラー設計です。特に、浮動小数点仮数計算では64ビット整数データパスが再利用されました（指数部のみに別の12ビットデータパスが必要でした）。[2]この方式により、チップサイズとトランジスタ数が削減され、コストと消費電力が削減されました。これにより浮動小数点性能は低下しましたが、R4200の対象アプリケーションでは高い浮動小数点性能は必要ありませんでした。

R4200には16kB の命令キャッシュと8kBのデータキャッシュがあります。どちらのキャッシュもダイレクトマップ方式です。命令キャッシュのラインサイズは32バイト、データキャッシュのラインサイズは16バイトです。データキャッシュはライトバック書き込みプロトコル を使用します

R4200は、データ用に32エントリの変換ルックアサイドバッファ（TLB）と命令用に4エントリのTLBを備えています。33ビットの物理アドレスがサポートされています。システムバスは64ビット幅で、内部クロック周波数の半分で動作します。

R4200は130万個のトランジスタを搭載し、面積は81mm²でした。NECは、3層の相互接続を備えた600nmプロセスでR4200を製造しました。R4x00PCおよびR4600と互換性のある179ピンのセラミックピングリッドアレイ、または208ピンのプラスチッククワッドフラットパック（PQFP）にパッケージ化されていました。電源電圧は3.3Vで、消費電力は通常1.8W、80MHzで最大2Wでした

Pentiumと比較すると、SPECintの評価ではPentiumは64.5、R4200は55でした。SPECfpの評価では、Pentiumは56、R4200は30でした。[3]

R4300i

ニンテンドー64のCPU-NUS。NEC R4300のカスタムバージョンであり、R4300iをベースにしています

R4300iはR4200の派生製品で、MIPS社が組み込みアプリケーション向けに設計し、1995年4月17日に発表されました。[4] R4200を改良し、レイテンシの低減と簡素化された32ビットシステムバスを備えた高速整数乗算器を搭載し、コストを削減しています。45mm²のチップは350nmプロセスで製造され、多重化されたアドレスラインとデータラインを採用することで、低コストの120ピンPQFPにパッケージ化されました。3.3V電源で動作し、消費電力は40MHz（内部動作80MHz）で1.5W、[5] 100MHzで1.8W、133MHzで2.2Wです

R4300iはNECと東芝にライセンス供与され、それぞれ100MHz版と133MHz版でVR4300とTX4300として販売されました。

NECは、VR4300のニンテンドー64用バージョンとしてCPU-NUSを製造した。これはクロック周波数93.75MHz、1秒あたり1億2500万命令の処理能力を備えていた。[6] ポピュラーエレクトロニクス社は、その処理能力を当時のPentiumデスクトッププロセッサと比較した。 [7] VR4300は、より狭い32ビットシステムバスの制約があったものの、より強力な64ビットR4300iの計算能力を保持していた。 [8]しかし、ニンテンドー64のゲームは主に高速でコンパクトな32ビット演算に依存していたため、ソフトウェアが64ビット精度を利用することはほとんどありませんでした。[9]

NEC also developed two other derivatives for the embedded market, the VR4305 and VR4310, announced on 20 January 1998. [10] The VR4310, available at 100, 133, or 167 MHz, was manufactured in a 250 nm process and packaged in a 120-pin PQFP.

References

  1. ^ Rockman, Simon (April 1994). "Six of the best". Personal Computer World . pp.  464– 468, 470, 472.
  2. ^ Yeung, N.; Zivkov, B.; Ezer, G. (1994年2月). 「統合データパス：低コスト、低消費電力、高性能マイクロプロセッサ設計への革新的なアプローチ」. Proceedings of COMPCON '94 . pp.  32– 37. doi :10.1109/CMPCON.1994.282948. ISBN 0-8186-5380-9.
  3. ^ Halfhill, Tom R. (1993年7月). 「MIPSの低消費電力RISC」. Byte . p. 28. 2022年4月26日閲覧.
  4. ^ 「MIPS/NEC、コンシューマ市場向け新型RISCプロセッサを発表」（プレスリリース）. MIPS Technologies, Inc. 1995年4月17日
  5. ^ Simha, Satya (December 1996). "Super Mario Chip". Byte . pp.  59– 60 . Retrieved 25 April 2022 .
  6. ^ "Main specifications of VR4300TM-series". NEC . Archived from the original on July 10, 2020 . Retrieved May 20, 2006 .
  7. ^ "Main specifications of VR4300TM-series". NEC . Archived from the original on July 10, 2020 . Retrieved May 20, 2006 .
  8. ^ Copetti, Rodrigo (September 12, 2019). "Nintendo 64 Architecture: A Practical Analysis". Archived from the original on July 30, 2023 . Retrieved August 4, 2023 .
  9. ^ 「NEC、高コストパフォーマンスの64ビットRISCマイクロプロセッサ2機種を発表」（プレスリリース）。NEC株式会社。1998年1月20日。
  • 「MIPSとNEC、64ビットデバイスを発売」（1995年4月17日）。エレクトロニック・ニュース
  • 「NEC 、任天堂向け新MIPSチップを発表」（1995年5月8日）。マイクロプロセッサ・レポート
  • リンリー・グウェナップ（1993年5月31日）「R4200設計でMIPSが新たな低水準に到達」。マイクロプロセッサ・レポート、6～9ページ
  • マーカス・レヴィ（1994年9月15日）「EDN第21回年次マイクロプロセッサ・ディレクトリ」。EDN
  • ボブ・ライアン、トム・トンプソン（1994年1月）「RISCの成長」。Byte
  • NK Yeung他（1994年）「2W未満の55SPECint92 RISCプロセッサの設計」。ISSCC技術論文ダイジェスト、206～207ページ
  • Zivkov, B.; Ferguson, B.; Gupta, M. (1994). Compcon Spring '94, Digest of Papers . pp. 18–25.
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