AI半導体設計のための必須理論 ― ニューロンからLLMまで

CPUとRISC-Vを学んでいると、命令の機能は理解できても、「これらの命令は実際のハードウェア上でどのように実行されるのか？」「自分で設計したCPUが本当に正しく動作していることを、どのように確認できるのか？」という点で難しさを感じるようになります。市販の多くの教材はISAの説明や簡単なCPUの例にとどまり、完成済みのIPを使用する場合も多いため、CPUを自分で設計・検証し、実際のFPGA上でプログラムを実行するまでの一連の過程を経験するのは容易ではありません。 私はシステム半導体分野で長年にわたり研究開発と事業に携わり、現在は大学で半導体設計とFPGAを教える中で、このような学習上のギャップを数多く見てきました。そこで本講座では、完成したCPUを提供して動作だけを確認するのではなく、「RV32I命令を実行するには、どのようなハードウェアが必要なのか？」という問いから出発し、CPUの構造をWhite Box方式で自ら設計できるように構成しています。 Volume 3では、Volume 2のTinyRV32Iをベースに、RV32Iの40個の命令を使用するFull-Version 32ビットCPUへと拡張します。データパスとDecoder、Branch・Jump、Byte/Halfword Memory Accessを拡張し、ForwardingとLoad-Use Interlockを実装することで、5段Pipelineがデータ依存性を自動的に処理できるようにします。続いてCSR、Exception、Interrupt、Trap、MRETを統合し、通常のプログラム実行だけでなく、例外や外部イベントまで処理できるCPUを完成させます。 設計はRTL Simulationで終わりません。実際のプログラムをCPU上で実行し、Spike Reference Modelと結果を比較しながら、RISC-V Architecture Compatibility Testの目的と実施・判定プロセスを、実際の検証事例を通じて学びます。最後には、検証済みのCPUをArty S7-25 FPGAに実装し、SwitchとButtonから入力を受けてプログラムを実行し、その結果をLEDに出力するところまで確認します。 この講義が解決しようとしている課題は、単にRISC-V命令をより多く知ることではありません。命令 → CPUアーキテクチャ → Verilog RTL → Pipeline制御 → プログラム実行 → 標準ベースの検証 → FPGA上での実動作を一つの流れとしてつなぎ合わせ、受講生がCPU内部の構造を根本から理解し、自ら設計・検証できるエンジニアリング能力を身につけることを目標としています。

RISC-V命令の動作原理を出発点として、5段パイプライン構造の32ビットCPUを自ら設計し、Verilog RTLの実装からシミュレーション検証、FPGAでの実機動作までを完成させる実践的なCPU設計コースです。 RV32Iの40命令の中から、CPUの基本構造を学ぶために必要な14命令を選定し、TinyRV32Iを段階的に構築します。データパス、パイプラインレジスタ、ALUと制御回路、Branch、Hazard、Stall・Flush、Memory-Mapped I/Oなど、実際のCPUを構成する主要な構造を自ら設計・検証します。 講義で使用するVerilog RTL、Testbench、Assemblyプログラム、Memory Image、FPGA制約ファイルを提供し、最終的にはArty S7-25 FPGA上で、自ら設計したCPUにより実際のプログラムを実行します。 本コースはここで終わりではありません。TinyRV32Iを通じてCPUの基本構造を完成させた後、後続コースではRV32Iの40命令すべてをサポートするFull RV32I CPUへと拡張する、段階的なCPU設計シリーズへと続きます。

CPUを作ろうと決心すると、たいていはまず回路図を探します。ところが図面を広げた瞬間、 答えられない疑問が生まれます。このブロックはなぜここになければならないのでしょうか？ レジスタを読み取る ポートはなぜ2つあるのでしょうか？ 答えはすべて命令にあります。命令が何を要求しているのかが分かれば、どのような回路が必要なのかが 決まります。逆の順序ではいきません。 RISC-Vの講義はすでにいくつもあります。しかし、そのほとんどはスライドに値を表示して "このように なります" と言ったあと、先へ進んでしまいます。受講者には、その値が正しいかどうかを確認する方法がありません。 この講義では、Python製の命令実行シミュレーターも一緒に提供します。run ADDと入力すれば、その 場で機械語がアセンブルされ、32ビットがフィールドごとに展開され、レジスタがどのように変化するのかが 画面に表示されます。教材にあるすべての数字はこのツールの実行結果であり、皆さんの画面上でも同じように 再現されます。 市販のデバッガーにはライセンスが必要で、シミュレーターはインストールが壁になります。このツールはPythonさえ あれば使えます。ボードも、ライセンスも、インストールも必要ありません。 RV32Iの命令40個を一つも漏らさず実際に実行し、回路が何をしなければならないのかを自分で見つけ出していく 過程です。

