2010 年度大学院システム情報科学府コンピュータアーキテクチャ特論

2010年度大学院システム情報科学府コンピュータアーキテクチャ特論2010年度大学院システム情報科学府コンピュータアーキテクチャ特論村上和彰　井上弘士大学院システム情報科学研究院情報知能工学部門 aca@soc.ait.kyushu-u.ac.jp

講義の目的 • コンピュータアーキテクチャとは何かを理解する • 学部講義「コンピュータアーキテクチャⅠ＆Ⅱ」 • 与えられた制約条件および設計空間の中で最適なコンピュータアーキテクチャを求めることが出来るようになる • 本講義の演習 • コンピュータアーキテクチャ決定上の設計軸を定義し、その設計選択肢を挙げてその中の１つを選択すると同時に、他人にその選択理由を納得させられる • 将来動向（技術、ライフスタイル、ビジネス、等）を予測し、将来有望なコンピュータアーキテクチャを提案出来る「アーキテクトシップ」を身につける！

歴史上の主要なアーキテクチャ論争 • CISC vs. RISC • ベクトルマシン vs. スカラマシン • 共有メモリ vs. 分散メモリ • 間接網（FatTree、等） vs. 直接網（メッシュ、等） • シングルコア vs. マルチコア • iPhone vs. Android • ２次元実装 vs. ３次元実装 • 次世代スパコン必要 vs. 不要 • …

ベクトル・プロセッサ スカラ・プロセッサベクトル・プロセッサ vs.スカラ・プロセッサ VFU FPU ORN FR VR LSU VLSU IMBM DC CR: Cache Refill Controller DC: Data Cache FR: Floating-point Register FPU: Floating-point Processing Unit LM: Linear Memory LSU: Load/Store Unit LM CRC IMBM: Interleaved Multi-Bank Memory ORN: Operand Routing Network VFU: Vector Functional Unit VLSU: Vector Load/Store Unit VR: Vector Register

そもそもHPCアーキテクチャに対する要件は何なのか？そもそもHPCアーキテクチャに対する要件は何なのか？

これらの要件に関して従来のHPCマシンはどう応えたか？これらの要件に関して従来のHPCマシンはどう応えたか？

ベクトル・プロセッサ vs.スカラ・プロセッサ

性能（ポンプの消火能力）は何で決まるか？ 主記憶からベクトル演算器へのデータ供給能力，つまり，メモリ・バンド幅（＝ホースの水汲み能力）を如何に大きく出来るか？ベクトル・プロセッサの処理形態ベクトル・レジスタ（ホースの一部）ベクトル演算器（ポンプ）主記憶（大きな池）巨大なメモリ・バンド幅が必要！

性能（消防士の消火能力）は何で決まるか？ 主記憶－キャッシュ－レジスタというメモリ階層において，如何にして上位層のキャッシュ（＝小さな溜池）やレジスタ（消火槽）のデータ（＝水）を絶やさないようにするか？スカラ・プロセッサの処理形態キャッシュ・メモリ（小さな溜池）スカラ演算器（消防士）巨大なメモリ・バンド幅は不要！主記憶（大きな池）如何にしてデータ（＝水）を絶やさないかが鍵！スカラ・レジスタ（消火槽）

次回＆次々回講義～スカラvs. ベクトル～ • 次回講義までに、各自、文献等でスカラプロセッサとベクトルプロセッサについて調査すること • 宿題：下記の要領でレポート（PPT）作成 • 学籍番号が偶数の学生：スカラ派としてベクトル派を論破する論陣を構築 • 学籍番号が奇数の学生：ベクトル派としてスカラ派を論破する論陣を構築 • スカラ派とベクトル派に分かれて、「スカラvs. ベクトル」を議論 • 時代設定は現在 • その後、社長視点で「スカラ vs. ベクトル」に各自結論を出す

2010 年度大学院システム情報科学府コンピュータアーキテクチャ特論