R4200

R4200マイクロプロセッサの概要

R4200は、MIPS III命令セットアーキテクチャ（ISA）を実装したマイクロプロセッサであり、MIPSテクノロジーズ（MTI）によって設計され、NECによってライセンス提供され、VR4200として製造・販売されました。このプロセッサは、1993年に80MHzバージョンが発表され、1994年には100MHzバージョンが登場しました。特に低消費電力を重視したWindows NTマシン（ノート型など）をターゲットにして設計されており、MTIはその性能が整数演算においてi486ハイエンドを上回り、初期のPentiumの80%に相当すると見込んでいました。

しかし、実際にはR4200はパーソナルコンピュータには広く使用されず、NECのノートPCモデルEWS4800にのみ採用され、結果として主に組み込みシステム向けに焦点を変更することとなりました。このような市場の再設定により、R4600プロセッサと競争することになったのです。

構成と性能

R4200は、5段の古典的な命令パイプラインを採用しています。注目すべき点として、浮動小数点数演算において仮数部の計算を整数用の演算機構で行い、指数部は異なる演算機構で処理する点が挙げられます。このアプローチにより、トランジスタの数を減少させ、コスト、チップのサイズ、消費電力を削減しています。ただし、浮動小数点演算の性能は低下してしまいますが、R4200がターゲットとする用途ほどの高性能を要求されることはありませんでした。

内蔵キャッシュについては、R4200は16KBの命令キャッシュと8KBのデータキャッシュを備えています。これらはどちらもダイレクトマップ方式を使用し、命令キャッシュのラインサイズは32バイト、データキャッシュのラインサイズは16バイトです。また、データキャッシュはライトバック方式を採用しています。

TLB（Translation Lookaside Buffer）は、データ用と命令用に分割されており、データ用は32エントリ、命令用は4エントリがあります。物理アドレスは33ビット幅をサポートし、システムバスは64ビット幅で、プロセッサの内部周波数の半分の周波数で動作します。 R4200は130万個のトランジスタを81 mm²のチップに集積しており、NECは0.6μmのCMOSプロセスで製造しています。

パッケージは179ピンのCPGA（Ceramic Pin Grid Array）と、208ピンのPQFP（Plastic Quad Flat Package）があり、R4000/R4400、R4600とのピン互換性も持っています。電源電圧は3.3Vで、80MHz動作時の平均消費電力は1.8W、最大では2Wに達します。

R4300iの派生版

R4200の派生版としまして、MTIが組み込み用途に特化して設計したR4300iも存在します。このプロセッサは1995年4月17日に発表され、NECと東芝にライセンス供与され、VR4300およびTX4300として販売されました。R4300iには100MHz版と133MHz版があり、NECが製造したVR4300はわずかに修正が加えられ、ゲーム機NINTENDO 64に使用されました。この結果、MTIとNECは大きな収益を上げ、1997年のRISCチップ市場においてMIPSアーキテクチャがトップに立つ要因となりました。

R4300iでは、整数演算器が改良され、システムバスはコスト削減のために32ビット幅に縮小されています。チップサイズは45 mm²で、0.35μmプロセスで製造され、120ピンのPQFPパッケージで提供されています。電源電圧は3.3Vで、消費電力は100MHzで1.8W、133MHzで2.2Wに達します。

さらに、NECはVR4300の派生品として、VR4305とVR4310を1998年1月20日に発表しました。VR4310は100MHz、133MHz、167MHzの動作に対応し、0.25μmプロセスで製造されています。これらの進展は、R4200およびその派生型の技術的進歩を示していると言えるでしょう。

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