システムアーキテクチャ論：概要 システムアーキテクチャ論：概要

システムアーキテクチャ論：概要 システムアーキテクチャ論：概要

99/10/7

99/10/7  木曜４限  木曜４限

琉球大学 工学部 情報工学科 琉球大学 工学部 情報工学科

和田 知久 和田 知久

wada wada @ie @ ie. . u u -ryukyu - ryukyu.ac. .ac.jp jp http://

http:// bw- bw - www. www .ie ie. .u u -ryukyu - ryukyu.ac. .ac. jp jp /~wada / ~wada/ /

アウトライン アウトライン

nn

本講義では最近のデジタル機器のアーキテクチャ 本講義では最近のデジタル機器のアーキテクチャ をレビューしてゆく。色んな情報を提供する。

をレビューしてゆく。色んな情報を提供する。

nn

具体的には、 具体的には、

１）  １）  PC PC アーキテクチャ  ２）  アーキテクチャ  ２）  MPEG2 MPEG2 ３）  ３）  3 3 次元グラフィックス ４） 携帯電話 次元グラフィックス ４） 携帯電話

nn

可能であれば専門家を招待して、講演を行って 可能であれば専門家を招待して、講演を行って もらう。 もらう。

nn

評価は出席と最終レポートで行う。 評価は出席と最終レポートで行う。

最終レポート：自分の好きな製品

最終レポート：自分の好きな製品 /システム等を / システム等を 調査しレポートする。

調査しレポートする。

[1] [1]     PC PC アーキテクチャ アーキテクチャ

n n LSI LSI の進歩により、コストパフォーマンスが の進歩により、コストパフォーマンスが 劇的に進化。

劇的に進化。

●５万円 ●５万円 PC PC の時代 の時代

n n コスト／パフォーマンスでワークステーショ コスト／パフォーマンスでワークステーショ ンに勝利。

ンに勝利。

● ● LSIの集積度向上が直接低コスト化を実現 LSI の集積度向上が直接低コスト化を実現

PentiumPC

PentiumPC のアーキテクチャ のアーキテクチャ

Pentium Pentium L2 L2

Cache Cache

CoreCore ChipChip SetSet

Main Memory Main Memory HOST BUS 66MHz

HOST BUS 66MHz --> 100MHz> 100MHz

PCI 33MHz

PCI 33MHz --> AGP 66MHz> AGP 66MHz Graphic

Graphic Controller Controller

LANLAN Modem Modem Frame Memory Frame Memory

Video Video

ISAISA Bridge Bridge

● の分離で、 と主記憶、ｸﾞﾗﾌｨｯｸの周波数が分離

PentiumII

PentiumII PC PC のアーキテクチャ のアーキテクチャ

Pentium II

Pentium II L2 L2 Cache Cache

CoreCore ChipChip SetSet

Main Memory Main Memory 100100MHz -MHz -> 133MHz> 133MHz

PCI 33MHz PCI 33MHz Graphic

Graphic Controller Controller

LANLAN Modem Modem Frame Memory Frame Memory

Video Video

200200-300-300MHzMHz

AGP 66+MHz AGP 66+MHz

USBUSB

100100MHz(SD) MHz(SD) ->->

800MHz(RD) 800MHz(RD)

近未来 近未来 PC PC のアーキテクチャ のアーキテクチャ

MPU+L2 MPU+L2

Core Chip Set Core Chip Set Graphic Controller Graphic Controller

Rambus

Rambus MemoryMemory Main + Frame Main + Frame

PCI 33MHz PCI 33MHz

LANLAN Modem Modem Video

Video

USBUSB IEEE1364IEEE1364

● 高速シリアル／低ピンカウント で低ピン化

Direct RAMBUS Direct RAMBUS

Controller Controller

RACRAC

8 8 16+2 16+2

Vtt Vtt

RDRAM

RDRAM RDRAMRDRAM

Data Data Cntl

Cntl,,AddrAddr Vref

Vref

nn

400 400 MHz clock MHz clock の両エッジデータ転送 の両エッジデータ転送

nn

18 18 bitデータバス、アドレスバスも８ビットと少ない bit データバス、アドレスバスも８ビットと少ない

nn

最大２ 最大２ Byte x 800MHz = 1.6GB/s Byte x 800MHz = 1.6GB/s

nn

現状の 現状の 100 100 MHz SDRAM, 64bit MHz SDRAM, 64bit バス（ バス（ 800MB/s 800 MB/s）の２倍 ）の２倍

