東大CPU実験のレイトレを自作CPUの上で動かした話

発表内容を検討するページ。

ただCPUを作る話なら他の人と同じなので、レイトレに特化した話がいいかな？

覚えて帰って欲しいこと

CPU実験やれるかも！という気持ちになってもらいたい

案1

自己紹介

今日話すこと

CPU実験とは？

RISC-V CPUの作成

できあいのモジュールを利用

案2

タイトル

例のレイトレを自作CPUで動かした話

自己紹介

畠山 貴（はたけやま たかし）

永和システムマネジメント所属

RubyなどでWebアプリケーション開発をしている

低レイヤーは趣味

今日お話しすること

自作CPUを作り、その上でレイトレを動かすまでの流れ

各ステップの課題と工夫

自作CPUの設計と実装

MinCamlコンパイラの移植

ライブラリ関数の移植

レイトレの組み込みとデバッグ地獄

東大CPU実験とは？

東大で行われる授業

4人1組でCPUを設計

MinCamlコンパイラを改造し、自作CPU向けのアセンブリを出力

MinCaml製のレイトレーサーを実行し、速度を競う

やばいポイント

CPU設計の解説なし。「自力でやれ」

余裕のある班はUNIXを移植して遊ぶ

始めたきっかけ

東大CPU実験を個人で試してみたくなった

作成したCPU

開発環境

FPGAボード

ULX3S

合成・配置配線ツール

yosys + nextpnr

必要なFPGAのスペック

（気になってる人も多いので最初に）

CPUアーキテクチャ

32ビットRISC-V（RV32IFのサブセット）

整数演算 + 単精度浮動小数点演算

5ステージのマルチサイクル構成

Fetch → Decode → Execute → Memory → Writeback

手抜き

パイプラインなし

割り込みなし

クロックは25MHz（高速化したい！）

メモリ構成

ROM（ブロックRAM）：256KB

RAM（SDRAM）：32MB

メモリバス：PicoRV32 Native Memory Interface を利用

周辺機器

以下をメモリマップドIOで接続

UARTコントローラ

LEDコントローラ

利用した既存のモジュール

FPU

UART

SDRAMコントローラ

実装した命令

（あとで書く）

MinCamlコンパイラの移植

（ファームウェアの開発環境なども入れたい）

ライブラリ関数の移植

レイトレの組み込みとデバッグ地獄

（ファームウェアの開発環境）

苦労したこととやって良かったこと

やってよかったこと

CPUが動いて例の画像が表示された瞬間の感動

低レイヤの理解が深まった

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本

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