JP2001506781A - ビデオフレームレンダリングエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ディジタル信号及び画像処理と同じくビデオ処理及び動画で用いるためにフレームの全部又は一部を生成するのに必要な、メモリー(２)、ロジック、演算及び制御回路を含む回路（１）が提供されている。集積回路（１）上には１つ又はそれ以上、そのような回路が設けられている。ビデオ又は画像フレーム生成システムは、動画用のフレーム作成において非常に優れた性能、特に、医療用画像の作成、仮想現実、ビデオゲーム及びシミュレーション環境下でのリアルタイムのシーン生成のような、３次元及び他の高性能アプリケーションを提供するために、１つ又はそれ以上のこれらの集積回路、及び随意的に追加のメモリー回路から構成されている。この回路は、高度に最適化された計算性能を備えたシングルチップのＪａｖａエンジンとして作動すると同様に、ＭＰＥＧ４により提案されているような高速オブジェクト指向グラフィクス関係ストリームを処理するのに用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】 ビデオフレームレンダリングエンジン 関連出願の説明 本特許出願は、１９９６年１２月１９日出願の米国仮特許出願番号第６０／０ ３３，４７６号及び１９９７年６月２０日出願の同６０／０５０，３９６号に依 り優先権を主張する。これらの仮特許出願の内容はそのままここに参考資料とし て挙げ、あらゆる目的に供するものとする。 発明の背景 本発明は回路に関する。特定すれば、本発明はビデオフレーム生成タスク、及 びディジタル信号処理（ＤＳＰ）タスクに適した高性能集積回路に関する。 グラフィック産業における中心的課題はフレームを生成することである。各フ レームは画素の四角形配列であり、しばしば１００万以上の画素を含んでいる。 動画、特に３次元動画では、通常、一つの画素を生成するのに数百万回ないし数 十億回の計算を必要とする。同様に、（医療画像作成のような）グラフィックア プリケーションでは、一つ又はそれ以上のフレームの生成を必要とし、更に、し ばしば連続した動画である必要がある。 この必要性を、１９９５年に映画「Ｔｏｙ Ｓｔｏｒｙ」を作ったピクサーの 成果を例に考えてみよう。この映画には１１０，０００個のフレームがある。ピ クサーは８７個のデュアルプロセッサ１００ＭＨｚＳｐａｒｃ２０’ｓと３０個 のカッドプロセッサ１００ＭＨｚＳｐａｒｃ２０’ｓを使った。これは合計で２ ９４個のＣＰＵとなる。ＣＰＵ当たり平均９６メガバイトのＲＡＭがあり、各処 理ノードはローカルの３−５ギガバイトのローカルディスクドライブを有してい た。ディスクファームとそのサーバーは本特許とは直接関係しないが、極めて大 きかった。１つの平均的フレームが１ないし３時間のＳｐａｒｃＣＰＵプロセッ サ時間を要し、映画全体を計算するのに４６日を要した。参考資料（１）参照。 「Ｔｏｙ Ｓｔｏｒｙ」は写真のように写実的ではなかったが、一つのブレー クスルーであった。それは、完全に３次元コンピューター動画技術で製作された 最初の全長長編映画であった。このようなフィルムに写真的写実性を備えさせる には、少なくとも１０倍も計算を複雑化させねばならない。３０時間での写真的 に写実的なフレーム計算を想定しよう。 フレーム生成には多くの異なったプログラムが使用されている。参考資料（１ ９）−（２３）参照。これらのプログラムは複雑であり、且つ高性能である必要 がある。これらはＣ、Ｃ＋＋、ＦＯＲＴＲＡＮのような高レベルの手順、オブジ ェクト指向コンピュータープログラミング言語で作られている。これらのプログ ラムの唯一最も性能的にクリティカルな部分は、ベースにあるレンダリングエン ジンハードウェアを目指してアッセンブリ／マシン言語で直接書かれていること であろうが、つまり、アッセンブリ／マシン言語でのプログラミングは手の出せ ないように高額な出費を要し、難しいからクリティカルなのである。これらのプ ログラムでは浮動小数点方式の計算が一般的であるが、それはその広いダイナミ ックレンジと、プログラミングの容易性の故である。 性能改善に対する必要性は大きい。最良のビデオ編集には毎秒１フレームが必 要とされる。リアルタイム仮想現実には毎秒３０フレームまで作る必要がある。 これら２つの工業的アプリケーションを満足させるには、ビデオ編集に対しては １０８，０００ｘ(＝３０時間／フレームｘ３６００秒／時間)、そして仮想現実 に対しては３，２４０，０００ｘ（＝３０＊ビデオ編集）のスピードアップをし て性能改善する必要がある。 高性能ディジタル信号処理にも同様な必要性がある。代表的要件には画像処理 が含まれるが、これはしばしば、人体及び機器を含む物の内部の画像を構築する ために、時間を通して２次元又は３次元のセンサーアレイから集められてくる。 これらの多次元信号処理アプリケーションは、超音波又は磁気画像センサーバ ンクから画像を構築する。これはフレーム生成と同様な性能要件を有している。 これらのアプリケーションは、３次元又は４次元環境の再構築／シミュレーショ ンにおける解像特性という目標を持っている。（注：ここで言う４次元とは、時 間を通して観察／シミュレーションされた３次元の領域を意味する。）解像特性 は、入力センサー解像能、所与の時間内に計算できるＦＦＴ分析の深さ、丸め誤 差の制御、データフレームの処理を通してのこれら丸め誤差の累算の関数である 。 最小時間で精巧な解像特性を実現するには、生成された画素又は出力データ点 当たり数百万、しばしば数十億回の計算処理が必要となる。ダイナミックレンジ 制御とフレキシブルな誤差丸め制御を提供するために浮動小数点計算方式を利用 するのは極普通である。ソフトウェアが絶え間なく進化することと、多くの異な るアプリケーションの利用のために、アルゴリズム面でのフレキシビリティは優 先事項である。これら異なるアプリケーションはしばしば非常に異なるソフトウ ェアを必要とする。 アプリケーションソフトウェア開発要件は極めて首尾一貫している。特に、大 抵のアプリケーションは、概ねコンピュータープログラミング手順言語、Ｃ、Ｃ ＋＋、ＦＯＲＴＲＡＮで書かれた（参考資料（１１）―（１８）参照）数多くの ソフトウェアを必要とし、マシンレベルプログラミングの使用は、プログラムの 最も性能的にクリティカルな部分に制限される。 目標アルゴリズムは以下の共通の特徴を表示するが、それは即ち、処理要素当 たりしばしば１００ＭＢ領域までになる大量のメモリーを必要とすること、出力 値（画素、データポイント等）当たり非常に多数の算術計算を必要とすること、 全てでなければ大抵の入力値（画素、データポイント等）に基づいて非常に多数 の計算を必要とすること、必要な通信オーバヘッドは計算容量に比較して比較的 小さいことである。 高解像能グラフィクスをサポートするものはこの３０年間に開発されてきた。 参考資料（４０）に見られるような１９６０年代１９７０年代の初歩的な努力の 結果は、特化した最小のハードウェアでのグラフィクスコンピューターシステム を作り出した。その当時には、ＶＬＳＩ（超大規模集積）集積回路（ＩＣ）に対 する考えは殆ど或いは全く無かった。 半導体装置によるグラフィクス産業のサポートは以下の事柄に焦点が当てられ ている。 Ａ．努力の相当部分を使ったスクリーン表示装置のサポートによる、入出力装 置のサポート。