高性能コンピュータ技術の基礎

内容紹介

コンピュータの歴史は「高性能化の歴史」
高性能で低消費電力なコンピュータの設計技法について解説。
プロセサだけでなく一般的な高性能ディジタルLSIを設計する際にも役に立ちます。

1章で，コンピュータの性能向上のトレンドについて触れ、
2章，3章では、複数の命令を並列に実行する「スーパスカラ」，データ待ちなどの命令を後回しにして実行する「アウトオブオーダ実行」，条件分岐の方向を予測して実行する「投機実行」などの高性能化技術について詳しく説明します。
4章では、複数のプロセサを使う「マルチプロセサ」とそれに伴って必要となる「キャッシュコヒーレンシ制御」などについて説明します。
アウトオブオーダ実行や分岐予測などの機構の実現には，多くの状態の記憶や一致検出などの回路が必要であり，ムーアの法則によるトランジスタ数の増加でこのような機構の実装が可能になってきたことが理解できます。

1990年代から高性能化機構のマイクロプロセサへの実装が開始され，現在でもその改良が続いています。マイクロプロセサの消費電力が100Wを超え，トランジスタを注ぎ込み高性能化を目指す方向の発展が難しくなってきました。
こうした新たな状況より，2000年代からは，「マルチコア化」「マルチスレッド化」や「仮想化」に対するニーズが強くなり，コンピュータのマイクロアーキテクチャに影響を与えてきます。5章では，これらの最近技術を取り上げます。

また，データセンタでは運用コスト面から消費電力低減が強く求められ，利用の広がる携帯機器では電池寿命の点でプロセサの消費電力低減が強く求められています。「省電力化」の技術は最近のマイクロプロセサの設計では一番重要な設計目標となってきており，第6章ではこれらの技術について説明します。

既刊の『コンピュータ設計の基礎』(ISBN978-4-8399-3753-9)では，パイプラインやキャッシュなどの基本的なコンピュータの構造と演算器を中心に説明を行っており，本書で前提となる知識を確認することができます。