nn

但し、 但し、 Latencyが遅めで、既存アプリで性能上がらず。 Latency が遅めで、既存アプリで性能上がらず。

ある ある PentiumII PentiumII PC PC マザーボード マザーボード

ISA ISA バス バス

DIMM DIMM ソケット ソケット

Slot1 Slot1 PentiumII PentiumII

ソケット ソケット

コア コア

チップセット チップセット PCI PCI

バス バス

ブリッジ ブリッジ チップ チップ

AGP AGP

バス バス 電源系 電源系

PC PC アーキテクチャのトレンド アーキテクチャのトレンド

n n 集積化され、 集積化され、 LSI数が減る。 LSI 数が減る。

n n USB, IEEE1394 USB, IEEE1394 の高速シリアルインター 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。

フェイスで低ピン化、ソケットも減る。

n n Rambus採用での６４→１６ビットバス化 Rambus 採用での６４→１６ビットバス化

n n 高性能＋小型化 高性能＋小型化

n n コスト的、技術的に難しいものは集積化さ 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

れにくい。（低コスト DRAM DRAM 、高速通信） 、高速通信）

PentiumII

PentiumII PC PC での での LSI LSI

nn MPU (1)MPU (1)

n

n Cache SRAM (2)Cache SRAM (2)

n

n

コアチップセット コアチップセット

n

n DRAM (4DRAM (4--8)8)

nn BIOS (1)BIOS (1)

nn I/OI/O

コントローラ コントローラ

nn

グラフィック グラフィック

nn

フレイムバッファ フレイムバッファ

nn LAN/MODEM (1)LAN/MODEM (1)

nn SOUND (1)SOUND (1)

nn

電源系 電源系

INTEL / AMD INTEL / AMD

NEC / Toshiba....

NEC / Toshiba....

INTEL / VIA INTEL / VIA

Samsung / Micron..

Samsung / Micron..

AMI /

AMI / PhenixPhenix

??????

Matrox

Matrox / ATI / S3/ ATI / S3 Micron / NEC..

Micron / NEC..

3Com etc.

3Com etc.

Creative etc.

Creative etc.

Maxim etc.

Maxim etc.

