ロードマップでわかる！当世プロセッサー事情 第721回

性能ではなく効率を上げる方向に舵を切ったTensilica AI Platform　AIプロセッサーの昨今

　連載717回でSynopsysを取り上げたので、片割れであるCadenceを取り上げないのは片手落ちだろう。ということで今回はCadenceが提供するTensilica AI Platformを紹介したい。

命令セットを自由に組み替えられる
自由度の高いプロセッサー「Xtensa」

　Tensilicaは1997年にサンノゼで創業された。創業者はChris Rowen博士であるが、Rowen博士はMIPS Computer Systemsの創業者の1人でもあり、SGIによる同社の買収後はしばらくSGIに在籍するものの、その後Synopsysに転職。そして1年で辞めて立ち上げたのがTensilicaである。

　そもそもRowen博士はMIPS Computerを立ち上げたくらいなので32bit汎用RISCプロセッサーの特徴や長所短所はよく理解している。そしてSynopsysでIPというビジネスを学んだことで、独特のアーキテクチャーを持つプロセッサーをIP売りする、というビジネスを思いつき、これを実現するために立ち上げたのがTensilicaというわけだ。

　そのTensilicaの最初のプロセッサーであるXtensaの特徴はASIP(Application-Specific Instruction set Processors)である。要するにアプリケーションの要件に合わせて命令セットを自由に組み替えられるというものだ。

　Xtensaは「強いて言えば」VLIW+Vectorの構造になる(厳密にはRISC的な要素もあるのだが、無理に分類すればVLIW+Vectorにならざるをえない)が、その命令セットどころか命令長まで自由であり、同じXtensaでも、それこそASICごとに命令セットにはまったく互換性がない。

　ちなみにXtensaはCPUだけでなくDSP(Digital Signal Processor)も利用可能で、どちらか(あるいは両方)を使うか否かも自由に選択できる。それもあってデザイン手法も独特だ。

　一番無難な方法は、Xtensa Processor Generatorと呼ばれているツールを使って命令セットや構成を設計し、ここからプロセッサーのIPを生成するとともに、そのプロセッサーIPをサポートするソフトウェアを自動作成するというものだ。

プロセッサーのIPを生成し、ソフトウェアを自動作成する

　なぜいきなりStage 4か？　というと、Stage 1はありもののCPUを使う、Stage 2はARMなどのIPのライセンスを受けてそのまま使う、Stage 3はセミカスタムのIPを使うというものがあり、その次に来るものだからという話である。ちなみにStage 3で例に挙げられていたのがARC InternationalのARCtangentであるあたり、お互いを強く意識し合っていたのがわかる。

　Tensilicaはさらにそこから一歩進んで、アプリケーションプログラムからそれに合わせたアーキテクチャーを生成するというオプションまで提供していた。

この場合、まずありもののハードウェアベースでアプリケーションを作り、そのアプリケーションコードを食わせて最適なコアを生成する形になるのだろうが、実際にやろうとするとけっこう大変である

　下の画像は2000年頃にあったTensilicaの日本語カタログ(当時は横浜に日本オフィスも構えていた)からの抜粋だが、かなり好きなように内部構成を変更できる仕組みなのがわかる。

Tensilicaの日本語カタログ。基本ISA機能の部分も構成は固定というわけではなく、例えば同時に何命令デコードできるかなどは変更可能だった

　ちなみに上の画像の構成をサポートして実際に稼働させられるXT-1000というボードも当時発売されていた。これは主に評価用で、まだ当時のことなのでXilinx/Alteraともに大容量のFPGAはラインナップしておらず、それもあってXT-1000はAlteraのCPLDを2つ搭載し、ここにXtensaを載せて稼働させる形だった。