この結果として、スクリーンを制御するための専用の集積回路の 開発が行われた。参考資料（２）参照。 Ｂ．高速マイクロプロセッサ及びディジタル信号プロセッサの開発。 Ｃ．高速且つ高密度メモリー装置、特にＤＲＡＭ、ＶＲＡＭ等の開発。 Ｄ．リアルタイム画像処理及びフレーム生成アプリケーション向け特定目的要 素部品の開発。 これらの努力は以下のような基本的限界を持っている。 Ａ．ディスプレイ装置コントローラーは、各フレームが固定された実行構造マ シンにより特定時間内に生成されるというように制限されている。このように、 フレームアルゴリズムが必然的に制限される。 Ｂ．高速マイクロプロセッサ及びＤＳＰは偉大な固有のアルゴリズムのフレキ シビリティを保有し、それ故、「Ｔｏｙ Ｓｔｏｒｙ」を作ったＳＵＮネットワ ークのような高性能専用フレームレンダリング構成で使用される。参考資料(１) 参照。インテルのペンティアムプロセッサが出現した結果、ＲＩＳＣ（縮小命令 セットコンピューター）社会の全てのトリックが統合されることになった。参考 資料（３０）の「付録Ｄ：ＲＩＳＣへの代替：インテル８０ｘ８６」及び参考資 料（３１）の「付録：スーパースカラー３８６」はこれについての良い参考資料 を提供している。参考資料（３０）の「付録Ｃ：ＲＩＳＣアーキテクチャのサー ベイ」は優れた概括を提供している。 しかし、商業ベースのマイクロプロセッサ及びＤＳＰシステムはその大きなオ ーバヘッド回路により厳しく制限されている。現代のスーパースカラーコンピュ ーターにおいては、このオーバーヘッド回路は実際演算ユニットよりも大きいか もしれない。アーキテクチャ性能／コストのトレードオフに関する議論について は、参考資料（３０）（３１）参照。 Ｃ．高性能メモリーは必要ではあるが、メモリーは単に記憶するものでありデ ータを生成するものではないので、高速フレーム生成がこれだけで保証されるわ けではない。 Ｄ．しばしばＤＲＡＭである高性能メモリーと集積回路上で堅く連結されたデ ータ処理要素を統合する特定目的コンポーネントが幾つか提案されている。しか し、これらの成果には全て制限が付いている。（３２）で論議されている回路は 非常に限られた精度の固定小数点演算エンジンを使用している。（３２）で論議 されている回路は、浮動小数点の実行及び、単一プロッセッサのローカルメモリ ーよりも大きなプログラムの取り扱いの際には性能上の制約を受ける。 提案されている特定目的コンポーネントは、アルゴリズムの幾つかのカテゴリ ーを実行するのに最適化されている。これらのコンポーネントには以下のものが 含まれる。 Ｄ１．画像圧縮解凍プロセッサ。これらの回路は重要ではあるが非常に専用化 されており、多様なアルゴリズムに対して一般目的解を提供するものではない。 例えば、このようなエンジンは、Ｃ、Ｃ＋＋、ＦＯＲＴＲＡＮのような高レベル 手順言語で効率的にプログラミングするのは非常に難しくなる傾向にある。これ らをアッセンブリ言語でプログラムする要件には当然、そのようなユニットは、 ソフトウェア開発に大きな経費を掛けることなく、多次元画像作成並びにグラフ ィックフレーム生成のための一般的目的の必要性に取り組まないであろうという ことが含まれている。参考資料（２４）（２５）参照。 Ｄ２．フラクタル、Ｚバッファ、ゴウラウド・シェーディング等のようなグラ フィクスアルゴリズムに最適化されたプロセッサ。これらの回路は、グラフィク スフレーム生成及び画像処理の両方が要求する幅広いアプローチ断面への最適化 を許容しない。参考資料（２６）−（２９）参照。 Ｄ３．ウェイブレット及び他のフィルター、ファーストパス基数４，８又は１ ６ＦＦＴ等のような信号処理プリプロセッサ・アクセレレータ。１次元及び２次 元離散コサイン変換エンジン。これらの回路は様々の大規模フレーム生成タスク を効率的に実行するためにプログラミングするのは難しい。 Ｄ４．マルチプロセッサ画像プロセッサ。これらのプロセッサは一般目的プロ グラミングに適さない混合ＭＩＭＤ及びＳＩＭＤシステムを含んでいる。参考資 料（２１）及び（４１）−（４３）参照。 これらのプロセッサも、クロマティックのＭＰＡＣＴ ＩＣのようなＶＬＩＷ （非常に長い命令ワード）ＳＩＭＤ ＩＣを含んでいる。このようなＩＣは同様 に、効率的コンパイラのサポートを必要とする、商業ベースのアプリケーション で使われる大量の３次元動画ソフトウェアのをプログラムするに必要な計算上の フレキシビリティを提供できない。参考資料（３４）（３９）参照。 Ｄ５．マルチメディア信号プロセッサ。これらのプロセッサも、浮動小数点の サポートの欠如、大型外部メモリーへの広範な外部データメモリーインタフェー スアクセス帯域幅の欠如、不十分な命令処理フレキシビリティ及びデータ処理汎 用性、累算結果に関する非常に均一なデータアクセスメカニズム無しに演算用プ ログラミングをするには非効率且つ困難なベクトルプロセッサへの依存のような 様々な制限を有している。参考資料（３５）−（３８）参照。 必要なのは、ビデオフレームレンダリング及びＤＳＰタスク用の計算に関する 上記制限を排除する計算エンジンである。 発明の概要 ディジタル信号及び画像処理と同様にビデオ処理及び動画に使用するためのフ レームの全て又は一部を生成するのに必要な、メモリー、ロジック、演算及び制 御回路を含む回路が提供されている。１つ又はそれ以上のそのような回路が、集 積回路上に設けられている。医療画像作成、仮想現実、ビデオゲーム及びシミュ レーション環境下でのリアルタイムシーン生成のような、動画、特に３次元及び 他の高性能アプリケーションのためのフレーム生成において非常に優れた性能を 提供するため、ビデオ又は画像フレーム生成システムが一つ又はそれ以上の前記 集積回路、並びに随意的に追加のメモリー回路で構築されている。この回路は、 高度に最適化された計算能力を備えたシングルチップのＪＡＶＡエンジンとして 作動すると同様に、ＭＰＥＧ４で提案された高速オブジェクト指向グラフィクス 関係ストリームを処理するのに用いられる。 ＜ここに請求項を反映した言語を挿入＞ 図面の簡単な説明 図１は本発明の実施例による基本回路のブロック線図である。 図２は本発明の実施例による図１のアレイプロセッサのブロック線図である。 図３は本発明のもう一つの実施例による図１のアレイプロセッサのブロック線 図である。 図４は図１の埋め込み型マイクロプロセッサのブロック線図である。 図５は独立した外部メモリーインタフェースを備えた図１の基本回路２例を有 する集積回路のブロック線図である。 図６は一つの外部メモリーインタフェースを共有する図１の基本回路２例を有 する集積回路のブロック線図である。 図７は独立した外部メモリーインタフェースを備えた図１の基本回路４例を有 する集積回路のブロック線図である。 図８は一つの外部メモリーインタフェースを共有する図１の基本回路４例を有 する集積回路のブロック線図である。 図９は二つの外部メモリーインタフェースを共有する図１の基本回路４例を有 する集積回路のブロック線図である。 図１０は二つの共有された外部メモリーインタフェースと完全に相互接続され たメッセージポートを備えた図１の基本回路４例を有する集積回路のブロック線 図である。 図１１は四つの共有されたメモリーインタフェースを備えた図１の基本回路１ ６例を有する集積回路のブロック線図である。 