独壇場 独壇場

集積される 集積される

ｸﾞﾗﾌｨｯｸｽを取りこむ ｸﾞﾗﾌｨｯｸｽを取りこむ コストで日本苦しい

コストで日本苦しい ソフトウエア

ソフトウエア

低コスト、集積される 低コスト、集積される 独壇場、 独壇場、

参入 集積化されそう 集積化されそう まだ高性能化続く まだ高性能化続く 集積される

集積される

安いが必要

安いが必要

[2] [2]     MPEG2 MPEG2

n n DVD DVD や や PCでの動画再生で、画像・音声の PC での動画再生で、画像・音声の 圧縮･解凍の成功した標準

圧縮･解凍の成功した標準

n n その他 その他

静止画用： 

静止画用：  JPEG JPEG

VHS VHS クオリティ：  クオリティ：  MPEG MPEG １ １ ビデオ会議： 

ビデオ会議：  H.26x H.26x

デジタルビデオテープ： 

デジタルビデオテープ：  DV DV

MPEG2

MPEG2 画像系のアーキテクチャ 画像系のアーキテクチャ

n n 画像圧縮の簡単な原理 画像圧縮の簡単な原理

１） 以前の良く似た画像を見つけて、違いのみ １） 以前の良く似た画像を見つけて、違いのみ 転送する。差のデータ量が小さい。

転送する。差のデータ量が小さい。

２） 画像の高周波成分をカットする。

２） 画像の高周波成分をカットする。

３） 符号化を工夫してデータを減らす。

３） 符号化を工夫してデータを減らす。

MPEG MPEG 画像に関する基礎知識 画像に関する基礎知識

nn

コンピュータでは コンピュータでは Red,Green,Blueで画素を表す。 Red,Green,Blue で画素を表す。

nn

MPEG MPEG （ （ Video Video ）では ）では Y(luminance), Y(luminance), Cb Cb ,Cr(color ,Cr(color - - difference)

difference) Y = 0.299R

Y = 0.299R’ ’ + 0.587G + 0.587G ’ ’ + 0.114B + 0.114B ’ ’ Cb= Cb =- - 0.169R’ 0.169R ’ - - 0.331G 0.331G ’ ’ + 0.500B + 0.500B ’ ’ Cr= 0.500R

Cr= 0.500R’ ’ - - 0.419G 0.419G ’ ’ - - 0.081B 0.081B ’ ’

nn

人間は 人間は color成分に鈍感なので、 color 成分に鈍感なので、 Cb,Cr Cb ,Cr は は Y Y の１／４サン の１／４サン プル プル

nn

画像の処理単位＝マクロブロック、８ｘ８画素 画像の処理単位＝マクロブロック、８ｘ８画素

１）差の小さいデータを探す。

１）差の小さいデータを探す。

n n Motion Estimation Motion Estimation

○あるサーチ領域でエラー最小の

○あるサーチ領域でエラー最小の Motion Motion Vector

Vector を探す。 を探す。

○画像の代りに

○画像の代りに Motion Vector Motion Vector と と Error Error を転送。 を転送。

以前のフレイム 以前のフレイム

Motion Motion Vector Vector

Motion Estimation

Motion Estimation の基本計算式 の基本計算式

MAD(x,y) =

MAD(x,y) = Σ Σ | Σ Σ | S(m+x,n+y) S(m+x,n+y) - - B(m,n) B(m,n) | |

m=0m=0 n=0n=0 NN-1-1 NN-1-1

平均絶対値誤差 平均絶対値誤差

-p <= x, y <= p-p <= x, y <= p

Input Input NxN NxN Block Block (2 (2 p+1)x(2p+1) p+1)x(2p+1)

Search Window Search Window in previous picture in previous picture

nn

多数のアダーとコンパレータで実現できるが、 多数のアダーとコンパレータで実現できるが、

nn

現実にはアルゴリズムの改良で、サーチウイン 現実にはアルゴリズムの改良で、サーチウイン ドウを広げ、

ドウを広げ、 を小さくしたものが主流。 を小さくしたものが主流。

２）画像の高周波成分をカット ２）画像の高周波成分をカット

n n Transform Cording Transform Cording とも言うが、原理は自 とも言うが、原理は自 然の画像は空間的に高周波の成分を落と 然の画像は空間的に高周波の成分を落と

しても質が低下しない。

しても質が低下しない。

n n 低周波成分は荒く量子化できる。 低周波成分は荒く量子化できる。

n n Discrete Cosine Transform Discrete Cosine Transform をし、 をし、 DCT要 DCT 要 素を表現するビット数を減らす。