VerilogとEDAツールを学ぼうとして諦めてしまいましたか？NPUを直接設計する半導体学科の教授が、9つのエクセルファイルでCPUからNPUまで計算しながら理解する方法を伝授します。

機械学習を学ぶと、精度を上げる方法を身につけます。ところが、そのモデルを実際のチップに載せようとした瞬間、誰も教えてくれなかった疑問が残ります。このモデルは何回乗算を行うのでしょうか？何をどれだけ記憶しておく必要があるのでしょうか？現在目標としているチップの仕様で、その要求に対応できるのでしょうか？ 機械学習の教科書は精度について語り、半導体の教科書は回路について語りますが、その間をつなぐ資料はほとんどありません。私はRISC-V CPUとNPUをFPGAで実装しながら、この隔たりに何度も直面しました。精度が最も高いモデルが、実際にはボードに収まらないという状況です。 本講座では、6つのアルゴリズムをPythonで実際に作りながら、作るたびに乗算、比較、メモリ、精度を測定します。そして、その値を実際のFPGAボードのリソースに換算します。乗算が何回という言い方だけでは規模を推し量れませんが、ボードの何パーセントかと言われれば判断できるからです。 9つのLabを経て6つのモデルを1つの表にまとめると、予想とは異なる全体像が見えてきます。乗算を数えるために9つのLabを費やしたのに、実際に足を引っ張っていたのは乗算ではありませんでした。その後、実数を整数に落とし込み、桁数を管理し、回路を評価する基準まで作ります。 FPGAボードは必要ありません。Pythonだけで進め、ボードは測定値を換算する基準としてのみ使用します。

ニューラルネットワークをFPGAに実装する — 言葉には馴染みがありますが、実際に成し遂げた人は稀です。 キャップストーン、競技会、卒業制作で一歩先を行きたいなら、モデルを学習させるだけでなく、その演算が実際のチップの中でどのように動くのかを自ら作り、証明できなければなりません。この講義は、まさにその点、理論と実物ハードウェアの間のギャップを埋めるお手伝いをします。 MNISTの数字を認識するニューラルネットワークアクセラレータ（NPU）を、スペックの読み解きからPythonゴールデンモデル、Verilog RTL設計、FPGA検証まで、最初から最後まで自ら完成させます。ラインバッファと並列MACで作るConv層、ReLU・MaxPool・Flattenを経て全結合層とArgmaxまで — 9つのブロックを一つのチップに統合し、"Pythonの正解とハードウェアの出力が1ビットも違わない（Bit-True）"ことを自ら証明します。シミュレーションは正常に動くのに結果だけが微妙に異なる、そんなもどかしい瞬間を乗り越える方法まで講義に込めました。 整数量子化、配列の軸順序の変換、アキュムレータのオーバーフロー防止など、一般的なディープラーニングの教材では扱われない実戦的なノウハウを一つずつ解説します。私はRISC-V CPU設計とFPGA Bit-True検証を長年手がけてきた中で経験した試行錯誤を、皆さんが繰り返さないようこの講義に凝縮しました。講義が終わる頃には、"自ら設計し、証明した"と言える完成されたハードウェアプロジェクトが手元に残ります。

Verilogの文法は学んだものの、「それで何を作ればいいのか？」で立ち止まっている方のための講座です。FPGAボード1枚で、デジタル時計、超音波距離センサー、OLEDディスプレイ、リアルタイムカメラ映像まで、4つのハードウェアを直接設計します。出力から入力・制御、ディスプレイ、映像へと難易度を上げながら、目に見える成果物を作ることでデジタル設計を体得します。半導体業界30年の経歴を持つ現職教授が、実際のFPGAで検証済みの内容だけを教えます。

FPGAとVerilogは学んだものの、「それで、AIアクセラレータをどうやって直接作るのか？」という段階で立ち止まってしまう方が多くいます。この講義はその疑問を解消します。普及型FPGA一枚と無料ツールだけで、手作業で設計した3×3カーネルから始まり、CNNを直接学習させ、学習済み重みをINT8に量子化してハードウェアに実装した後、Pythonモデルと1ビットの狂いもなく一致するか（Bit-True）まで検証します。半導体業界30年の経歴を持つ現職教授として、実際のFPGAで検証した内容のみを「動作する回路」として教えます。理論ではなく、自ら設計し証明する経験を通じて、ファブレス設計・AI半導体分野で通用する実践的なスキルを身につけることができます。