図１２は二つの共有されたメモリーインタフェースを備えた図１の基本回路１ ６例を有する集積回路のブロック線図である。 図１３は図１の基本回路例をその対応するメモリーモジュールに接続するプリ ント回路ボードのブロック線図である。 図１４は図１の基本回路例をその対応するメモリーモジュールに接続するもう 一つのプリント回路ボードのブロック線図である。 定義 ワイヤ ワイヤは回路の複数のノード間の状態を共有するための機構である。状態は、 電圧、電流、位相、スペクトル分解、光子振幅等これに制限されるわけではない がこれらを含む、ある物理的条件に基づく有限のアルファベットである。記号は アルファベットの個々の要素である。関連する物理的条件の計測値範囲は通常記 号をエンコードする。最も普通に用いられるアルファベットはセット｛０，１｝ 即ち、２進記号セットである。上記スキーム全てを用いる２進システムが存在す る。他の共通に使用されるアルファベットには、３記号アルファベット、例えば {０，１，２}、多重２進アルファベット、例えば｛００，０１，１０，１１｝等 がある。他のアルファベットも使用されている。ワイヤは、例えば（集積回路や 回路板内の）金属の帯、光ファイバー、マイクロウェーブチャネル（時にはマイ クロチャネルとも呼ばれる）として実体のあるものとされる。 ワイヤ束 ワイヤ束は１つ又はそれ以上のワイヤの集まりである。 バス バスはバスプロトコルを保持しているワイヤ束である。バスプロトコルはワイ ヤ束で接続された回路間の通信を定義する。バスは通常コンポーネントワイヤ束 から構成され、そこでは１つ又はそれ以上のコンポーネントワイヤ束が、１つ又 はそれ以上の他のコンポーネントワイヤ束上で、どの接続されたコンポーネント が受信しており、どれが送信しているかを決めることになる。 浮動小数点 浮動小数点表記は数字エンティティを表す状態の集合を含んでいる。集合は、 表示された数の符号、仮数、指数を定義する副集合を含んでいる。このような表 記は、本文書の参考資料で議論されているものに限定するわけではないがこれを 含む、ＩＥＥＥ標準浮動小数点及び特定目的浮動小数点表記を、これに限定する わけではないが、非排他的に含んでいる。浮動小数点表記は非排他的に拡張部を 含んでおり、これにより、各々上記のように数の符号、仮数、指数を含む２つの 副集合が存在する。数字表現は、数が存在する間隔の表現である。浮動小数点表 記は、付加的に非２進システムを含んでおり、そこでは仮数及び指数は２以外の 数の累乗を表す。 プログラム可能有限状態マシン プログラム可能有限状態マシンは、状態レジスタと、可能性としては、その中 に状態条件、量等のある１つ又はそれ以上の追加のレジスタと、状態レジスタ、 追加のレジスタ、外部入力がこれによって状態レジスタ及び可能性のある追加の レジスタに対する次の値を生成する機構とを含むマシンである。 ＳＩＭＤ 単一命令多重データパスアーキテクチャは、同一命令実行サイクルの間に２つ 以上のデータパス上で同一命令を実行する。この基本的コンセプトに対する代表 的拡張は、各データパスに関わる「状態フラグビット」の組込である。これらの フラグは、特定のデータパスが、グローバルに共用された命令の幾つか又は全て を実行可能となるように又は実行不可能となるようにする。 ＳＩＭＤアーキテクチャは、複数のデータストリームを同じように処理する必 要がある状況に最も適している。これらのデータストリームの本来備わっている 同期性は、通信制御問題を度々単純化することにより利点を作り出す。ＳＩＭＤ アーキテクチャは、データパス間でデータ処理が同じでなくなる際にはいつでも 非効率となる。 ＳＩＭＤアーキテクチャは、データパスに共有される命令処理機構はただ１つ しかないので、命令処理オーバヘッドコストは比較的少量しか必要としない。こ の命令処理機構は命令取り出し機構を有する。データパス集合は通常ただ１つの 命令メモリーを必要とする。 ＭＩＭＤ 多重命令多重データパスアーキテクチャは、別個の命令を異なるデータパスユ ニット上で実行する。このアプローチの基本的利点はフレキシビリティである。 如何なるデータ処理ユニットでもそれ自身の命令を、他のデータ処理ユニットと は独立して実行できる。しかし、このフレキシビリティには追加のコストが掛か っている。特に、各データ処理ユニットはそれ自身の命令取り出し、デコーディ ング、順序づけ機構を保有しなければならない。命令取り出し機構はしばしば、 データプロセッサに対しローカルの、少なくとも一つの小さなメモリーを保有す る。このローカルメモリーはしばしばキャッシュである。 （非常に）長い命令のワードプロセッサ（各々ＶＬＩＷ及びＬＩＷ） （非常に）長い命令のワードプロセッサはアーキテクチャの１つのクラスであ り、これによって、条件コード上の分岐のような通常の演算ができるプログラム カウンターと、データパスユニットを個別に制御する多重命令フィールドとを含 む単一命令処理機構が存在する。これらのアーキテクチャ内では、データパスユ ニットはしばしば構造と機能において互いに同じではない。 アレイプロセッサ アレイプロセッサは、１つ又はそれ以上の集合内に配列された複数のデータパ スユニットを有するＬＩＷ又はＶＬＩＷ命令処理アーキテクチャとして定義され る。本発明の実施例では、後に説明するように、データパス集合は、送信ユニッ トを有する共通オペランドバスを経由して受け取る共通オペランドを受け取りそ してそれに則って作動し、各データパスはメモリーから１つ又はそれ以上の追加 のオペランドを受け取り、各データパス集合は、プログラム制御される内部要素 の演算を制御する命令フィールドを保有する命令メモリーを含んでおり、各デー タパスユニットは、１つ又はそれ以上の乗算／累算器（ＭＡＣ）を含んでおり、 各ＭＡＣは多数の累算レジスタを保有している。 乗算−累算器 乗算−累算器は２つのオペランドの乗算と少なくとも１つの他のオペランドの 加算（そして減算の可能性もある）を同時に実行する演算回路である。 高速フーリエ変換（ＦＦＴ） 高速フーリエ変換は、信号のスペクトルを生成するための高度に最適化された アルゴリズムである。様々な含まれるトピックスの徹底的議論のため、参考資料 （１１）（１２）（１５）の関連する章を参照されたい。 ベクトルプロセッサ ベクトルプロセッサはベクトル上で専門に作動するように設計されたアーキテ クチャである。通常、ベクトルプロセッサには深くパイプラインが設けられてい る。ベクトル処理には文献が多数捧げられている。参考資料（４６）−（５３） 参照。参考資料（３０）の「ベクトルプロセッサ」はこの課題についての概括を 提供している。 特定の実施例についての説明 本発明は、メモリー、ロジック、計算及び専用の回路をカプセル化したコスト 効率の良い基本回路と、アルゴリズム、特にビデオフレームレンダリングに用い られる幅広いクラスのアルゴリズムをサポートするに適した制御とを提供する。 基本回路を複写すれば、計算容量を増やして、非常に高い性能要件をサポートす る能力を増やすことができる。 しばしば多次元である高性能信号処理と高性能フレームレンダリンググラフィ クスとの間の差異は僅かである。本文書の中では、議論は、グラフィクスの観点 からフレームレンダリングに焦点を当てており、本発明を適用する際の差異を正 確に述べる必要があるときには注釈を加えている。 図１は本発明の実施例による基本回路１のブロック線図である。