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Development of Universal Processor Core IP with Area and Power Efficiency

Research Project

Project/Area Number 19H04077
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 60040:Computer system-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

Hidetsugu Irie  東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 准教授 (50422407)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 坂井 修一  東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 教授 (50291290)
塩谷 亮太  東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 准教授 (10619191)
門本 淳一郎  東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 助教 (10909386)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2019: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Keywordsプロセッサ / 計算機アーキテクチャ / コンパイラ / マイクロアーキテクチャ / グリーンコンピューティング / ASIC / FPGA / チップ試作 / コンピュータアーキテクチャ / オープンアーキテクチャ / CPU / マイクロプロセッサ / ハードウェア / VLSI
Outline of Research at the Start

本研究では、新しいCPUアーキテクチャである「STRAIGHT」を発展させ、実用環境開発およびチップ試作を行う。STRAIGHTは、国内外で提案された優れたいくつかのマイクロアーキテクチャから着想を得ており、データフローマシンと従来RISCアーキテクチャの利点を併せ持つ。特に、本アーキテクチャは性能・電力効率ともに従来アーキテクチャに対して優位であり、かつ設計が容易である。この効果の詳細を明らかにし、誰でも利用可能なオープンIPコアとして公開することにより、これからポストムーア世代を意識して開発される数多くのカスタムアクセラレータSoCなどに対して、有力な高性能CPUコア候補を提供する。

Outline of Final Research Achievements

In this project, we conducted research and development of a new computer architecture, "STRAIGHT," which dramatically improves the power efficiency and performance of processors.STRAIGHT is a unique computer architecture that differs from conventional RISC computers in that it does not cause register overwriting. In this project, we have comprehensively developed STRAIGHT from the instruction set, compiler, micro-architecture, and actual chip, and confirmed high-performance execution on a prototype chip fabricated in TSMC's 28nm process. The results are open to many users and companies for trial/practical use.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究はCPUをはじめとするあらゆるプロセッサの効率化に資する新しいコンピュータアーキテクチャとして,オペランドを距離で表現する命令セットの具体例を明らかにし,あたらしいクラスのコンピュータアーキテクチャの基礎技術確立および性能・設計上の優位点を明らかにしたものである.成果には実用的な命令セット仕様,C言語およびC++言語に対応したコンパイラ,実行モデルシミュレータ,さらに28nmプロセスによる高性能実チップが含まれ,基本アセットは公開にされて使用可能な状態となっている.

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (26 results)

All 2021 2020 2019 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (23 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] 適応型Stubbornキャッシュマネジメント手法の提案2019

    • Author(s)
      野村 隼人, 入江 英嗣, 坂井 修一
    • Journal Title

      情報処理学会論文誌コンピューティングシステム

      Volume: 12 Pages: 76-86

    • NAID

      170000150498

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Compiling and Optimizing Real-world Programs for STRAIGHT ISA2021

    • Author(s)
      Toru Koizumi, Shu Sugita, Ryota Shioya, Junichiro Kadomoto, Hidetsugu Irie, Shuichi Sakai
    • Organizer
      IEEE Int. Conf. on Computer Design
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] T-SKID: Predicting When to Prefetch Separately from Address Prediction2021

    • Author(s)
      Toru Koizumi, Tomoki Nakamura, Yuya Degawa, Hidetsugu Irie, Shuichi Sakai, Ryota Shioya
    • Organizer
      Design, Automation and Test in Europe Conference
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] アドレスとタイミングの予測を分離したデータプリフェッチャ2021

    • Author(s)
      小泉 透, 中村 朋生, 出川 祐也, 入江 英嗣, 坂井 修一, 塩谷 亮太
    • Organizer
      情報処理学会研究報告, Vol. 2022-ARC-248
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  • [Presentation] STRAIGHTアーキテクチャにおけるC++コンパイラ開発と性能評価2021

    • Author(s)
      灘 洋太郎, 小泉 透, 杉田 脩, 塩谷 亮太, 門本 淳一郎, 入江 英嗣, 坂井 修一
    • Organizer
      情報処理学会研究報告, Vol. 2022-ARC-248
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  • [Presentation] STRAIGHTアーキテクチャにおけるスケーラブルなスケジューラの提案と評価2021

    • Author(s)
      新 浩太朗, 小泉 透, 杉田 脩, 光野 聡志, 門本 淳一郎, 塩谷 亮太, 入江 英嗣, 坂井 修一
    • Organizer
      情報処理学会研究報告, Vol. 2021-ARC-245
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  • [Presentation] A High-Performance Out-of-Order Soft Processor Without Register Renaming2020

    • Author(s)
      Satoshi Mitsuno, Junichiro Kadomoto, Toru Koizumi, Ryota Shioya, Hidetsugu Irie, Shuichi Sakai
    • Organizer
      Int. Conf. on Field-Programmable Logic and Applications
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      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 距離制限を保証するSTRAIGHTコード生成アルゴリズムの提案2020

    • Author(s)
      杉田 脩, 小泉 透, 入江 英嗣, 坂井 修一
    • Organizer
      cross-disciplinay Workshop on Computing Systems
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 実用プログラムのSTRAIGHTアーキテクチャにおける特性の解析2020

