NANDでも描画したい！

Kernel/VM探検隊＠東京Part19 の発表スライドです。

Transcript

1. NANDでも描画したい！ 2026/08/22(土) Kernel/VM探検隊@東京 No19 にちか (@lxacas)
2. Demo  NAND型フラッシュメモリでGPUシミュレータを作って レンダリングがしたい！  コンピュータは至るところにある（もちろん、補助記憶にも）  レンダリングの Demo をしたいが8分かかる  発表枠は10分 →時間が無いので今のうちに実行
3. 背景(1/2)：NAND型フラッシュメモリで計算機を3年間作っている 8 bit全加算器(4 Hz)を作る 23/7 世界初のフラッシュメモリを貰う 24/1 命令セットを考えたらFPGAっぽくなった フラッシュメモリコンピュータで オセロAIをお披露目@北陸 24/12 25/12 24/9 nand2tetris(1.9 Hz)を作る 25/10 NANDでチューリング完全を達成 ＆24 bit 減算器(30.8 Hz)
4. 背景(2/2)：フラッシュメモリは計算器の材料に適してない  読み書き消去操作が遅い（μs、msオーダー）  限界まで書き換えると寿命に到達  計算するための素子ではない さらに、  NAND型フラッシュメモリの価格高騰  相次ぐ低容量品のEOL →計算のために書き潰すだなんてとんでもない！ フラッシュメモリ
5. では何故やってしまったのか 動機 （GPUでも、HBMでもない） 「NANDメーカーは負け組」 というネット記事が掲載 →悔しい →GPUを作ってやる（決意 機会 出来る 環境 機会 Kernel/VM探検隊：低レイヤの祭典 正当化 CPUを作った時、多くの人たちに 「頭おかしい」とお褒め頂く →方向性は合っていそう フラッシュメモリで レンダリングする 動機 正当化 やりたい 気持ち もっともな 言い訳
6. フラッシュメモリで計算する原理 1回目の書込 2回目の書込 読出し値 消去 -20V 書込み 20V 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1  初期状態が１。制御ゲートへ高電圧をかけ、電荷を溜めて0を書き込む  消去するときはシリコン基板に高電圧をかけて、電荷を抜く  電荷蓄積膜に電荷が溜まっているかどうかで閾値電圧が変わり、溜まっているほど電流が流れにくくなる（0と読める）  同じセルに連続で書くとBit ANDが取れる →ソフト反転でNANDになる→完全系になる
7. 命名：Nandvia  NAND（型フラッシュメモリ）をVIA（介して）計算するプロセッサだから  NAND flash Vector/Image Accelerator という説もある Nandviaの特長  RISC-V GPGPU  3Dグラフィックスが可能  OpenCL、OpenGLをサポート  Vulkanに対応 全部 Nandviaの材料  フラッシュメモリ製CPU …1個  Vortex …1個  OSSのRISC-V GPGPU  3Dグラフィックスが可能  OpenCL、OpenGLをサポート  Vulkanに対応 のおかげ じゃないか
8. Nandviaの構造  加算器しか持ってねえ！  simxというソフトウェアエミュレータがある →そのALUクラスをフラッシュメモリ加算器に接続 加減算を 100 % フラッシュメモリでやる https://github.com/vortexgpgpu/vortex_tutorials/blob/main/Slides_MICRO58/2.vortex_microarchitecture.pptx
9. 実験結果  Raspberry Pi 5 ＋ 2 Gbit NAND フラッシュを SPI クロック 48M Hzで動作  29分45秒でレンダリング  バグのせいで一部崩れているのが逆に良い感じ 同じくらい感動 ≒ https://www.isas.jaxa.jp/j/topics/topics/2010/0618_3.shtml
10. ところで  シングルコア、シングルスレッドのプロセッサで“GPU”はおこがましい  Vector/Image Accelerator 要素はどこ???
11. フラッシュメモリ製CPUはSIMDっぽいことができる  32 bit 加算1回につき 435 Byte 書き込む  NANDのPage Sizeは2048 Byte  1回の書き込みに4回路分を “載せる”
12. 調子に乗ってマルチコア化  NANDを8コア搭載！！  8 x 4 = 32 スレッド？？？  HW SPIが2個しかないので、 厳密には2コア。 2コア x 4段パイプラインは出来そう （Programのレイテンシを隠蔽） Program command Program NAND#0 NAND#1 NAND#2 NAND#3
13. まとめ  フラッシュメモリ製のGPGPUシミュレータを作った  レンダリング実験に成功した→  SIMD（？）化したら速くなった
14. まとめ  フラッシュメモリ製のGPGPUシミュレータを作った  レンダリング実験に成功した→  SIMD（？）化したら速くなった 9/5, 6のMaker Faire Tokyo2026に 遊びに来てね＠有明GYM-EX