基本回路１で は、外部ローカルメモリーインタフェース２用の１つ又はそれ以上のコントロー ラーが基本回路１と関連する（後の図に示す）ローカル外部メモリーへのアクセ スを提供する。このようなローカル外部メモリーは１００メガバイトかそれ以上 のオーダー(Ｔｏｙ Ｓｔｏｒｙ、参考資料（１）参照)、例えば１ギガバイトま でのものであるのが望ましい。マスタメモリーインタフェース及びコントローラ ー（ＭＭＩＣ）６は「大メモリー幅広インタフェース回路」６とも呼ばれるが、 外部ローカルメモリーインタフェース２と様々な他の構成要素との間の、命令を 始めとしたデータの流れを制御する。ＭＭＩＣ６は又、内部ローカルメモリー４ へのアクセスも制御する。基本回路１は又、グローバル外部バスインタフェース （ＧＥＢＩ）７、埋め込みマイクロプロセッササブシステム８、ＤＳＰ（アレイ プロセッサ）９、近接回路通信ポート１０、特定目的回路１１(例えば、専用の フレームジェネレーター回路、コンテントアドレサブルメモリーＣＡＭ、ビット コードパーサ等)、及び図１に示すように回路を相互接続するワイヤ束３、５、 １２、１３、１４、１５、１６、１７も含んでいる。 ＧＥＢＩ７は外部環境とのインタフェースを提供する。この外部バスは、既知 のペリフェラルコンポーネントインタコネクト(ＰＣＩ)、アクセレレイテッドグ ラフィクスポート(ＡＧＰ)、ユニバーサルシリアルバス(ＵＳＢ)、ＩＥＥＥ１３ ９４(以前はファイアウェア)、ファイバーチャネルのような標準的コンピュータ ーバスでもよいし、外部コントローラーホストと多様な本発明の例との間の通信 をサポートするように設計された特定目的のバスであってもよい。 埋め込みマイクロプロセッササブシステム８は基本回路１の作動を制御し、Ｄ ＳＰ（アレイプロセッサ）９又は特定目的回路１１を目標とせずに計算を実行す る。マイクロプロセッササブシステム８は以下にもっと詳しく議論する。 ＤＳＰ（アレイプロセッサ）９は浮動小数点演算を実行する。本発明のある実 施例では、ＤＳＰ（アレイプロセッサ）９は、参考資料として挙げた１９９７年 ６月２０日出願の米国特許出願番号第６０／０５０，３９６号に示し論議されて いるものである。ＤＳＰ（アレイプロセッサ）９は、以下にもっと詳しく議論す る。 近接回路通信ポート１０は、基本回路１とシステム内の基本回路１の他の例と の間の通信を提供する。基本回路が１例だけしか使用されていないシステムアプ リケーションでは、このポート１０は必要ない。特定の実施例では前の文に対す る例外があり、そこではこれらのポート１０の幾つかが、基本回路１の例ではな いが、にもかかわらず基本回路１の例により或いはそれを通して高度な並行処理 から利益を得る他の構成要素（図示せず）との通信を提供する。 基本回路１を多数例有するアプリケーションては、しばしば、基本回路１の例 相互間で、高速並行通信を必要とする。通信ポート１０を設けることにより、基 本回路１はＧＥＢＩ７内にできる可能性のあるボトルネックを低減する。特定の 実施例では、通信ポート１０は正確に２つの例の間に専用の通信を提供し、それ 故、各ポートで使用されるプロトコルは、例えば外部バスインタフェース７で使 用されるバスプロトコルより遙かに単純にすることができる。 一般的に、例相互間の通信には標準的方法が使用されている。例えば、技術的 に広く資料提供されている、メッセージ転送プロトコルに基づく様々な通信スキ ームを使用することができる。同様に、幾つかの「セマフォ」システム又はハン ドシェーキングシステムの何れかを使用して、隣接していない例上で並行順次処 理（ＣＳＰ）演算を同期させ制御する能力を提供することができる。 特定目的回路１１は種々の実施例中に存在し、そうしなければ極度に複雑或い は時間の掛かる、アプリケーションにとって本質的な演算に対し性能強化を提供 する。そのような回路の例には、これに限定されるわけではないが、Ｚバッファ オペレーション、三角埋め、「ＢｉｔＢｌｔｓ」、面張り等を加速させるためのフ レームジェネレーターと、フラクタル圧縮のためのパターンマッチングを加速す るため或いは圧縮されたトークンを例えばハッシュテーブル内への標準処理ポイ ンティングへ変換するためのコンテントアドレサブルメモリー（ＣＡＭ）と、Ｍ ＥＧＡ（ムービングピクチャエキスパートグループ）のような高度に圧縮された 通信及び、サンマイクロシステムズ社の商標であるが、Ｊａｖａのような言語の ための、コマンド及びデータヘッダーをデコードするためのビットコードパーサ とが含まれる。 内部メモリーバンク４はランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）アレイの一つ又 はそれ以上のバンクを含んでいる。これらのメモリーは、本発明の実施例では経 済的なダイナミックランダムアクセスメモリー（ＤＲＡＭ）であるが、他の形式 のメモリーを使うこともできる。好適な実施例では、幅広い構成に編成された合 計１ないし３２メガバイト（ＭＢ）のメモリーが設けられている。１０２４ビッ ト（１Ｋビット）までの幅が考慮されている。６４ビット以上の幅は「幅広」と 考えられている。これらのメモリーについての好適な構成は、これに限るわけで はないが、以下のようなものを含んでいる。 ３２Ｋ ｘ ６４、１２８、２５６、５１２、１Ｋビット ６４Ｋ ｘ ６４、１２８、２５６、５１２、１Ｋビット １２８Ｋ ｘ ６４、１２８、２５６、５１２、１Ｋビット ２５６Ｋ ｘ ６４、１２８、２５６、５１２、１Ｋビット等。 ７２のような２の累乗以外のデータ長へのアクセスを提供する構成は利点を有 し得ることに留意されたい。そのような構成は、ＭＭＩＣ６に統合されている追 加の標準ロジックにより実行される、エラー検出訂正スキームをサポートする。 ＭＭＩＣ６（マスタメモリーインタフェース及びコントローラー）は数多くの 機能をサポートするディジタルロジック回路である。内部メモリーバンク４がＤ ＲＡＭであるか或いはＤＲＡＭがやるようにリフレッシュを必要とする場合、Ｍ ＭＩＣ６は自動的に内部ＲＡＭバンク４をリフレッシュする。ＭＭＩＣ６は、Ｇ ＥＢＩ７、埋め込みマイクロプロセッサ８、ＤＳＰ（アレイプロセッサ）９、そ して可能性があるものとしては近接回路通信ポート１０の例、及び特定目的回路 １１等による、読み取り及び書き込みのための内部ＲＡＭバンク４へのアクセス を許可、制御する。ＭＭＩＣ６は又、ＧＥＢＩ７、埋め込みマイクロプロセッサ ８、ＤＳＰ（アレイプロセッサ）９、そして可能性があるものとしては近接回路 通信ポート１０の例及び特定目的回路１１等による、外部ローカルメモリーイン タフェース２へのアクセスを許可、制御する。 本発明の好適実施例では、ＭＭＩＣ６は、外部ローカルメモリー内のデータ及 び／又は命令のためにモジュール７、８、９、１０、１１から要求を受け取るこ とによりデータ及び命令のフローを制御するための有限状態マシン（ＦＳＭ）を 含んでいる。ＭＭＩＣ６はＦＳＭでエンコードされる判断アルゴリズムに基づき これらを満足させる。データ／命令フロー制御のためのＦＳＭはよく知られてい る。 本発明の好適実施例では、埋め込みマイクロプロセッサ８、ＤＳＰ（アレイプ ロセッサ）９、特定目的回路１１の各々に対し、別個の命令及びデータのストリ ームが維持される。これらの命令及びデータのストリームは通常、プログラム初 期化及びオペレーションの間にＧＥＢＩ７から外部メモリーにロードされた後、 外部ローカルメモリー上に存在する。