素を表現するビット数を減らす。

DCT DCT の基本要素の例 の基本要素の例

n n 実際は８ｘ８であるが、ここでは４ｘ４の例を 実際は８ｘ８であるが、ここでは４ｘ４の例を 示す。 示す。

n n 任意の画像を下記要素に分解する。 任意の画像を下記要素に分解する。

DC DC

８ｘ８ブロックの変換例 ８ｘ８ブロックの変換例

87.5 75 62.5 50 37.5 25 12.5 0 87.5 75 62.5 50 37.5 25 12.5 0 87.5 75 62.5 50 37.5 25 12.5 0 87.5 75 62.5 50 37.5 25 12.5 0 87.5 75 62.5 50 37.5 25 12.5 0 87.5 75 62.5 50 37.5 25 12.5 0 87.5 75 62.5 50 37.5 25 12.5 0 87.5 75 62.5 50 37.5 25 12.5 0 87.5 75 62.5 50 37.5 25 12.5 0 87.5 75 62.5 50 37.5 25 12.5 0 87.5 75 62.5 50 37.5 25 12.5 0 87.5 75 62.5 50 37.5 25 12.5 0 87.5 75 62.5 50 37.5 25 12.5 0 87.5 75 62.5 50 37.5 25 12.5 0 87.5 75 62.5 50 37.5 25 12.5 0 87.5 75 62.5 50 37.5 25 12.5 0

350 228 0 24 0 7 0 2 350 228 0 24 0 7 0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

DCT DCT

44 14 0 1 0 0 0 0 44 14 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Scalar

Scalar

1 1 D D - - DCT DCT の基本計算 の基本計算

y(u)= 0.5 C(u)

y(u)= 0.5 C(u) Σ { Σ { x(n) x(n) cos cos [(2n+1)u [(2n+1)u π π /16] /16] } }

n=0n=0 77

n n cos cos との掛け算の結果を との掛け算の結果を ROMに入れてる ROM に入れてる と、 と、 ROM ROM とアキュミュレータで実現できる。 とアキュミュレータで実現できる。

n n ２次元は繰り返しで求まる。 ２次元は繰り返しで求まる。

n n Distributed Arithmetic Distributed Arithmetic と呼ばれる方法。 と呼ばれる方法。

MPEG MPEG での での LSI LSI 技術 技術

nn

多量の加算演算や特殊演算 多量の加算演算や特殊演算

nn

DCTでは DCT では ROM演算 ROM 演算

nn

符号化も特殊 符号化も特殊

nn

汎用 汎用 MPUでは一見やりにくく見える。 MPU では一見やりにくく見える。

nn

信号処理の知識といかに 信号処理の知識といかに H/W H/W にマッピングする にマッピングする かが かが KEY KEY 。 。

nn

H/W H/W 設計の工夫よりアルゴリズムの改善が効く。 設計の工夫よりアルゴリズムの改善が効く。

[3] [3]  ３次元グラフィックス   ３次元グラフィックス 

n n Nintendo64 Nintendo64 、 、 PlayStationそして PlayStation そして PCで３次 PC で３次 元グラフィックスゲームが今や主流

元グラフィックスゲームが今や主流

n n 映画や 映画や TV TV 放送でも３次元グラフィックスは 放送でも３次元グラフィックスは

当たり前 当たり前

PC PC における３次元グラフィックス における３次元グラフィックス

Pentium II

Pentium II L2 L2 Cache Cache

CoreCore ChipChip SetSet

Main Memory Main Memory 33D GraphicsD Graphics

Rendering Rendering Controller Controller Frame Memory Frame Memory

Video Video

200200-300-300MHzMHz

PCI 33MHz, PCI 33MHz, AGP 66+MHz AGP 66+MHz PCI /AGP

PCI /AGPカードカード

● ● 今までの２次元グラフィックスカードがそのまま３次元グラフィックス 今までの２次元グラフィックスカードがそのまま３次元グラフィックス   サポートに置き換わった。