    • Author(s)
      小泉 透, 杉田 脩, 塩谷 亮太, 入江 英嗣, 坂井 修一
    • Organizer
      情報処理学会研究報告
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] STRAIGHTコンパイラにおけるループおよび関数呼び出し最適化の評価2020

    • Author(s)
      中江 哲史, 小泉 透, 杉田 脩, 入江 英嗣, 坂井 修一
    • Organizer
      情報処理学会研究報告
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Out-of-Order STRAIGHTソフトプロセッサの実装と評価2020

    • Author(s)
      光野 聡志, 小泉 透, 門本 淳一郎, 入江 英嗣, 坂井 修一
    • Organizer
      電子情報学会技術研究報告
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] An Open Source FPGA-Optimized Out-of-Order RISC-V Soft Processor2019

    • Author(s)
      Susumu Mashimo, Akifumi Fujita, Reoma Matsuo, Seiya Akaki, Akifumi Fukuda, Toru Koizumi, Junichiro Kadomoto, Hidetsugu Irie, Masahiro Goshima, Koji Inoue and Ryota Shioya
    • Organizer
      Int. Conf. on Field-Programmable Technology
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] T-SKID: Timing Skid Prefetcher2019

    • Author(s)
      Tomoki Nakamura,Toru Koizumi, Yuya Degawa, Hidetsugu Irie, Suichi Sakai and Ryota Shioya
    • Organizer
      The Third Data Prefetching Championship (in conjunction with ISCA 2019)
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] キャッシュ圧縮による余剰領域を利用した仮想プリフェッチ・バッファ2019

    • Author(s)
      中村 朋生,塩谷 亮太,入江 英嗣,坂井 修一
    • Organizer
      cross-disciplinary Workshop on Computing Systems, Infrastructures, and Programming
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] フェーズ検出と事前学習を利用したプリフェッチャ動的切り替え手法の検討2019

    • Author(s)
      出川 祐也,中村 朋生,渋江 陽人,入江 英嗣,坂井 修一
    • Organizer
      cross-disciplinary Workshop on Computing Systems, Infrastructures, and Programming
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] リネームレスアーキテクチャに適するオペランド表現2019

    • Author(s)
      小泉 透,塩谷 亮太,入江 英嗣,坂井 修一
    • Organizer
      cross-disciplinary Workshop on Computing Systems, Infrastructures, and Programming
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] タイミング調整を行うプリフェッチャに対して投機ミスが与える影響の解析2019

    • Author(s)
      出川 祐也, 中村 朋生, 小泉 透, 塩谷 亮太, 入江 英嗣, 坂井 修一
    • Organizer
      情報処理学会研究報告システム・アーキテクチャ
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] パイプライン化された演算器を生かした低レイテンシ指数関数実装2019

    • Author(s)
      小泉 透, 入江 英嗣, 坂井 修一
    • Organizer
      情報処理学会研究報告システム・アーキテクチャ
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] RISC-V上で実行するSPEC CPU 2017のSimulation Point解析2019

    • Author(s)
      中村 朋生, 小泉 透, 出川 祐也, 稲岡 航大, 有馬 裕一郎, 塩谷 亮太, 入江 英嗣, 坂井 修一
    • Organizer
      情報処理学会研究報告システム・アーキテクチャ
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] オープンソースなマルチポートメモリコンパイラの検討2019

    • Author(s)
      門本 淳一郎, 入江 英嗣, 坂井 修一
    • Organizer
      情報処理学会研究報告システム・アーキテクチャ
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Preliminary Discussion of a Time Stride Prefetching2019

    • Author(s)
      Hayato Nomura, Tomoki Nakamura, Toru Koizumi, Hidetsugu Irie, Shuichi Sakai
    • Organizer
      IEEE Symp. on Low-Power and High-Speed Chips and Systems
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Towards Ultra Flexible Computers:a Novel CPU Architecture and an Interconnect Technology2019

    • Author(s)
      Hidetsugu Irie
    • Organizer
      Int. Conf. for for Top and Emerging Computer Scientists (keynote)
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 今後のテクノロジロードマップ2019

    • Author(s)
      佐藤 幸紀, 橋本 政朋, 入江英嗣, 小林悠記, 丸岡晃
    • Organizer
      Japan Consortium for the Reconfigurable-hardware Next generation 2019秋
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] STRAIGHT: レジスタリネーミングのないハザードレスアーキテクチャ2019

    • Author(s)
      入江 英嗣
    • Organizer
      情報科学技術フォーラム, トップコンファレンスセッション
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      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Remarks]

    • URL

      https://www.mtl.t.u-tokyo.ac.jp/~irie/publication

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      2019 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] コンパイラ、コンパイル装置、およびコンパイル方法2019

    • Inventor(s)
      入江 英嗣, 坂井 修一, 小泉 透, 中江 哲史, 福田 晃史
    • Industrial Property Rights Holder
      入江 英嗣, 坂井 修一, 小泉 透, 中江 哲史, 福田 晃史
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2019-095442
    • Filing Date
      2019
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      2019 Annual Research Report

URL: 

Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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