これらの命令及びデータのストリームは通 常、既知のコンパイラ技法に従って１つ又はそれ以上のコンパイラにより製作さ れ、既知の方法に従って、調整のためある量のハンドシェイキングを組み込む。 ＭＭＩＣ６に加えて、埋め込みマイクロプロセッサ８及びＧＥＢＩ７は、技術 的に知られている方法でデータ／命令フローを制御するための指示を提供する。 例えばマイクロプロセッサ８は、例えばＧＥＢＩ７上でのエラー制御、初期化、 バスエラー処理の捕捉のため、ＦＳＭの制御を先制的に占有できる。 外部ローカルメモリーインタフェース、即ちＥＬＭＩ２用のコントローラー２ は、１つ又はそれ以上の種類の外部ＩＣメモリーにアクセスするため、外部タイ ミング及びインタフェース規定のためのサポートを提供する。例えば、ＥＬＭＩ ２は、ＲＡＭに対し読み取り及び書き込みアクセスを提供し、不揮発性メモリー へは読み取りアクセスを提供する。外部メモリーの幾つか又は全てがＤＲＡＭ関 係（参考資料（５４）の第６、７章参照）である場合、ＥＬＭＩ２は自動メモリ ーリフレッシュをサポートする。最も良い場合、ＥＬＭＩ２はリフレッシュの間 にアクセス要求の待ち行列を提供する。ＥＬＭＩ２は又随意的に、書き込み、消 去、或いは可能性があるとすればゆっくりした演算の間に、アクセス要求の待ち 行列を提供する。 少なくとも外部メモリーの幾つかがプログラム可能で非揮発性（参考資料（５ ４）の第１０、１１、１２章参照）である場合、ＥＬＭＩ２は特定のワードの書 き込みと、適切な、ワードのブロックの消去とを提供する。随意的に、ＥＬＭＩ ２は、あるアプリケーションでの利点を提供するため、非揮発性メモリーオペレ ーションに対する消去保留のような、技術的に知られた追加の機能を提供する。 図１に特定的に示されてはいないが、基本回路１は代替実施例においては、ア ナログ・ディジタル変換器(Ａ／Ｄ)、ディジタル・アナログ変換器(Ｄ／Ａ)、電 圧制御発信器（ＶＣＯ）等及びそれらの対応するワイヤ束のような、１つ又はそ れ以上のアナログインタフェース構成要素を含んでいる。 代替実施例における追加の２次サポート回路は、これに限るわけではないが、 内部クロック乗算器、位相ロックループ(ＰＬＬ)、クロック配布ネットワーク、 一体型自己試験（ＢＩＳＴ）回路、境界走査パス等を含んでいるが、これらは関 係技術で知られているものである。 基本回路１は、フレームレンダリング及び同様なタスク用の高性能計算エンジ ンを提供するために多くのやり方で最適化される設計を有している。埋め込みマ イクロプロセッサ８，ＤＳＰ（アレイプロセッサ）９、特定目的回路１１は、そ の個々の命令及びデータを並行して、且つデータ又は命令の欠如に対する停動を 最小にして処理するための回路資源を十分に備えている。この効率性は、今まで そしてこれからも述べるように、例えば、全体設計から、そして個々のモジュー ルの設計から生じている。例えばワイヤ束１３は、グローバル外部バス７とメイ ンバスインタフェース上の基本フロー処理とは独立した埋め込みマイクロプロセ ッサ８との間の、例えば制御のような処理のための専用のパスを提供することに より、メインバスインタフェース（ＭＭＩＣ６及びワイヤ束１２、１４、１５、 １６、１７）上の帯域幅オーバヘッドを低減する。このやり方で、メインバスイ ンタフェースの帯域幅が維持される。 ある好適実施例では、基本回路１は集積回路（ＩＣ）として実現される。重要 なのは、基本回路１は、その設計により、比較的小さなＩＣ表面積を使って実現 できることである。又、アーキテクチャは単純且つフレキシブルなので、コンパ イラが効率よくその計算ユニットに、特にマイクロプロセッサとアレイプロセッ サに的を絞ることができる。 図２は、本発明の実施例による、図１のアレイプロセッサ９のブロック線図で ある。以下の議論から明らかになるように、アレイプロセッサ９は、引用参考資 料で議論されているように、先行技術のベクトル処理技法を使って効率的に並行 処理することのできない計算を実行することができる。 この計算には、例えば、幾つかの比較的短いベクトルを必要とする計算が含ま れる。例えば、ａ，ｂ、ｃ、ｄ、ｚを全て複素浮動小数点数として、Ｘ＝（ａｚ ＋ｂ）／（ｃｚ＋ｄ）のような複素数関数を計算する場合である。よく知られて いるように、これらの計算並びに同様の計算はフレームレンダリングでは一般的 である。関数を計算する際には、ａ０，ｂ０、ｃ０、ｄ０、ｚ０、Ｘ０が実数要 素として、そしてこれに対応してａ１，ｂ１、ｃ１、ｄ１、ｚ１、Ｘ１が虚数要 素として定義される。浮動小数点除法回路に入る前に、計算は２つの乗算累算パ スで進められる。最初のパスで以下の計算が行われる。 Ａ０＝ａ０＊ｚ０−ａ１＊ｚ１＋ｂ０ Ａ１＝ａ０＊ｚ１＋ａ１＊ｚ０＋ｂ１ Ｂ０＝ｃ０＊ｚ０−ｃ１＊ｚ１＋ｄ０ Ｂ１＝ｃ０＊ｚ１＋ｃ１＊ｚ０＋ｄ１ ２番目のパスでは、共有オペランドが発生するので、Ｂ０とＢ１の結果が乗算累 算器（後に論議する）にフィードバックされる。 Ｃ０＝Ａ０＊Ｂ０−Ａ１＊Ｂ１ Ｃ１＝Ａ１＊Ｂ０＋Ａ０＊Ｂ１ Ｄ＝Ｂ０＊Ｂ０＋Ｂ１＊Ｂ１ 最後に、除算が実行される。 Ｘ０＝Ｃ０／Ｄ Ｘ１＝Ｃ１／Ｄ 図２の実施例によれば、アレイプロセッサインタフェース回路（ＡＰＩＣ）９ ６５は、ＭＭＩＣ６からの命令とデータの要求及び受信、ＭＭＩＣ６へのデータ の送信を制御する。この実施例中のアレイプロセッサ９は多重データパス処理ユ ニット９００の単一の集合９７０を有している。データパス処理ユニット９００ は、簡素化してデータパス９００とも呼ばれる。集合９７０は演算処理ユニット （ＡＰＵ）を形成する。 ＡＰＵ９７０内では、内部浮動小数点表記が使用される。この内部表記は外部 で使用される浮動小数点表記と同じでも同じでなくともよい。一般的に、ＡＰＵ ９７０は、例えば標準ＩＥＥＥ浮動小数点表記のような、少なくとも標準的外部 表記を期待して適用されている。ある好適実施例では、使用されている浮動小数 点表記は、例えば標準ＩＥＥＥ浮動小数点表記の例外ケースを含んでいない簡素 化した表記である。簡素化した表記を使用すれば、例外ケースの複雑性を避ける ことにより、例えば回路サイズに関して、内部効率を高めることができる。例外 ケースはフレームレンダリングとＤＳＰアプリケーションには通常大きく関係す ることはないので、簡素化された表記の使用は現実的である。 ＡＰＵ９７０は、乗算器入力回路として働く共有オペランド回路（ＳＯＣ）９ １０を含んでいる。随意的に、ＳＯＣ９１０は、ＲＡＭがオペランドキャッシュ 又は先入れ先出し（ＦＩＦＯ）待ち行列として使えるか否かを判断するアドレス コントローラーを有するＲＡＭ回路を含んでいる。ＳＯＣ９１０内の第１のサブ 回路（図示せず）は、入力を受け取り、ワイヤ束９０２の状態を捕捉するための 多数の入力レジスタを含んでいる。ＳＯＣ９１０は、第１サブ回路内のレジスタ と連結された第２のサブ回路（図示せず）を含んでいる。第２サブ回路は整数演 算ロジックユニット（ＡＬＵ）(図示せず)を含んでいる。第２サブ回路は、レジ スタからのワイヤ束９０２の状態の選択されたフィールド上で、固定小数点加算 ／減算を（ＡＬＵ内で）実行する。第２サブ回路は又、加算／減算演算の、或い は入力レジスタの選択されたフィールドの固定小数点の結果を、既知の変換アル ゴリズムに従って内部浮動小数点表記に変換する。