| 研究課題/領域番号 |
23K19975
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| 研究種目 |
研究活動スタート支援
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
1001:情報科学、情報工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 名古屋工業大学 |
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研究代表者 |
小泉 透 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20981525)
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| 研究期間 (年度) |
2023-08-31 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 計算機アーキテクチャ / 命令レベル並列性 / アウトオブオーダー実行 / 最適化コンパイラ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
距離指定型命令セットは、命令オペランドをレジスタ名ではなく「何回前にレジスタに書き込んだ値」のように距離で指定する命令セットの一群である。この方式は電力消費の激しいレジスタリネーミングが不要であり、従来型命令セットを超える高効率実行が可能となる。
本研究では、当該命令セット向けの最適化コンパイラをより発展させるとともに、当該命令セット向けにハードウェア機構を最適化する。また、実チップを作製することで電力効率の改善を実証する。
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| 研究実績の概要 |
命令オペランドをレジスタ名ではなく「何回前にレジスタに書き込んだ値」のように距離で指定する命令セットを距離指定型命令セットと呼ぶ。
今年度は、距離指定型命令セットに分類され、我々が提案する新しい命令セット、Clockhandsについて研究を行った。まず、SPEC CPUベンチマークについて、Clockhands命令セットに変換する際の最適化に新たな手法を導入した。これにより、RISC-V命令セットに対する命令数増加を平均8.7%と一割未満に抑えることができた。次に、Clockhandsプロセッサの性能（プログラムの実行速度）をRISC-Vプロセッサの性能と比較した。その結果、同時フェッチ命令数が8のコンフィギュレーションでは99%、同時フェッチ命令数が16のコンフィギュレーションでは102%と、ほぼ同等の性能を達成できることが判明した。さらに、消費エネルギーの評価を行った。評価の結果、ClockhandsプロセッサはRISC-Vプロセッサに対して、同時フェッチ命令数が8のコンフィギュレーションでは8%、同時フェッチ命令数が16のコンフィギュレーションでは32%、消費エネルギーを削減できると判明した。
結論としては、Clockhands命令セットは、命令セットに新機能を搭載しなくとも、(1)命令数増加オーバーヘッドはそれほど大きくなく、(2)性能はほぼ同等レベルを達成可能であり、(3)消費エネルギーを削減可能であり、(4)特にフェッチ幅が大きい時に消費エネルギー削減効果が高い、の四点に要約される。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
2024年度に実施予定だった作業を一部前倒しすることができたため。
当初の計画では、ハードウェアアルゴリズムの改良と命令セットへの新たな機能の追加が、命令当たりにかかる消費エネルギーの削減に必須であると考え、それに関する作業を行う必要があるとしていた。しかし、実際にはそのようなことを行わなくても、コンパイラアルゴリズムの改良のみで十分に消費エネルギーを削減できることが判明した。これにより、作業時間が浮いたため、ソフトコアの実装を洗練させる作業に充てることができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
引き続き、ソフトコアの実装を洗練させ、試作チップのテープアウトに力を注ぐ。2024年度第二回チップ試作に間に合うように作業し、問題が発生したとしても第三回チップ試作には絶対に間に合うように作業する。テープアウト後はプログラムの高度な最適化を行えるようにし、試作チップでの高速なプログラム動作を補助できるようにする。
試作チップでの評価が取れ次第、論文を執筆し、投稿する。
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