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8bit CPUのオープンソース ICF3-Z

ICF3-Zを緩いオープンソースのライセンスで公開しました。方針として日本の税金を使わないことを上げています。保証しているわけではありません。

一般の人向けの内容です。専門のエンジニアの方には易しすぎるかもしれません。CPUのようなハードウェアもオープンソースな時代になってきました。CPUのオープンソースで最も有名なのはRISC-Vです。RISC-Vを見てみるとオープンソースによるメリットを見つけることができます。RISC-Vは、とても広い範囲をカバーする32bit(64bit)のCPUですが低性能な領域でも万能というわけではないように思います。

例えば通信系のハードウェアでは8bit単位で処理するものもあり32bitが無駄になる場合もあります。無駄になるだけなら問題はありませんが消費電力で不利です。

一方、8bit CPUは除算命令がなかったり、除算命令があっても8bit÷8bitで、使える範囲が狭いということがありました。8bit CPUのオープンソースも既に複数、存在していますが、高性能な除算を持ったものは、あまりないように思います。ICF3-Zはオープンソースで、少ないトランジスタ数であるにもかかわらず高速な除算が可能です。

ICF3-Zは除算器を装備する小型のRISC-Vに対して16bit÷8bit(24bit÷8bit)などの演算に限定すれば、おおよそ5分の一のトランジスタ数(面積)で5倍の性能になることもあるようです。XilinxのローエンドのFPGAに実装した比較で、そういったデータが得られた。

ICF3-Zは海外のパクリな構造ではなく僕の考えた独自アーキテクチャです。疑似パイプラインによって高周波数で動作することも、この圧倒的な面積当たりの性能(25倍)に貢献しています。

XilinxのローエンドのFPGAに実装した比較では、周波数はRISC-V 50MHz、ICF3-Z 150MHzでした。つまりRISC-Vが1命令を実行するのにICF3-Zは3命令を実行できる。

このオープンソースな8bit CPU ICF3-Zが、期待を含めれば2020年代に大きく産業に貢献していくかもしれません。

参考リンク

8bit CPU ICF3-ZのZeviosの除算性能のメモ

8bit CPU AVRとICF3-Zとの違い

8bit CPU ATmega328の除算性能を測定してみた

仮想マシンの加速支援機構つきの新型8bit CPU

参考にしたRISC-V

lowRISC ibex  XilinxのローエンドのFPGA(7シリーズ)に実装。周波数 50MHz、2500LUT。除算のサイクル数は別のページに37サイクルと記述されています。







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