それ故、第２サブ回路は浮動 小数点変換ユニット（図示せず）を含むと言われる。 ＡＰＵ９７０は又、２つ又はそれ以上の乗算／累算器（ＭＡＣ）をデータパス 処理ユニット９００として含んでいる。ＭＡＣは関係技術分野ではよく知られて いる。各ＭＡＣ９００は、ＳＯＣ９１０から共有オペランドを受け取るためのワ イヤ束９０６に連結されている。各ＭＡＣ９００は又、対応するローカルデータ 記憶装置９２０に連結されている。一般的に、ＭＡＣ９００と同じくらい多くの ローカルデータメモリー回路９２０がある。 演算の間、各ＭＡＣ９００は３つの数Ｘ、Ｙ、Ｚをある数字フォーマットで受 け取るが、ここに、Ｘはワイヤ束９０６を通して受け取られた共有オペランドで あり、ＹとＺはローカルデータ記憶装置９２０からワイヤ束９０９を通して受け 取られる。 各ＭＡＣ９００は２つ又はそれ以上の、好ましくは少なくとも４個のレジスタ を保有する。各ＭＡＣ９００は、乗算及び加算／減算を各句ロックサイクル内に 実行することができ、それにより（恐らくは）現在の又は先のクロックサイクル 内で受け取られたＸ、Ｙ、Ｚの値からＸＹ＋Ｚ又はＸＹ−Ｚを生成する。各ＭＡ Ｃ９００は生成された結果をそのレジスタの１つに条件付きで記憶する。 ＡＰＵ９００は、共有出力及びフィードバックインタフェース（ＳＯＦＩ）９ ４０を更に含んでいる。ＳＯＦＩ９４０は、ワイヤ束（９０７）の内部数字フォ ーマットを、外部的に必要な、必要とされる浮動小数点（例えばＩＥＥＥ浮動小 数点）表記又は固定小数点表記に変換するための標準的技法を用いて適合される 浮動小数点変換ユニット（図示せず）を含んでいる。勿論、内部浮動小数点表示 が外部の表示と同じ実施例では、特定の変換を行う必要はない。ＳＯＦＩ９４０ はそのような変換の結果の伝送を、ＡＰＩＣ９６５へのワイドバス９０１上で制 御する。特定の実施例では、ＳＯＦＩ９４０は又、伝送の前に必要に応じてその 結果を一時的に記憶する。 データメモリー９２０はメモリー回路（９２０）のための対応するアドレスジ ェネレーター（例えばモジュール９５０内に、以下で議論する）を有するか、又 はもう一つのＭＡＣのレジスタの状態が他の２つのオペランドを提供する。 本発明によるアレイプロセッサ９は、例えばベクトルプロセッサを使っては効 率的に実行できない各形式の計算を実行できるようにする。例えば、幾つかの離 散ウェイブレット変換フィルター（ＤＷＴＦ）の計算では、しばしば、幾つかの ベクトルのサブコンポーネントを横切って、幾つかの異なるスカラーを共有する 必要がある。ベクトルプロセッサはこのタスクを実行するのに通常、共有すべき スカラーの数と同じだけ多くのサイクルを必要とする。これらのＤＷＴＦでは、 全ての偶数の入力は全てのフィルター出力に影響を及ぼし、奇数の入力はフィル ター出力の半分だけに影響を及ぼす。この方式で４つの入力を処理すれば、奇数 のエントリーは、ベクトルプロセッサアプローチを使っての並行処理はできない という限界が出てくる。しかしアレイプロセッサ９の場合は、例えば、２つ（又 はそれ以上）の奇数エントリースカラーエレメントをベクトルの異なるコンポー ネントに送ることができるので、これらの問題は最小化される。基数２のＦＦＴ は、１つのベクトルの異なるコンポーネントに対する和と差の両方を提供する。 本発明は、ベクトルの各コンポーネントに対し並行してこれらを提供することに より、ベクトルプロセッサが必要とするように一対のエレメント当たり２サイク ルではなく、１サイクルで結果を導き出す。 図３は、本発明のもう一つの実施例による、図１のアレイプロセッサ９のブロ ック線図である。図３に示すように、アレイプロセッサ９はＡＰＵ９７０を２つ 有している。この構成は、浮動小数点計算が、例えば埋め込みマイクロプロセッ サ等他のモジュールによって実行されるべき他の計算との関係で、浮動小数点計 算が特に沢山あると期待されるアプリケーションに対し追加の並行処理能力を提 供する。更なる実施例では、基本回路１内のＡＰＵ９７０の数を２以上に増やす ことができる。 図３によるアレイプロセッサ９は、（図１に関し）基本回路１が合理化され、 図３によるアレイプロセッサ９に加えて、ＧＥＢＩ７、ＥＬＭＩ２、埋め込みマ イクロプロセッササブシステム８、必要に応じて近接回路通信ポート１０を含み 、しかし、追加の特定目的回路１１及びメモリーバンク４を含まず、それ故、Ｍ ＭＩＣ６のメモリーコントローラーを省略するマスターインタフェース及びコン トローラー６を含まない実施例に用いられている。 図４は、図１の埋め込みマイクロプロセッササブシステム８のブロック線図で ある。埋め込みマイクロプロセッサは関係技術分野ではよく知られている。図４ に示すように、埋め込みマイクロプロセッササブシステム８はマイクロプロセッ サ８００を含んでいる。マイクロプロセッサ８００は、Ｊａｖａ又はＭＰＥＧ− ４、プログラム可能有限状態マシン(ＰＦＳＭ)、又はＲＩＳＣエンジンのような バイトコードマシンとして、好ましくは、ＡＲＭ７ＴＤＭＩ(参考資料（５６） 参照)、又はＭＩＰＳ１６（参考資料（５５）参照）のような３２ビットのデー タパスを備えた１６ビットの命令セットＲＩＳＣとして実現できる。 埋め込みマイクロプロセッササブシステム８は又、随意のローカルキャッシュ ８１０、好ましくは、２−４ウェイインタリーブされた、少なくとも６４頁の、 少なくとも１Ｋワードの合計メモリーを含んでいる。通常、キャッシュメモリー ８１０は、例えば３２ビットワードとして編集される。キャッシュメモリー８１ ０は、１つは命令用、もう一つはデータ用の２つのコンポーネントキャッシュを 含んでいてもよい。 埋め込みマイクロプロセッササブシステム８は又、関係技術分野では知られて いるように、ＲＡＭ８２０又はＲＯＭ８３０のような追加の随意のローカル記憶 装置を含んでいる。ＲＯＭ８３０は、マイクロプロセッササブシステム８及び／ 又は基本回路１のための、例えば初期化情報を含んでいてもよい。 ある好適実施例では、マイクロプロセッサ８００は２バージョンの命令セット を提供するが、そのうち一つのバージョンは長さ１６ビットで、コンパイラ技法 で生成されるコードにより使用される最も普通の命令を含んでおり、もう一つの バージョンは長さ３２ビットである。このようなマイクロプロセッサは、関係技 術分野では知られている。このようなマイクロプロセッサの利点は、生成される プログラムコードの大部分は１６ビットフォーマット内にあるであろうというこ とである。各マイクロプロセッサ８００では、３２ビット又はそれ以上の各命令 取り出しが、更なる命令メモリーアクセスに頼ることなく、次の１ないし３命令 を提供できる。 基本回路１及びアレイプロセッサ９は、ここで論議したように、数多くの注目 に値する利点を有する回路のアーキテクチャ又はクラスを明らかにする。 その利点の一つは、特定の計算集約的アルゴリズムをある環境下で実行する場 合、回路１は、マイクロプロセッサ又は従来型のＤＳＰを使った同等サイズのプ リント回路基板上でそのようなアルゴリズムを実行する場合と比較して、非常に 高レベルの効率を有しているということである。 一般的に、基本回路１は、同じ結果を出す入手可能な他の機構と比べて、回路 サイズに関する要件は低い。それ故、基本回路１は同じ結果を出す他の機構より 安い。アレイプロセッサ９の回路サイズに関する要件が低い要因の一つは、それ が直接には除算を行わないことであり、このことは、大多数の対象としているフ レームレンダリング及びＤＳＰアルゴリズムでは、実際非常に一般的なことでは ない。