  サポートに置き換わった。

● ● ただ処理内容は大きく異なる。 ただ処理内容は大きく異なる。

Nintendo

Nintendo ６４ ６４

6464bitbit MIPSMIPS MPUMPU

Rendering Rendering Controller Controller

RDRAM RDRAM RDRAM RDRAM

9bit, 500MHz9bit, 500MHz Cassette

Cassette ROMROM

Video Video

● ● ３ ３

グラフィックスではメモリアクセスが多く、

３ ３ D D グラフィックスに関する基礎知識 グラフィックスに関する基礎知識

nn

３次元モデルを三角形等の図形要素でモデル化 ３次元モデルを三角形等の図形要素でモデル化

nn

陰線消去必要であり、２次元ディスプレイ座標（ｘ、 陰線消去必要であり、２次元ディスプレイ座標（ｘ、

ｙ ）に加えて

ｙ ）に加えて Depth Depth のｚが加わる。 のｚが加わる。

nn

ガラス等の半透明サポートのために、 ガラス等の半透明サポートのために、 ( ( R,G,B)に R,G,B) に

加えて 加えて A( A( アルファ）＝透過度が加わる。 アルファ）＝透過度が加わる。

OpenGL Machine(

OpenGL Machine( 前半） 前半）

Projection Projection Matrix

Matrix （投影変換）（投影変換）

Clipping Clipping Primitive Assembly

Primitive Assembly（図形要素生成）（図形要素生成）

Lighting

Lighting（照明）（照明）

Coloring Coloring Model / View

Model / View Matrix

Matrix（座標変換）（座標変換）

Vertex(

Vertex(頂点）頂点）Normal(Normal(法線）法線）Color(頂点の色）Color(頂点の色）

TexGen TexGen ((模様生成）模様生成）

Matrix Matrix ((座標変換）座標変換）

TexCord

TexCord（模様座標）（模様座標）

n n

n n n

n

Lighting Lighting

ジオメトリ処理 ジオメトリ処理

nn

頂点（ 頂点（ Vx, Vx ,Vy Vy ,Xz , Xz ,Vw , Vw ）の座標変換 ）の座標変換

nn

法線 法線 ( ( Nx Nx , , Ny Ny , , Nz Nz )の変換 ) の変換

⇒ 浮動小数点加算･乗算のマトリックス演算： 

⇒ 浮動小数点加算･乗算のマトリックス演算： 

SIMD向き SIMD 向き

nn

色データ 色データ ( ( R,G,B,A)に対する同じ処理 R,G,B,A) に対する同じ処理

⇒ 浮動小数点加算･乗算： 

⇒ 浮動小数点加算･乗算：  SIMD向き SIMD 向き

nn

ベクトル正規化、光源との距離、鏡面反射 ベクトル正規化、光源との距離、鏡面反射

⇒逆数、平方根、累乗：特殊計算

⇒逆数、平方根、累乗：特殊計算

前半はヘビーな計算処理が主体、高性能

前半はヘビーな計算処理が主体、高性能 MPU向き。 MPU 向き。

128 128 bit MPU for PlayStation2?? bit MPU for PlayStation2??

nn

ISSCC99, TP15.1, SCE & Toshiba ISSCC99, TP15.1, SCE & Toshiba

● ● 2 2 way 64bit way 64bit superscalar superscalar MPU MPU

● ● 10 IEEE single precision FMAC 10 IEEE single precision FMAC

● ● 4 4 IEEE single FDIV IEEE single FDIV

● ● MPEG support MPEG support -- -- VLD, DCT/IDCT, IQ, CSC, VQ VLD, DCT/IDCT, IQ, CSC, VQ

OpenGL Machine

OpenGL Machine （後半） （後半）

Rasterization Rasterization

（画素への分割）

（画素への分割）

Texel

Texel GenerationGeneration

（点模様生成）

（点模様生成）

(

(XtXt,,YtYt))

Texture Texture Memory Memory (

(X,Y,Z)X,Y,Z) (Rf(Rf,,GfGf,Bf,,Bf,AfAf))

Texture Application Texture Application

（点の色変更）

（点の色変更）

(

(RtRt,,GtGt,Bt,At),Bt,At)

Frame Buffer Test Frame Buffer Test

（

（Depth-Depth-TestTest）） (

(R,G,B,A)R,G,B,A)

Z

Z--bufferbuffer Memory Memory (

(X,Y)X,Y)

