― Top-k出力型・確率閉域計算チップという設計思想 ―

はじめに：この技術は「何を潰しに行くのか」

生成AI・大規模推論における産業利用の支配項は、
演算性能ではなく I/O（HBM / VRAM / 転送電力） に移りつつあります。

本構想は、この前提を出発点に、

計算をタイル内に閉じ込める
外に出すのはTop-kと最小限のメタ情報のみ
中間値・分布・逐次ストリームを一切出さない

という設計によって、
問題サイズとI/O量を非連動にする計算チップを定義します。

一文定義

「DSD拡散信号を用い、相関・積分・残差評価・停止をタイル内で完結させ、Top-kのみを外部に出力する閉域確率演算チップ。アナログ誤差を前提とし、破綻しない収束挙動を設計対象とする。」

本構想を構成する3つの技術

① タイル内閉域計算技術（Closed-Tile Computing）

相関 → 積分 → 残差評価 → 停止までをタイル内部で完結
外部I/Oは Top-k＋最小メタ情報のみ
中間状態・分布・逐次値を外に出さない

技術的本質：I/O非依存スケーリング構造

② DSD-CDMA確率演算技術（Time-Accumulated Stochastic Compute）

入力：DSD（1bit高レート）＋拡散
計算：相関は物理、精度は時間積分で獲得
精度は「値」ではなく順位・差・収束で扱う

技術的本質：分解能を時間に逃がす演算モデル

③ 誤差前提アナログ計算制御技術（Error-Tolerant Analog Control）

ばらつき・温度ドリフト・ノイズを前提条件として設計
正確化ではなく破綻しない劣化を作る
保証は「値」ではなく停止条件と閉域性

技術的本質：アナログ誤差を含んだまま意味を取り出す構成法

システム目的

HBM / VRAM / I-O電力爆発の回避
大規模並列時に「転送」ではなく物理過程で計算
出力は常に縮約済み結果のみ

タイル内構成（基本ブロック）

DSD入力
拡散・直交符号化
相関器群
積分器群
ノイズ整形・正規化
残差・安定性評価
停止制御FSM
Top-k抽出・出力

※反復・追加窓・終了判断はすべてタイル内。

停止条件（確定仕様）

B条件：Top候補と次点の差が閾値超過
A’条件：一定窓で順位が不変

→ 停止判断はスカラー量のみ

I/O設計原則（SegWit構造）

入力：初回DSD注入のみ
出力：Top-k＋停止理由＋最小メタ
中間状態・分布・重みの外部転送なし

→ I/O量は問題サイズと非連動

（※SegWit＝I/Oを分離・縮約してスケールさせる設計比喩）

想定アナログ誤差モデル

E1 固定ばらつき → 初期キャリブレーション・係数吸収
E2 温度ドリフト・経時変動 → メンテナンスモード更新
E3 ランダムノイズ → DSD＋積分で平均化
E4 同相ノイズ（最重要） → 電源島・基準分離・EMI遮断
E5 非線形・リーク・飽和 → 短窓反復＋残差判定

誤差に対する設計方針

値を正確にしない（順位と差のみ）
誤差は係数に閉じ込める
誤差は停止条件で制御する
誤差の相関を壊す（ディザ・物理分離）

大規模並列での主要リスク

直交性崩れ（遅延・位相・ゲイン勾配）
同相ノイズ化
積分無効化
I/O境界崩壊

対策軸

物理

EMI抑制・基準分離・電源島化

運用

既知刺激による推定
低頻度メンテナンス更新

計算モデル

直交集合クラスタ化
スクランブル・ディザ
意思決定合成（投票）

PoC評価指標

並列数 vs 収束時間
温度勾配 vs 順位安定率
同相ノイズ vs 誤停止率
積分窓 vs 実効精度

※精度より「収束相図」重視

同相ノイズ対策：オーディオ高度技の写像

基本認識

完全同相・観測不能成分は統計では消えない → 物理遮断が最後の砦
実環境は多くが「低次元共通モード＋残差」→ 観測設計で推定可能

オーディオ界隈の高度技 → チップ写像

1. DCサーボ
→ 低速共通モード推定・係数更新

2. チョッパ / オートゼロ
→ 符号反転・パイロット注入で共通成分可観測化

3. CDS（相関二重サンプリング）
→ 同一積分器で基準窓/信号窓を取り差分

4. ノイズシェーピング（ΔΣ / DSD）
→ 意味帯域のみ残す

5. 誤差フィードフォワード
→ 低速監視経路で共通揺らぎ推定

暫定仕様方針

低次元共通モード：観測＋推定で吸収
高速・完全同相：物理遮断で対応

最後に

この構想は「高精度演算器を作る話」ではありません。
誤差を含んだ物理系を、閉域と停止で“計算機”に変換する設計です。

評価軸は精度ではなく、
「並列にしたときに破綻せず、止まるか」 です。