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AIを研究したり、それを活用してプロジェクトを進める場合、基本的な論文の実装は必須です。この講義を通じて実際の論文を実施し、実務能力をアップグレードしましょう！

電子・半導体産業は超精密工程と複雑なサプライチェーンにより、データ基盤管理と革新が特に重要な分野です。この講義はAI技術を活用して不良検出、工程最適化、予知保全、サプライチェーン管理など電子・半導体製造業ですぐに適用できる実務戦略を扱います。 グローバル企業の実際の事例とともに、中小・中堅企業が現実的に活用できる低コスト・高効率AI導入方法も提示します。これにより受講生は生産性向上とコスト削減だけでなく、未来競争力を備えるAI基盤製造戦略を理解し適用できるようになります。

実務への適用や面接対策でお困りではありませんか？私の現場での経験を活かし、CNNからDETRまでコードを中心にしっかりとレクチャーします。

サムスン電子DS部門のメモリ・S.LSI・Foundry・TSP・AVP評価および分析、SKハイニックスのPE・AE・Solution PEを目指しているものの、事業部と職務の違いで行き詰まっている就職準備生のための講義です。 製品評価職務の実際の業務フローを基準に会社別の職務名を整理し、自身の専攻経験を自己紹介書や面接で活用できる職務言語に変換する方法を学びます。 アナログ回路設計、Verilog/FPGA、工程実験、データ分析の経験などを、歩留まり・Wafer Map・Shmoo Plot・不良分析といったキーワードと結びつけ、志望戦略を立てることができます。

ディープラーニング最新の技術の一つであるVision Transformerを勉強し、Pytorchを利用して論文を実装する講義です。ビジョン分野の新しい未来を私と一緒に体験してください！

40講義の体系的なカリキュラムを通じて、AIの基礎理論から各アルゴリズムの応用AI技術まで学習します。数学的な直感とRコーディングアルゴリズムの学習および実習を通じて、データ分析、機械学習、およびその応用ツールのアルゴリズムのモデラーを構築し、選択・活用する内容まで、即座に適用可能なAIモデル開発能力を身につけます。

味と一緒にAIハードウェアの基本を勉強します。非メモリ設計の専門家として、優れたAI HWを設計するための必須知識が含まれています。

ボストンマラソンのビッグデータに基づいて、PythonとTensorflow 2を利用して、多様で有用な機械学習回帰（Regression）と分類（Classification）プロジェクトを理論とともに学ぶ機械学習総合プロジェクトコースです。

CNNを勉強したのに、まだお分かりになりませんか？ CNNの基本動作原理を、要点だけ簡潔にご説明します。

この講義を通じて、受講生は人工知能コンピュータビジョンのVideo Understanding分野を認識し、Event Detection分野モデルを訓練、評価、テストすることができます。そして、既存のネットワーク構造を改善することでモデルのパフォーマンスを向上させ、＆＃x27;人工知能を研究する＆＃x27;を試すことができます。

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ChatGPTは使っているけれど、 なぜこのような回答が出るのか説明するのに苦労したことはありませんか？ 「RAG、エージェント、ファインチューニング…用語は知っているけれど、正確に説明するのは難しい」 「LLM関連の用語を聞くと、言葉に詰まってしまう」 「AIの会議で概念の説明がいつも曖昧になってしまう」 この講義は、まさにそのような方々のために作られました。 この講義は、LLMを「ツール」ではなく「構造」として理解するための理論講義です。 ChatGPTやGeminiの使い方ではなく、 なぜそのように動作するのかを説明できる基準を身につけることができます。

AIを勉強しようとして、線形代数の数式の前でいつも挫折していませんか？この講義は公式を暗記する代わりに、ベクトルや行列が空間で実際にどのように動くのかを視覚的にお見せします。最後まで受講すれば、ニューラルネットワーク、PCA、SVDの背後に隠れた数学を自力で読み解けるようになります。

本講座は、AI技術を初めて接する学習者でも簡単に理解し、ついていけるように構成された入門コースです。講義を通じてAIプラットフォームの基本概念と使用方法を身につけ、様々なAIツールを活用して画像を直接生成する実習を行います。 このコースを修了すると、AIとより身近になり、創造的なアイデアを視覚的に実現できるAI画像制作能力を身につけることができます。

本講座はAIプラットフォームの基礎から実習まで扱い、AI画像生成技術を習得できるコースです。学習者はAIの基本概念を理解し、様々なツールと技術を活用してAI画像を生成する能力を身につけることができます。このコースを通じてAI分野への理解度を高め、実戦でAI画像を直接生成する方法を学ぶことができます。

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