Blending

Blending PixelPixel

Memory Memory 色を線形補間して、画素に分解

色を線形補間して、画素に分解 グーロー・シェーデイング

グーロー・シェーデイング

Z

Z--bufferbufferにより見えないにより見えない ピクセルは書きこまない ピクセルは書きこまない

画素への分割 画素への分割

nn

３頂点から画素へ分割 ３頂点から画素へ分割 データ増加

データ増加

nn

グーロー・シェーディング グーロー・シェーディング

色（ 色（ Rf, Rf ,Gf Gf,Bf, ,Bf, Af Af ）を線形補間でつくる。 ）を線形補間でつくる。

整数演算 整数演算

nn

フォン・シェーディング フォン・シェーディング

法線ベクトルを各画素に対して計算し、

法線ベクトルを各画素に対して計算し、

各画素の照明を計算する。

各画素の照明を計算する。

テキスチャマッピング テキスチャマッピング

nn

テキスチャデータは各グリッドポイン テキスチャデータは各グリッドポイン トにおける（

トにおける（ RGB)データ。 RGB) データ。

nn

二アレスト 二アレスト (1点サンプル） (1 点サンプル）

Rt Rt = = Rl Rl

nn

リニア（４点サンプル） リニア（４点サンプル）

Rt Rt = (1 = (1 - - Vf){ Vf){ Uf･ Uf ･ Rj Rj + (1 + (1 - - Uf) Uf) Ri Ri } + } + Vf Vf {Uf { Uf･ ･ Rl Rl + (1 + (1 - - Uf) Uf) Rk Rk } }

nn

ミップマップ（８点サンプル） ミップマップ（８点サンプル）

精度の異なる２つのテキスチャデー 精度の異なる２つのテキスチャデー タ間で補間

タ間で補間

(

(RlRl,,GlGl,,BlBl)) (

(RkRk,Gk,,Gk,BkBk))

(

(RjRj,,GjGj,,BjBj)) (

(RiRi,,GiGi,Bi),Bi) Uf Uf Vf Vf

１つのピクセルに対して、多くのテキスチャデータが必要。

１つのピクセルに対して、多くのテキスチャデータが必要。

Depth Test Depth Test

nn

Depth Testをするには Depth Test をするには

１ １ ) Z ) Z- -buffer bufferより より Zdest Zdest を読み出す を読み出す ２） ２） Zsource Zsource と と Zdest Zdest を比較 を比較

３） ３） Zsource Zsource < < Zdestならば Zdest ならば       Zdest Zdest と と Pixel Pixel メモリを更新 メモリを更新

nn

Z- Z -buffer bufferに対して に対して Read Modify Read Modify Write

Writeが必要。 が必要。

nn

Z- Z -buffer bufferは各ピクセルに対して は各ピクセルに対して 32 32 bit bit 程度。 程度。

これは これは RGBAの３２ビットと同じ。 RGBA の３２ビットと同じ。

TRUE

TRUE FALSEFALSE

Z- Z -buffer buffer と と Pixel Pixel メモリは同一のフレイムメモリを使う場合が多く、 メモリは同一のフレイムメモリを使う場合が多く、

ブレンド ブレンド

nn

SOURCE図形上に半透明な SOURCE 図形上に半透明な DESTINATION

DESTINATION図形を描画する場合、 図形を描画する場合、

1) ピクセルメモリより 1) ピクセルメモリより (RGBA) ( RGBA) を読み出す を読み出す 2) 以下のような混合計算実行 2) 以下のような混合計算実行

