Verilogで読み解くGPUの深淵。tiny-gpuで並列処理の「真理」に触れる


Verilogで読み解くGPUの深淵。tiny-gpuで並列処理の「真理」に触れる

adam-maj/tiny-gpu

2026-01-18

今日は、伝説の魔導書（リポジトリ）「tiny-gpu」について、魔法少女アニメの特訓回みたいなノリで解説しちゃうね！

私
「ねえ、精霊さん！強敵（重い計算）を倒すために、最強の魔法を覚えたいんだけど……CPUだけじゃ限界があるよ〜！」

精霊「落ち着け、マギカ。CPUは『何でもできるけど一人しかいない天才魔術師』だ。でも、画像処理やAIみたいな大量の敵には、『単純な攻撃しかできないけど、100人いる魔法使い軍団』が必要なんだ。それがGPUさ！」

私
「でも、市販のGPUは複雑すぎて中身が読めないよぉ……。」

精霊「そこでこの『tiny-gpu』だ！これは、GPUの核心部分だけをVerilog（ハードウェア記述言語）で書いた、究極の入門書なんだよ。」

この魔導書を使うと、こんなスキルが身につくよ！

「並列処理」の真理
どうやって一度にたくさんの計算を命令しているのか、その仕組み（SIMDなど）が物理レベルでわかる！

ハードとソフトの境界線
レジスタやメモリ、命令セット（ISA）がどう繋がっているか、霧が晴れるように理解できる！

自作プロセッサへの道
「あ、これなら自分でも魔法（ハードウェア）を設計できるかも？」っていう自信がつく！

「よし、さっそく自分のPC（魔法の祭壇）に召喚してみよう！」

Verilator
VerilogをC++に変換してシミュレーションする魔法の粉。

Python
テストコードを書くための使い魔。

GTKWave
信号の動き（波形）を視覚化する水晶玉。

# 聖域（リポジトリ）を複製！
git clone https://github.com/adam-maj/tiny-gpu.git
cd tiny-gpu

# 魔法をビルド（シミュレーターの作成）
make

「中身をちょっとだけ覗いてみよう。これがGPUの『心臓部』だよ！」

// tiny-gpuのコア部分のイメージ（簡略化してるよ！）
module gpu_core (
    input clk,
    input [31:0] instruction, // 魔法の呪文
    input [31:0] data_in,     // 魔力（データ）
    output [31:0] data_out    // 放たれた魔法
);
    // 複数の演算器が同時に動くのがGPUのヒミツ！
    // tiny-gpuでは、これを最小構成で実装しているんだ。
    always @(posedge clk) begin
        // ここで計算（加算や乗算）が行われるよ！
    end
endmodule

私
「わわっ！意外とシンプル！？これなら私でも読めそう！」

精霊「マギカ、この tiny-gpu を読み解けば、君はただ魔法を使うだけの存在から、『魔法そのものを設計する賢者』になれる。現代のAIブームだって、元を辿ればこの小さな回路の積み重ねなんだ。」

私
「ありがとう、精霊さん！私、この tiny-gpu で、世界をサクサクに動かせるエンジニア魔法少女になるね！」


adam-maj/tiny-gpu