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Emotion Engine

辞書:科学用語の基礎知識 中央演算処理装置商品名編 (INCPU)
読み:エモーション・エンジン
外語:EE: Emotion Engine 英語
品詞:商品名
2003/04/11 作成
2011/01/05 更新

PlayStation2のCPUであり、東芝SCEIの開発した世界初の完全128ビットマイクロプロセッサーである。Emotion EngineはSCEIの登録商標である。

MIPS R5900をベースに、SIMDを整数演算でサポートするマルチメディア命令107個を追加し、またCPUのレジスターを128ビット32本に拡張した。マイクロプロセッサーコアには64ビット整数演算器2機が搭載されているが、これは1機の128ビット整数演算器としても機能する。

  • CPUコア: MIPS R5900ベース
    • クロック周波数: 294.912MHz(約300MHz)
    • 64ビット整数演算器×2
    • 浮動小数点演算器: FPU (FMAC+FDIV)
    • 16Kiバイト命令キャッシュ
    • 8Kiバイトデータキャッシュ
    • 16Kiバイト スクラッチパッドRAM(SPRAM)
  • ベクトル演算ユニット: VU0/VU1
  • MPEG-2デコーダー: イメージプロセッシングユニット(IPU)
  • メモリーインターフェイス
    • Direct RDRAM 2チャンネル
    • 帯域幅: 3.2Gバイト/秒(3Gバイト/cBeat)
  • グラフィックスインターフェイスシステム: GIF
  • I/Oインターフェイス
  • パッケージ: 540ピンPBGA
    • 集積トランジスタ数: 1,050万個
    • コア電圧: 1.8V
    • 消費電力: 15W
    • プロセスルール: 250nm→180nm→150nm→90nm(0.09µm) とシュリンク
    • ダイサイズ: 240mm²(250nm)→110mm²(180nm)→73mm²(150nm)→86mm²(90nmでEE+GS)
  • 浮動小数点演算性能: 6.2GFLOPS (ピーク時)

レジスターやデータバス、内部キャッシュメモリーまでが全て128ビット化されたスーパースケーラー構造のプロセッサーである。

ベクトル演算ユニット

性能

Emotion Engineを特徴付けるのが、2系統の単精度ベクトル演算ユニット(VU)である。

このVUはRISCであるCPUコアとは異なり、32ビット長命令2つを収めた2イシュー64ビット長のVLIWで、命令のうちアッパーインストラクションがFMAC群に、ローワーインストラクションがFDIVやEFU、ロードストアユニットなどFMAC以外のユニット群に発行されるようになっている。また、CPUとは独立した、16ビット整数レジスターと128ビット浮動小数点レジスターを持つ。

すなわち、CPUコアと二つのVUは別々のマイクロプロセッサーであり、いうなれば1チップ上に複数のプロセッサーを統合したマルチコアプロセッサーと呼ぶことが可能である。

浮動小数点演算については、ゲームで用いるIEEE 754単精度(32ビット)だけに対応し、倍精度(64ビット)などはゲームでは使わないので対応しない、実に潔い設計がなされている。

128ビットレジスターには4個の単精度浮動小数点データが格納でき、各4個のFMACで、3Dグラフィックスの4×4のマトリックス演算を並列処理できる。2系統の浮動小数点演算性能はピーク時で6.2GFLOPSとなる。

VU0とVU1

これらはそれぞれVU0とVU1と呼ばれ、双方は同等のアーキテクチャーであるが、それぞれ役割が異なり、接続などが大きく違う。

VU0は4個の浮動小数点積和演算器(FMAC)と1個の浮動小数点除算演算器(FDIV)を持ち、マイクロ命令用メモリー(命令用/データ用各4Kiバイト)を持つ。

対してVU1は5個の浮動小数点積和演算器(FMAC)と2個の浮動小数点除算演算器(FDIV)を持ち、マイクロ命令用メモリー(命令用/データ用各16Kiバイト)を持つ。そしてVU1には更に、ジオメトリパイプラインで多用されるサイン/コサイン演算を行なうEFU(エレメンタリファンクションユニット)が搭載されており、FMACとFDIVの各1個ずつはこのEFU内に格納されている。

VU0はCPUコアと専用の128ビットポート直結されているため、CPUと同期する処理に向く。言うなれば、CPUの第二のコプロセッサーである。対してVU1はCPUとはメインバス経由で接続される。その代わりEFUを持ち、更にグラフィック処理を行なうGraphics SynthesizerとのインターフェイスGIFへの専用ポートを持っている、CPUよりGPUに近い存在である。これはVU1がグラフィック処理専用に設計されているためで、VU1が生成したデータをメインバスを使わずに渡せるように考慮されている。

バス

CPU内部に128ビット内部バスがあり、各ユニットが結ばれている。

CPU内には大きく次のようなものがあり、それぞれがこのメインバスに直結されている。

  • CPUコア
  • VU0
  • VU1
  • GIF (グラフィックスインターフェイスシステム)
  • IPU (イメージプロセッシングユニット)
  • メモリーインターフェイス
  • I/Oインターフェイス
  • DMAC
  • SIO
  • タイマー
  • 割り込みコントローラー

基本的にはメインバス経由でコンタクトを取ることが可能だが、他に専用バスで直結される組み合わせがある。

  • CPUコア 〜 VP0
  • VP0 → VP1
  • VP1 → GIF
  • 割り込みコントローラー → CPUコア

高性能なプロセッサーではあるが、それほど多くは利用されていない。

  • PlayStation2
  • PSX
  • WEGA
  • システム P246 (ナムコと山佐の開発したパチスロ用基板)
用語の所属
128ビットマイクロプロセッサー
EE
関連する用語
Graphics Synthesizer

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