      Rrst Rrst = As = As ・ ・ Rsrc Rsrc + (1- + (1 -As) As) Rdest Rdest ３）結果をピクセルバッファへ書き戻す ３） 結果をピクセルバッファへ書き戻す

nn

これも、 これも、 Pixel Pixel メモリに対して メモリに対して Read Modify Read Modify Write

Writeが必要。 が必要。

SOURCE SOURCE

DESTINATION DESTINATION

フレイムバッファ（

フレイムバッファ（ DRAM）を内蔵することで DRAM ）を内蔵することで BW問題を解決。 BW 問題を解決。

PC PC でのメモリの用途 でのメモリの用途

Pentium II

Pentium II L2 L2 Cache Cache

CoreCore ChipChip SetSet

Main Memory Main Memory 33D GraphicsD Graphics

Rendering Rendering Controller Controller Frame Memory Frame Memory

Video Video

200200-300-300MHzMHz

PCI 33MHz, PCI 33MHz, AGP 66+MHz AGP 66+MHz

Pixel

Pixel メモリ メモリ Z Z -buffer - buffer

1000 1000 x1000x64bit=約 x1000x64bit= 約 8 8 MB MB

テキスチャ テキスチャ

メモリ メモリ

３ ３ D D グラフィックスでの グラフィックスでの LSI LSI 技術 技術

nn

ジオメトリ処理 ジオメトリ処理

●  ●  Floating演算の Floating 演算の SIMD SIMD タイプの並列処理 タイプの並列処理

● 逆数、平方根、累乗：特殊計算

● 逆数、平方根、累乗：特殊計算

nn

描画処理 描画処理

● 整数演算

● 整数演算

● メモリ

● メモリ BWがボトルネック BW がボトルネック

 ⇒フレイムバッファとコントローラの１チップ化  ⇒フレイムバッファとコントローラの１チップ化

●  ●  PCIがテキスチャ転送のボトルネック PCI がテキスチャ転送のボトルネック  ⇒  ⇒ AGP AGP 倍速化 倍速化

 ⇒ｸﾞﾗﾌｨｯｸｺﾝﾄﾛｰﾗをコアチップと集積

[4] [4]  携帯電話、  携帯電話、 PHS PHS

n n 日本での加入者数は約５０００万加入で伸 日本での加入者数は約５０００万加入で伸 びは鈍化しているが、さらに増加。

びは鈍化しているが、さらに増加。

n n 世界統一企画の次世代通信端末 世界統一企画の次世代通信端末 IMT IMT - - 2000 2000 開発中（ 開発中（ CDMA方式）。 CDMA 方式）。

n n 小型化、低消費電力化（低電圧化）が強く 小型化、低消費電力化（低電圧化）が強く 要求される。

要求される。

移動無線端末の推移 移動無線端末の推移

年代 年代

８０ ８０

標準 標準

アナログ

アナログ デジタルデジタル

TDMA

TDMA CDMACDMA

ベース ベース

バンド部 バンド部

高周波部 高周波部

LSILSI

デジタル系 デジタル系

アナデジ混載 アナデジ混載 カスタム カスタム

流用設計 流用設計 統合 統合

FDMA FDMA

次世代携帯無線端末の

次世代携帯無線端末の LSI LSI 技術 技術

nn

CDMA方式で CDMA 方式で

●デジタル信号処理が複雑かつ大規模化（４倍）、高速

●デジタル信号処理が複雑かつ大規模化（４倍）、高速 化（６倍）

化（６倍）

nn

動画転送を行うので 動画転送を行うので

● ● MPEG4などの画像の MPEG4 などの画像の CODEC CODEC 必要 必要

nn

Rake Rake 受信 受信

nn

誤り訂正技術 誤り訂正技術

● ● Interleave, Convolution Code, Interleave, Convolution Code, Viterbi Viterbi Decode Decode

nn

外部インターフェース 外部インターフェース

● ● USB(Universal Serial Bus) USB(Universal Serial Bus) 、 、 BlueToothなど BlueTooth など

CDMA(

CDMA( 符号分割多元接続 符号分割多元接続 ) ) 方式 方式

nn

FDMA, TDMA FDMA, TDMA とは異なり時間や周波数をわりあてない。 とは異なり時間や周波数をわりあてない。

nn

各ユーザを 各ユーザを Pseudo Pseudo - - Noise Random Sequenceで変調。 Noise Random Sequence で変調。

