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Cell Broadband 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:セル-ブロードバンド-エンジン
外語:Cell Broadband Engine
品詞:商品名

PLAYSTATION 3で採用されたCPU。IBM、SCE、東芝が共同で開発し、第一世代Cellとして発表された。チップ上には「CELL/B.E. CELL BROADBAND ENGINETM」と刻印されている。

目次
概要

64ビットのRISCである。64ビットPOWERベースのプロセッサーコア(PPE)に、8個の演算機(SPE)を搭載するマルチコア・アーキテクチャーのプロセッサーである。

マルチコアだが、中心となる汎用プロセッサーと、8個の演算専用プロセッサーを持つ、異種混在構造を特徴としている。

プロセッサー内部は、次の要素で構成されている。

性能優先で従来にはない特殊な設計となったCPUであるが、それ故にプログラマーが付いてこられないという問題を生んでしまった。

特徴
PPE (Power Processor Element)

PPEは、POWERアーキテクチャーを採用したプロセッサーコアである。

命令セットはPowerPC G5(PowerPC 970)相当であるが、2スレッドSMT機能を持つ。

1次キャッシュは命令・データで各32Kiバイト、2次キャッシュは512Kiバイトがオンダイで搭載される。

ベクトル演算ユニットのAltiVecとVMX(128ビットSIMD命令用コプロセッサー)も搭載されてはいるが、PowerPCアーキテクチャーとして実装されているに過ぎず、これ単体では浮動小数点演算性能は低い。Cellにおいては浮動小数点演算はSPEにて行なわれ、PPEはそれらの管理をすることになる。

SPE (Synergistic Processor Elements)

SIMD構造のプロセッサーであり、浮動小数点演算を主に行なうが、整数演算も可能である。命令は32ビットの固定長である。

128本の128ビット長レジスターファイルを持つSPUに、256Kiバイトのローカルストア(LS)を合わせたものをSPEという。CELLには、規格上は1つ以上、通常は8つのSPEが搭載されているが、SPEはモジュラー構造を採用しているために、増減によって浮動小数点演算能力の調整が可能である。

128ビットなので、倍精度浮動小数点演算(64ビット)なら2スロット、単精度浮動小数点演算または32ビット整数演算なら4スロット、16ビット整数演算なら8スロットを同時演算可能である。

なお、PLAYSTATION 3では8つのSPEのうち7つしか使用しない。これは製造が難しいCELLの歩留まりを上げるためで、一つ故障していても製品として出荷可能にするためである。

EIB (Element Interconnect Bus)

プロセッサーコアと各SPUは、内部バスであるEIBに接続されている。

EIBは環状になったバスであり、左回り、右回りそれぞれ2本ずつある。データは64ビットのタグと128ビットのデータからなる192ビットのパケットで送られ、バス内を循環する。速度は、最大で96バイト/1クロックである。

パケットのタグに宛先を付けてEIBに流すことになるが、その構造上、通信に伴う遅延が常に発生する。しかし直結ではなく敢えてリングバスにしたのは、SPEの増減など、CELLのバリエーション化を想定したためと考えられる。

MIC (Memory Interface Controller)

Rambus社の「XDR DRAMデュアルチャンネル接続に対応するメモリーコントローラーである。

BIC (Bus Interface Controller)

周辺デバイスと接続するためのバスコントローラーで、FlexIOと呼ばれるインターフェイスを提供する。バス幅は96ビットで、96ビットを8ビット単位で上下任意に設定できる。

PLAYSTATION 3では、このバスにGPUを接続する。

その他、CELLを複数用いたSMPシステムを構成する場合、このバス経由で接続することが可能と考えられる。

性能

当初の製品は、90nmのSOIプロセスで製造され、電源電圧は1.3V、動作速度は4.60GHzだが、PLAYSTATION 3では熱設計と消費電力の制約から3.2GHzで使用された。

浮動小数点演算性能は公称218GFLOPSである。参考までに、PlayStation2のCPUのEmotion Engineは、2系統のベクトル演算ユニットの合計ピーク時で6.2GFLOPSである。

コア内部には、2次キャッシュとSPUのローカルストアを合計し、合計で2.5Miバイトのメモリーがオンチップで搭載されている。

利用例

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。

PLAYSTATION 3以外では唯一の民生用途とも言えたCELL REGZAも、全く異なるアーキテクチャーのCEVO Engineへの移行が発表されており、Cell Broadband EngineはPLAYSTATION 3以外で本格的に羽ばたくことはなかった。

リンク
関連する用語
PLAYSTATION 3
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