単精度アルゴリズムのみをサポートするためにＭＡＣが構成されているア レイプロセッサ９の実施例では、大きいクラスのフレームレンダリング及びＤＳ Ｐアプリケーションに対しては通常十分であるので、アレイプロセッサ９の回路 サイズ要件は実質的に更に低減される。 アレイプロセッサ９のアーキテクチャは、（例えばＳＯＣ９１０での）浮動小 数点変換そしてその後に（ＭＡＣ９００での）乗算及び累算が後に続く、固定小 数点の加算／減算の「フロントエンド」を提供する。この「フロントエンド」は 、対称、非対称ＦＩＲ及び低基数ＦＦＴと結びついて基本的な演算を行うことが できる。これらの演算は、しばしば、通常８ないし１６ビットの固定小数点精度 を生成するサンプリング回路から固定小数点バージョンでデータを受け取る実際 のＤＳＰアプリケーションにおいて極めて有用である。 アレイプロセッサ９のもう一つの利点は、丸め誤差を累算する一般的事象に関 係する。ＤＳＰアルゴリズムが演算結果の精度維持するということは非常に重要 である。効率化のため、従来のＤＳＰプロセッサの多くは固定小数点演算を実行 するアルゴリズムを使用している。そのような固定小数点演算は、精度を維持す るため丸め誤差の管理に多大な注意を払わなければならない。これに対し、アレ イプロセッサ９は浮動小数点演算を効率的に実行できる。浮動小数点計算はずっ と良いダイナミックレンジを提供するという利点を持っている一方で、同じ精度 の結果を得るようにプログラムするのが極めて容易である。 特定の、アレイプロセッサ９の実施態様例の能力を検証してみるのは興味ある ことである。この実施態様例では、アレイプロセッサ９は（図３によれば）その ＡＰＩＣ９６５で、ＭＭＩＣ６から少なくとも１２８ビットを受け取る。各ＡＰ Ｕ９７０のＳＯＣ９１０は少なくとも６４ビット（好ましくな１２８ビット）を 同時に受け取ることができる。ＳＯＣ９１０は受け取ったデータを固定８ビット 又は１６ビットの整数フィールドにデコンポーズすることができる。ＳＯＣ９１ ０はこれらのフィールドを４つまでの集合中で同時に加減算できる。この実施態 様例の構成は計算の中でも、基数４のＦＦＴを計算するのに極端に高い性能を達 成できる。 この実施態様例では、アレイプロセッササブシステム９は、２００メガヘルツ （ＭＨｚ）の内部クロック速度を有している。以下の演算を各クロックサイクル 毎に実行することができる。それは即ち、４つの単精度浮動小数点乗算及び４つ の単精度浮動小数点加算と、整数／固定小数点加／減算、整数／固定小数点から 浮動小数点式への変換と、浮動小数点から固定小数点式への変換とである。この 実施態様例では、ローカルデータ記憶装置９２０は、対応するＭＡＣ９００のた めにＹ、Ｚオペランドを取り出している間にＭＭＩＣ６を通したアクセスから受 け取ったデータからの同時ローディングをサポートするため、２ウェイにインタ リーブされている。 この実施態様例では、通信スキームは、標準的技法を使って、ＧＥＢＩ７、Ｍ ＭＩＣ６、埋め込みマイクロプロセッササブシステム８、ＥＬＭＩ２、アレイプ ロセッサ９のＡＰＩＣ９６５の実現の中に具体化されており、アレイプロセッサ ９が、将来に想像されているフレームレンダリング及びＤＳＰアプリケーション の形式に対して、７５％の時間のオーダーで完全に活動的であり続けられるよう にしている。この性能想定は、基本回路１とその内部アレイプロセッサ９に対す るデータのローカリティに基づき妥当である。 この実施態様例の結果としての性能は、上記想定によれば、多くのＤＳＰ及び 特定フレームレンダリングアルゴリズムに対し１−３ギガフロップ（毎秒１０億 浮動小数点演算）であろう。 基本回路１は、１７６ピンＴＱＲＦ（薄型方形フラットパック）のような標準 ＩＣパッケージで実現され、各ＩＣはプリント回路基板スペースの約１平方イン チを占めるものと仮定しよう。そうすれば、本発明のある実施例はこれらのＩＣ を３２個まで保持できるＰＣＩバスカードとして実現でき、これによって僅かの コストで、シリコングラフィクスワークステーション（参考資料(１)Ｔｏｙ Ｓ ｔｏｒｙ参照）の約１６倍の性能が実現できる。 本発明は特に、Ｊａｖａ(参考資料（６４）−（６５）参照)、及びＭＰＥＧ− ４（参考資料（５７）−（６３）参照）のような対話型オーディオ−ビデオ言語 を含むアプリケーションでの使用に適している。ＭＰＥＧ−４標準作業は、多様 なアルゴリズムをカスタマーが目指すハードウェア上で実行できる環境を開発し ている。Ｊａｖａはその定義において基本的にマシンに依存せず、非常に複雑で 計算的に費用の掛かるアルゴリズムを作り出し引き起こす意味的能力を保有して いる。本発明はネットワーク機器の高性能サポートを提供する。 幾つかの実施例の補助説明 本発明の幾つかの実施例を、様式化されたアウトライン形式で、集積回路とし て補足的に説明するが、この集積回路は、 １つの大メモリー幅広インタフェース回路であって、この大メモリーは集積回 路内に配置されていてもいなくてもよく、この大メモリー幅広インタフェース回 路はａａワイヤ束Ｄ０から成るバスＢ０によって大メモリーと接続されており、 大メモリー広インタフェース回路内の両方向トランシーバーは前記接続バス Ｂ０のワイヤ束Ｄ０を接続して、大メモリー幅広インタフェース回路と大メモ リーとの間のデータの転送を提供する、 そのような１つの大メモリー幅広インタフェース回路と、 １つ又はそれ以上のデータ処理回路であって、 プログラム可能有限状態マシン（ＰＦＳＭ）又はマイクロプロセッサの何 れかと、 大メモリー幅広インタフェースに対するデータプロセッサインタフェース回 路であって、このデータプロセッサインタフェース回路はバスＢ１によって大 メモリー幅広インタフェース回路と接続されており、両回路は、 前記接続バスＢ１のワイヤ束コンポーネントＤ１に接続された両方向トラ ンシーバーと、 前記ローカルメモリー回路内で前記接続バスＢ１の前記接続コンポーネン トワイヤ束Ｄ１の主張及び／又は感知された状態を記憶する能力を提供し、 状態がもはや主張されずそれ故前記接続バスＢ１の前記接続コンポーネント ワイヤ束Ｄ１上で感知されないかもしれない後に状態情報を保持できるよう にするローカルメモリー回路とから成り、且つ、 前記バスＢ１のワイヤ束Ｄ１の信号状態が、時間通りに前向き又は後ろ向 きに翻訳されたＤ０の信号状態の幾つか又は全てを含んでいる、即ち、ある 機構によってデータが前記バスＢ０のワイヤ束Ｄ０へ又はそこから転送でき る、 そのようなデータプロセッサインタフェース回路と、 を含む１つ又はそれ以上のデータ処理回路と、 １つ又はそれ以上のアレイプロセッサであって、その各々は大メモリー幅広イ ンタフェース回路へのアレイプロセッサインタフェース回路と、共有オペランド 入力回路と、多数の乗算／累算器と、共有乗算器出力回路と、命令デコーダー回 路とを含んでおり、且つ、 アレイプロセッサインタフェース回路の大メモリー幅広インタフェース回路 への接続はバスＢ２から成り、且つインタフェース回路と大メモリー幅広イン タフェース回路は、 前記接続バスＢ２の接続ワイヤ束コンポーネントＤ２に接続された両方向 トランシーバーと、 前記ローカルメモリー回路内で前記接続バスＢ２の前記接続コンポーネン トワイヤ束Ｄ２の主張及び／又は感知された状態を記憶する能力を提供し、 