第4章：AI半導体の技術概要

Chapter 4: Technical Overview of AI Semiconductors

4.1 AI処理における計算の特徴

Characteristics of Computation in AI Processing

深層学習をはじめとするAI処理では、以下のような演算負荷の高い処理が繰り返し行われます：
In AI workloads such as deep learning, the following computationally intensive tasks are repeatedly performed:

これらを高効率に処理するため、汎用CPUとは異なる専用アーキテクチャが求められ、
AI半導体市場の多様化を生んでいます。
To process these efficiently, specialized architectures distinct from general-purpose CPUs are required, driving diversification in the AI semiconductor market.

4.2 主なAIアーキテクチャとその特性

Main AI Architectures and Their Characteristics

✅ GPU（Graphics Processing Unit）

JP: GPUは「汎用性のあるAIアクセラレータ」として、AI黎明期から市場を牽引してきた。
EN: GPUs have driven the AI market from its early days as a “versatile AI accelerator.”

✅ TPU（Tensor Processing Unit: Google）

JP: Google独自設計により、特定モデルに対する計算効率を最大化。
EN: Google’s custom design maximizes computational efficiency for specific models.

✅ NPU（Neural Processing Unit）

JP: 「スマホの中のAIチップ」として一般消費者向け製品にも普及。
EN: Widely adopted in consumer devices as the “AI chip inside smartphones.”

✅ ASIC（Application Specific IC）

JP: 限定用途において、汎用アーキテクチャを凌駕する性能を発揮。
EN: Outperforms general-purpose architectures in specialized applications.

4.3 LLM（大規模言語モデル）とハードウェア要件

Large Language Models (LLMs) and Hardware Requirements

LLMs require far greater computational resources, bandwidth, and power than previous AI models.
大規模言語モデルは、従来のAIモデルを遥かに上回る計算資源・帯域・電力を必要とします。

🔍 LLM処理の技術的要求 / Technical Demands

💡 ハードウェア設計のポイント / Hardware Design Focus

領域 / Area 最適化技術 / Optimization Techniques
行列演算 / Matrix Ops Parallel MAC units, variable precision (FP8, BF16)
メモリ / Memory HBM, SRAM, on-chip memory, chiplet integration
インターコネクト / Interconnect NVLink, Infinity Fabric, PCIe Gen5
電力最適化 / Power Optimization Dynamic Voltage Scaling, active power management

4.4 ソフトウェアとの共設計：AI時代の新常識

Hardware-Software Co-Design: The New Norm in the AI Era

AI semiconductors are now designed with hardware-software co-design as a fundamental principle.
AI半導体はハードウェアとソフトウェアの協調設計を前提としています。

代表的要素 / Key Elements

JP: ハード単体ではなく、「ソフト統合性能」が競争軸に。
EN: The competitive edge lies in “integrated performance” with software, not hardware alone.

✅ 本章のまとめ / Chapter Summary

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