H11沖縄情報通信ワークショップ沖縄情報通信ワークショップ

H11沖縄情報通信ワークショップ
「PCアーキテクチャの変遷と
システムLSIの今後」
99/11/11
琉球大学工学部情報工学科
和田知久
[email protected]
http://bw-www.ie.u-ryukyu.ac.jp/~wada/
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99/11/11, 和田＠琉大情報
1
アウトライン
n
PCアーキテクチャの変遷
ー PC/XTから近未来PC
ー LSIの進歩による性能向上と低コスト化
n
システムLSI時代のLSIは．．．
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2
初代PC/XTのアーキテクチャ
4.77MHz
SYSTEM BUS
BUS SLOT
8259A
8259A
PIC
Page
Reg
8255
PPI
8253
PIT
BIOS
BIOS
ROM
ROM
MEMORY BUS
8237
DMA
X- BUS
8087
C-P
LOCAL BUS
8086
MPU
RAM
RAM
スピーカ、
キーボード等
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ビデオ
パラレルポート
シリアルポートなど
3
PentiumPCのアーキテクチャ
200MHz
L2
Cache
Frame Memory
Video
Graphic
Controller
LAN
Modem
Pentium
Core
Chip
Set
HOST BUS 66MHz -> 100MHz
MainMemory
Memory
Main
PCI 33MHz
ISA
Bridge
● HOST BUSの分離で、MPUと主記憶、ｸﾞﾗﾌｨｯｸの周波数が分離
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4
PentiumII PCのアーキテクチャ
500MHz
Pentium II
Frame Memory
L2
Cache
100MHz -> 133MHz
Video
Graphic
Controller
Core
Chip
Set
AGP 66+MHz
Main Memory
100MHz(SD) ->
800MHz(RD)
USB
PCI 33MHz
LAN
Modem
● L2 BUSの分離し、MPU周波数の１／２に設定
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5
近未来PCのアーキテクチャ
800MHz
MPU+L2
Video
Rambus Memory
Main + Frame
Core Chip Set
Graphic Controller
PCI 33MHz
USB
IEEE1364
LAN
Modem
● 高速シリアル／低ピンカウントBUSで低ピン化
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6
Direct RAMBUS
n
n
n
n
n
400MHz clockの両エッジデータ転送
18bitデータバス、アドレスバスも８ビットと少ない
最大２Byte x 800MHz = 1.6GB/s
現状の100MHz SDRAM, 64bitバス（800MB/s）の２倍
但し、Latencyが遅めで、既存アプリで性能上がらず。
RDRAM
Controller
RAC
RDRAM
Vtt
16+2 Data
8
Cntl,
Cntl, Addr
Vref
2
2
ClkFM
ClkTM
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7
あるPentiumII PCマザーボード
PCI
バス
AGP
バス
電源系
Slot1
PentiumII
ソケット
ISA
バス
コア
チップセット
ブリッジ
チップ
DIMM
ソケット
PCを構成するLSI数は減った。ソケッ
ソケットが面積を決める。
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8
PCアーキテクチャのトレンド
集積化され、LSI数が減少中。
n USB, IEEE1394の高速シリアルインター
フェイスで低ピン化、ソケットも減る。
n Rambus採用での６４→１６ビットバス化
n 高性能＋小型化
n コスト的、技術的に難しいものは集積化さ
れにくい。（低コストDRAM、高速通信）
n
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9
PentiumII PCでのLSI
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
MPU (1)
Cache SRAM (2)
コアチップセット (1-3)
DRAM (4-8)
BIOS (1)
I/Oコントローラ (1)
グラフィックCNTL(1)
フレイムバッファ (2)
LAN/MODEM (1)
SOUND (1)
電源系
INTEL / AMD
NEC / Toshiba....
INTEL / VIA
Samsung / Micron..
AMI / Phenix
???
Matrox / ATI / S3
Micron / NEC..
3Com etc.
Creative etc.
Maxim etc.
独壇場
集積される
ｸﾞﾗﾌｨｯｸｽを取りこむ
コストで日本苦しい
ソフトウエア
低コスト、集積される
独壇場、Intel参入
集積化されそう
まだ高性能化続く
集積される
安いが必要
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PCでのLSI（１）
n
まだしばらくLSI数が減る。
○微細化による高集積
○１ピンあたりの高バンド幅化でPKGのI/O 数がネックにならない。
Rambus, USB, IEEE1394
n
n
n
LSIを設計できるのはIntelと限られたシステム力
のあるメーカに限られている。
メモリのコスト競争で日本がやられたら、PCから
日本製のLSIはなくなる（かも？）。
何かの新しい機能を考えないとPCビジネスに参
入できない。
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PCでのLSI（２）
アーキテクチャとOSはIntelとマイクロソフト
がおさえている。
n PCでのLSIビジネスのシェアUPは困難。
システム力か独自技術力がKEY!
n 最終製品（システム）を規定するところが
結局は非常に有利。ゲーム機に期待。
n
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今後のシステムLSIへの教訓（１）
発想転換 n
自分たちのシステムを持たないと、
先行できないし、イノベーションも生きない！
⇒システム開発の一員としてLSIを作る。
⇒部品ではなくシステムを作る。
ブレイク n
スルー
大規模集積時のピンボトルネックを
高速シリアルデータ転送で解決！
⇒高速転送、アナログ設計も重要！
⇒最近のISSCCのペーパーの多くはアナログぽい。
⇒信号処理によるバックアップ
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今後のシステムLSIへの教訓（２）
ソフトと n
ハード
の協調
μP + S/W + 大型専用マクロ（＝IP？）
●S/WでできることはS/Wでフレキシブルにやる。
●S/WでやれないことはH/Wでやる。
⇒ASIC ｖｓ μPではなく、同時に集積される時代になった。
⇒大きな機能を実行するH/Wマクロが最高性能を決める。
⇒LSIの進歩とともにそれら新マクロはS/W化。
⇒アーキテクチャ屋はユニットの配置/組合せ/数を最適化し、
LSI屋は新ユニットを提供する必要ある。
並列動作 n
多量な処理は大パラレル演算
⇒類似処理の並列度が高い場合、SIMDプロセッサ有効
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今後のシステムLSIへの教訓（３）
メモリも n
集積
フレイムバッファのような高メモリBWが必要時にメモリ
集積が大きなメリットに！
⇒大きく成功しているのは、BWによる性能UPと小面積の２つの
ニーズのあるアプリケーション。
超ゲート数
n
DCT, FFT, FIRなど複雑演算器を多数つかう複雑な
信号処理が実現できる。
⇒簡単な処理はS/W化してゆく。
⇒新IP開発には、信号処理のアルゴリズムの勉強必要。
⇒低レベル（回路レベル）の最適化ではシステムレベルの
最適化にかなわない。
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システムLSI時代のLSIは．．．
n
n
n
MPU＋メモリという簡単な定義ではない。
アプリケーションによって千差万別の構成。
きらりと光るシステムLSIには特徴がある。
●高周波I/Oによるピンボトルネック解消
●特殊複雑H/Wが性能のKEY
●メモリ内蔵によるI/O BWの大幅改善
●複雑な信号処理アルゴリズム
相当複雑な信号処理･演算が可能
焦点は回路でなく、アルゴリズム
部品を設計する発想からシステムを設計する発想へ
そしてオリジナルな競争力のある技術の開発
n
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