状態がもはや前記接続バスＢ２の前記接続コンポーネントワイヤ束上 で主張されずそれ故感知されないかもしれない後に状態情報を保持できるよ うにするローカルメモリー回路とを含み、且つ、 前記バスＢ２のワイヤ束Ｄ２の信号状態が、時間通りに前向き又は後ろ向 きに翻訳されたＤ０の信号状態の幾つか又は全てを含んでいる、即ち、ある 機構によってデータが前記バスＢ０のワイヤ束Ｄ０へ又はそこから転送でき るようになっており、 共有オペランド入力回路はバスＢ３によってアレイプロセッサインタフェー ス回路に接続され、しかも、共有オペランド入力回路は、共有乗算器出力回路 と、各乗算／累算器に関係するローカルデータメモリー回路にバスＢ４で接続 されており、且つ、 前記共有オペランド入力回路はワイヤ束の状態情報の幾つか又は全てを受 け取るようになっており、 各乗算−累算器は乗算及び加算機構に加えて２つの独立してアドレス可能な ランダムアクセスメモリーからなっており、且つ、 前記乗算及び加算機構は一つの乗算器入力を共有し、読み取り専用メモリ ーであってもなくてもよい２つの独立してアドレス可能なランダムアクセス メモリーから２つの他の入力を供給されており、 各ランダムアクセスメモリーのアクセス及び制御ワイヤ束は制御ワイヤ束 （ＣＷＢ）のコンポーネントであり、 前記乗算及び加算機構は、乗算−累算器と乗算器出力回路とを共有するワ イヤ束ＭＯへの１つの出力ドライバを保有しており、 各出力ドライバーは制御ワイヤ束ＣＷＢのワイヤ束コンポーネントにより 制御されており、 前記乗算器出力回路はＭＯワイヤ束インタフェースと、乗算器出力メモリー 回路と、乗算器出力インタフェースとから成り、且つ、 前記ＭＯワイヤ束インタフェースはＭＯワイヤ束に接続された入力回路か ら成り、 前記乗算器出力回路はＭＯワイヤ束インタフェース回路の入力回路と、メ モリー回路内に記憶されるべきデータを供給できるような方法で接続さ れており、 前記メモリー出力回路は乗算出力インタフェースと接続され、これにより メモリー回路の状態が、メモリー出力インタフェースからコンポーネントワ イヤ束又は全体バスＢ３の何れかに出力できる、 そのような１つ又はそれ以上のアレイプロセッサと、 を含む集積回路である。 ある実施例では、バスＢ０は更にコンポーネントワイヤ束Ｄ０Ａ及びＤ０Ｃを 含んでおり、且つ 大メモリー幅広インタフェース回路内の出力ドライバは、前記接続バスＢ０ のワイヤ束Ｄ０Ａを接続して、大メモリーデータにアクセスするのに必要なア ドレス信号を供給し、 大メモリー幅広インタフェース回路内の出力ドライバは、前記接続バスＢ０ のワイヤ束Ｄ０Ｃを接続して、大メモリーデータにアクセスするのに必要な制 御信号を供給する。 ある代替実施例では、バスＢ０は更にコンポーネントワイヤ束Ｄ０Ｆを含んで おり、且つ、 大メモリー幅広インタフェース回路内の入力ドライバは、前記接続バスＢ０ のワイヤ束Ｄ０Ｆを接続して、大メモリーデータアクセスの状態を通信するの に使うフィードバック信号を供給する。 ある実施例では、外部回路への通信インタフェースの内少なくとも一つが、請 求されている回路がバスマスターとして作動するバスへの通信インタフェースを 提供する。 ある実施例では、外部回路への通信インタフェースの内少なくとも一つが、請 求されている回路がバススレーブとして作動するバスへの通信インタフェースを 提供する。 図５−１２は、ビデオフレーム生成タスク及び他の概ね並行する計算に対して 近線形昇速を提供するための本方法の使用を示す。統合化のレベルが進むに従っ て、共有外部メモリーインタフェース内への外部メモリーインタフェース通信パ スを集めて一団とすることが重大な利点となってくる。各外部メモリーインタフ ェースは、各ＩＣに多くのピンを追加することにより生産コストに重大な経済的 負担を加える。これはダイのサイズばかりでなく、熱散逸及び電力消費にもます ます影響を与える。外部メモリーとのインタフェースをこの方法で共有すれば、 製造コストに関して通信帯域幅を経済的に最適化できる。 図５は独立した外部メモリーインタフェースを備えた図１の基本回路２例を有 する集積回路のブロック線図である。 図６は一つの外部メモリーインタフェースを共有する図１の基本回路２例を有 する集積回路のブロック線図である。 図７は独立した外部メモリーインタフェースを備えた図１の基本回路４例を有 する集積回路のブロック線図である。 図８は一つの外部メモリーインタフェースを共有する図１の基本回路４例を有 する集積回路のブロック線図である。 図９は二つの外部メモリーインタフェースを共有する図１の基本回路４例を有 する集積回路のブロック線図である。 図１０は二つの共有された外部メモリーインタフェースと完全に相互接続され たメッセージポートを備えた図１の基本回路４例を有する集積回路のブロック線 図である。 図１１は四つの共有されたメモリーインタフェースを備えた図１の基本回路１ ６例を有する集積回路のブロック線図である。 図１２は二つの共有されたメモリーインタフェースを備えた図１の基本回路１ ６例を有する集積回路のブロック線図である。 図１３は図１の基本回路例をその対応するメモリーモジュールに接続するプリ ント回路ボードのブロック線図である。 図１４は図１の基本回路例をその対応するメモリーモジュールに接続するもう 一つのプリント回路ボードのブロック線図である。 参考資料 １．ユーボイス、ジェフ「太陽ハリウッドを行く：１１７ＳＰＡＲＣステーシ ョンレンダー「Ｔｏｙ Ｓｔｏｒｙ」最初の長編コンピューター動画フィルム」、 ＳｕｎＷｏｒｌｄ Ｏｎｌｉｎｅ、１９９５年１１月、ｗｗｗ電子マガジンhttp://www.sun.com/sunworldonline/swol-11-1995/swol-11-pixr.html 参照。 ２．ファック、ヘンリー、米国特許第４，５９０，４６５号「ロジック補強し た画素メモリーセルを使ったグラフィクスディスプレイシステム」１９８２年２ 月１８日出願、１９８６年５月２０日認可 ３．アンドリュー、デビッドＨ他、米国特許第４，６４６，０７５号「データ 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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．作動中にはメモリーと共に作動する集積回路において、前記メモリーに連結 されていて、前記メモリーへのアクセスを制御するように構成されているイン タフェース回路と、前記インタフェース回路にそこからの情報を受け取るため 連結されていて、前記インタフェース回路を制御するように構成されている埋 め込みプロセッサと、前記インタフェース回路にそこからの情報を受け取るた め連結されている、算術計算を実行するためのアレイプロセッサとから成るこ とを特徴とする集積回路。 ２．前記アレイプロセッサが、複数の乗算／累算器と、前記複数の乗算／累算器 の内少なくとも２つに、共有されたオペランドを供給するために連結されてい る共有オペランド回路とから成ることを特徴とする、上記請求項１に記載の集 積回路。 ３．前記インタフェース回路が、幅広いアクセスを提供するためのワイヤ束を含 んでいることを特徴とする、上記請求項１に記載の集積回路。 ４．前記ワイヤ束が、少なくとも２５６本のワイヤから成ることを特徴とする、 上記請求項３に記載の集積回路。