1. Open Design Computer Project
○伊藤 剛浩 川田 裕貴
http://open-arch.org/

2. Open Design Computerとは
• Open Design
– 仕様, 開発ツール,OS,ハードウェアを公開
– 全て自由に利用可能(2次利用が可能)
– 様々な製品へ転用可能
• ユーザ視点からみた Open Design Computer
– より高速に動作するコンピュータ
– なおかつ低消費電力動作

3. このプロジェクトでの提案
• ハードウェアとソフトウェアの協調設計
– ハードウェアとソフトウェアの機能整理
– ゼロからのコンピュータシステム設計

4. 1, 既存のコンピュータシステムの問題点
ハードウェアとソフトウェアの連携による解決
2, 既存のプロセッサコアの問題点と解決方法
開発動機

5. 既存のコンピュータシステムへの不満
• プロセッサ
– 高速化を妨げる要因を排除したい
– 全く使用されない命令や機能が多く存在
• オペレーティングシステム
– ソフトウェア側で実行している機能をハードウェア
側に持たせたい
– もっと柔軟にハードウェアの機能を工夫・変更し
たい

6. 既存のコンピュータシステムの問題点
• ハードウェアの仕様による性能低下
– x86 : タスク切り替え機能の実装が難有り
– MIPS : MMUがほぼソフトウェアにて実装
• 割り込み処理による処理の中断
• マルチスレッドアプリの増加によるコンテキスト
スイッチのオーバーヘッドの問題

7. ハードウェアとソフトウェアの連携
• レジスタ退避におけるキャッシュの有効活用
• コンテキストスイッチのハードウェア実装
• 割り込みを複数用意してレベルを設ける
• 既存システムにあるムダを無くす
クロックの向上に拠らない性能向上

8. ハードウェアの支援による解決
• 割り込みシステムの設計を見直す
– 割り込みレベルを設ける
– 割り込み実行タイミングの制御
• 積極的なコンテキストスイッチの支援
– ハードウェア処理によるオーバーヘッドの削減
– 同一プロセスのスレッド切り替えを高速化

11. 既存のプロセッサコアの問題点
• ミドルエンド~ハイエンドプロセッサコアの問題
– ARM : 複雑なCC実行
– SPARC : レジスタウインドウ
– x86 : 現在では不要な命令群
– MIPS : ディレイドブランチ
– SuperH : ディレイドブランチ
• 高速実行に不向きな命令セット
– アウトオブオーダに不向き

12. 製作中のプロセッサコアでの解決方法
• アウトオブオーダ実行に適した設計
– 命令セットの最適化
– 汎用レジスタ・システム系レジスタを命令レベル
で区別
• アウトオブオーダ実行の弱点を克服
– 比較的小さい回路規模で実現可能
– 低消費電力動作で性能向上を実現

13. 1, 開発担当
ハードウェア開発の詳細
ソフトウェア開発の詳細
2, 現状と今後の予定
開発と方針について

14. 開発担当
• ハードウェア(伊藤 剛浩)
– プロセッサ
– コンピュータとして必要な周辺デバイス
• ソフトウェア(川田 裕貴)
– オペレーティングシステム
– コンパイラ, アセンブラ, シミュレータ
共にゼロからの協調設計

15. ハードウェアの開発
• コンピュータシステムに必要なハードウェアの
開発
– プロセッサコア
– IO/割り込み管理
– メモリ管理
– 各外部デバイスコントローラ
• 市販されているFPGAボード上に構築
– シミュレータのみならず実動作可能

16. ソフトウェアの開発について
• OSに必要なソフトウェア群の移植
– オープンソースソフトウェアとして開発
• アセンブラ
– GNU binutils (gas, ld)を採用
• コンパイラ
– GNU Compiler Collection (gcc)を採用
• オペレーティングシステム
– ハードウェアの機能を最大限に活用する

17. 現状
ハードウェア ソフトウェア
• 開発中 • 開発中
– 仕様の策定 – アセンブラ
– プロセッサコアの改良 – シミュレータ
– IO管理ユニット • 今後
• 今後 – コンパイラ
– メモリ管理ユニット – オペレーティングシステ
– 割り込み管理ユニット ム

20. ロードマップ
2012年8月 その後
• 各仕様のリリース • プロセッサ/OSのチューニン
• ハードウェア グ
– プロセッサコア • マルチコア化への対応
– IO/割り込み管理 • 多彩なデバイスへの対応
– メモリ管理
• チップ化や専用ボードの製
– 外部デバイスコントローラ
作
• オペレーティングシステム
– 基本的な外部デバイスとの
通信
– マルチタスクに対応