( ( Direct Direct - - Sequence Spread Sequence Spread - - Spectrum) Spectrum)

frequency frequency Time

Time

Power Power

User 1 User 1 User 2 User 2 User 3 User 3

Random Waveform

Random Waveform の性質 の性質

nn

バイナリランダム波形 バイナリランダム波形 x(t) x(t)

＋１

＋１ ー１ ー１

ｔｔ

nn

Autocorrelation Autocorrelation

Rxx Rxx ( ( τ τ )=E{x(t) x(t+ )=E{x(t) x(t+ τ τ )} )}

          ∼ ∼ ∫ ∫ x(t) x(t+ x(t) x(t+ τ τ )dt ) dt

nn

この性質によりランダムノイズのような信号より所望 この性質によりランダムノイズのような信号より所望

Rxx(Rxx(τ)τ)

00

TcTc

Linear Feedback Shift Register Linear Feedback Shift Register

a

a¹²¹² aa¹¹¹¹ aa¹¹

Reg Reg Reg

Reg RegReg RegReg PN outputPN output

Reg Reg

a a¹¹

Reg Reg

a a²²

Reg Reg

a a¹²¹²

Reg

Reg PN outputPN output f(x) = 1 + a

f(x) = 1 + a¹¹XX¹¹+a+a²²XX²²+ + …… + a+ a¹¹¹¹XX¹¹¹¹+ a+ a¹²¹²XX¹²¹²+ X+ X¹³¹³

ダイレクト ダイレクト

トランスポーズ トランスポーズ

誤り訂正技術 誤り訂正技術

nn

ランダムエラーとバーストエラー ランダムエラーとバーストエラー

バーストエラー

バーストエラー ランダムエラーランダムエラー バーストエラーバーストエラー

•インターリーブ • インターリーブ

バーストエラー対策用インターリーブ バーストエラー対策用インターリーブ

１１ ２２ ３３ ４４ ５５ ６６ ７７ ８８ ９９ １０１０ １１１１ １２１２ １３１３ １４１４ １５１５ non

non--interleavedinterleaved

１１ ６６ １１１１ ２２ ７７ １２１２ ３３ ８８ １３１３ ４４ ９９ １４１４ ５５ １０１０ １５１５ interleaved

interleaved

１１ ２２ ３３ ４４ ５５ ６６ ７７ ８８ ９９ １０１０ １１１１ １２１２ １３１３ １４１４ １５１５ de

de--interleavedinterleaved

１１ ２２ ３３ ４４ ５５ ６６ ７７ ８８ ９９ １０１０ １１１１ １２１２ １３１３ １４１４ １５１５

１１ ２２ ３３ ４４ ５５ ６６ ７７ ８８ ９９ １０１０ １１１１ １２１２ １３１３ １４１４ １５１５

write write readread

read

writewrite read

Interleaver Interleaver

Deinterleaver Deinterleaver

W W - - CDMA CDMA の の BB BB 系ブロック図 系ブロック図

I Q

A/D

&

Fil

Chip (Finger)

受信系デジタル信号処理

Symbol Rake CH Dec (Viterbi)

Perch BCCH

(Viterbi) Timing Control Delay

Profile Searcher AFC AGC D/A

(AFC) D/A (AGC)

MPU

制御系

CPU

Peripheral RAM

Flash ROM

送信系デジタル信号処理 D/A

アナログ 信号処理

Speech CODEC (GSM-AMR)

D/A

A/D Tone 音声処理

データ&I/F処理 MEM PS_Cont.

電源制御

I

UIM

携帯電話での

携帯電話での LSI LSI 技術 技術

n n 複雑なデジタル信号処理がいっぱい 複雑なデジタル信号処理がいっぱい

n n RFアナログ RF アナログ

n n MPEG4などの画像コーデック MPEG4 などの画像コーデック

n n USBや USB や BlueTooth BlueTooth などのインターフェイス などのインターフェイス

n n 低電圧・低パワー 低電圧・低パワー