「突然訪れた非ノイマン型コンピューターの時代」と題したSCR大喜利。さまざまな分野で同時に技術開発と応用が進んでいる非ノイマン型コンピューターの動きから想像される半導体業界の変化とその方向性について考えることを目的としている。今回の回答者は、慶應義塾大学の田口眞男氏である。

田口 眞男(たぐち まさお)
慶應義塾大学 特任教授
田口 眞男(たぐち まさお)
1976年に富士通研究所に入社とともに半導体デバイスの研究に従事、特に新型DRAMセルの開発でフィン型のキャパシタ、改良トレンチ型セルの開発など業界で先駆的な役割を果した。1988年から富士通で先端DRAMの開発・設計に従事。高速入出力回路や電源回路などアナログ系の回路を手掛ける。DDR DRAMのインターフェース標準仕様であるSSTLの推進者であり、命名者でもある。2003年、富士通・AMDによる合弁会社Spansion LLCのChief Scientistとなり米国開発チームを率いてReRAM(抵抗変化型メモリー)技術の開発に従事。2007年からSpansion Japan代表取締役社長、2009年には会社更生のため経営者管財人を拝受。エルピーダメモリ技術顧問を経て2011年10月より慶應義塾大学特任教授。

【質問1】現状のノイマン型の応用システムの多くは、今後次々と非ノイマン型に代わっていくのか。それとも応用は特定分野に限定されるのか?
【回答】特定分野に限定されると思う。

【質問2】非ノイマン型コンピューティングの発展の恩恵を受けるのは、どのような分野・業種の企業、どのような分野・職種のエンジニアか?
【回答】 FPGA関係、新型不揮発性メモリー関係

【質問3】非ノイマン型コンピューティングの発展で不利益を受けるのは、どのような分野・業種の企業、どのような分野・職種のエンジニアか?
【回答】 2番手戦略の企業

【質問1の回答】特定分野に限定されると思う。

 非ノイマン型が急に注目され始めた感があるが、ノイマン型という、「マイクロプロセッサーとメモリーの2つの構成要素を持ちプログラムとデータをメモリーに蓄え必要な処理をマイクロプロセッサーが行う」というアーキテクチャー以外のものは全て非ノイマン型である。

 ノイマン型は演算器、記憶装置、ソフトウエアと切り分けが明確であり、それぞれの専業が分担して開発できる。インターフェースさえ画定されていれば、それぞれの分野で独自の技術的発展が可能である。ハードウエアはMooreの法則に従って性能向上可能であり、しかも装置はスケーラビリティがある。このためパソコンから大型までほぼ同じパーツが使える、資金力さえあれば引いたロードマップの上を爆走できる、という今から思えば世界的大企業には実に都合よいビジネス環境を与えてくれていた。このため今日のIT文化の発展があったと言っても過言ではないだろう。

 一方、非ノイマン型はステレオタイプが定まらない。このため小規模あるいはベンチャータイプのビジネスと親和性が高い。反面、大企業にとっては現れるものを次々と追っているとJokerカードを引いてしまう危険性もある。だからと言ってゲームに参加しないわけにも行かないため、経営手腕が問われることになる。

 非ノイマン型は「何桁も低消費電力で、何倍も高速に答えを出す」のように書かれたりする。ある場合それは事実であっても、その表現の本当の意味を理解する必要があるだろう。例えば、比較的複雑な伝達関数の振幅・位相特性を求める場合を考えてみる。

 ノイマン型コンピューターで伝達関数の基になっている回路方程式を解くと、回路シミュレータ「SPICE」のように(E)=(I)(R)という行列の方程式を解くことになる。そのとき、節点数が多いと結構時間がかかる。これを非ノイマン型の最たるものであるアナログコンピューターで実行すれば、あっと言う間に電気信号として答えを出す。だからと言って回路設計では、アナログコンピューターを使った方が良いなどと誰も言わない。なぜならば非ノイマン型は一般的にプログラムと演算器の切り分けが曖昧であり、得てしてフレキシビリティに欠け、その都度ハードを切り替えなければならないからだ。このためプログラムだけ書き換えればどんな演算でも処理してしまうノイマン型の方が使い易い。またスケーラビリティの点でもノイマン型に軍配が上がり結局総合的な演算コストの低さにメリットがある。

 非ノイマン型は、例えば最近の流行で言うならば衝突回避や自動運転のような目的もデータの属性も限られた用途においては最小限の資源(ハード量と消費電力)かつ最短時間で答えを出してくれる。そのような条件でのベンチマークではノイマン型よりも遥かに優れた性能を発揮するというのは正しいだろうから何倍も高性能という表現になる。

 非ノイマン型は必ずしも万能選手ではなくむしろ個性的である。従ってノイマン型の欠点が明白に解消できる用途にのみ使われると筆者は予想している。自動車など幾つかの特定大市場向けには、大手企業の参入によって目立つ存在になると思われる。大手が参入しにくいニッチ市場が発掘できるはずで、ベンチャー企業活躍の場になると思う。そのような代表例が量子コンピューターだろう。これは解くべき問題を特定の物理の問題に置き換え物理実験で答えを得るものと伝えられている。

 カナダのD-Wave Systems社の「D-Wave One」ではソルバーとして超伝導状態量子ビットのアニーリング過程を用いるとのことである。ここには他の手段や材料も考えられるだろう。物体そのものの挙動をコンピューティング原理にすると言うならば、前出のアナログコンピューターも似たところがあるし、コンピューティング部分に有機物を用いたら・・・。極論すれば生物の脳を用いたらこれこそまさに脳コンピューターであるがブラックユーモアのようになってしまう。

 いずれにせよ斬新なアイデアでこれまで解答困難か長時間かかる問題をあっという間に解いてしまうマシーンが非ノイマン型コンピューターで実現できる可能性がある。これではまさにゴールドラッシュ状態になってもおかしくないが、その用途は限定されるし、限定されるから意味があるとも言える。

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