株式会社ジャバテルJAVATEL Inc.
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特願 2026-046625 (Subset B)

PSDP — 同一言語並列化

Java 8 / 17 / 21 Rust C / C++ C# Kotlin Kotlin coroutines Go Scala Clojure Erlang Python Node.js PHP Swift FORTRAN Common Lisp

Phase-Synchronous Deterministic Parallelism。 逐次プログラムを 同じ言語のまま 並列化し、出力結果を 1 ビットも変えない。 交換子ノルムによる位相同期が、並列実行時の決定論を代数的に保証します。

主要計測値

3.38 ×
Compute heavy
NENC kernel sweep (Java 8)、cores 数増加で線形に近いスケール
2.17 ×
Graph 系
GRA kernel sweep (Java 8)、メモリ帯域支配で逓減
1.02 ×
DB 系 (TPC kernel)
I/O bound に近づき頭打ち、ただし bit-exact は維持
3072 / 3072
AVX-512 ブロック
32-lane SIMD で bit-exact PASS、AVX2 比 ±5% (memory-bound)
11
安全機構
請求項 29-32、SlimeSyCUDA で GAME_MIN〜SAFETY_MAX の 5 プロファイルに展開
12+
対応言語
track_c/converter_* で Subset A の各言語に PSDP 同梱

仕組み — 交換子ノルム位相同期

並列実行が逐次実行と同じ結果を返すための充分条件を、関係作用素の 交換子ノルム ‖[A,B]‖ から導出。 実行時に交換子が一定閾値以下に保たれるよう 位相同期 (phase-sync) を強制し、Bötcher–Wenzel 不等式を介して SNR (実質的な数値ズレの上界) を解析的に与えます。 これにより、「並列にすると数値が変わる」というよくある現象を理論的に排除できます。

// PSDP 適用例（OrderBatchProcessor_PSDP.java、抜粋）
// ・元の逐次コード (OrderBatchProcessor_ORIGINAL.java) と
//   入出力 sha256 が完全一致することを bench で検証
public class OrderBatchProcessor {
    public Result process(List<Order> orders) {
        return orders.parallelStream()        // 並列化はここだけ
            .map(this::settle)
            .collect(PSDP.phaseSyncReduce(...));   // 位相同期 reduce
    }
}

並列化の差分は API 呼び出し数行のみ、ロジック書き換え不要。 逐次版と並列版の出力 sha256 が一致することを Bench が回帰検証します。

3 層構成

PSDP は同一原理を 3 つの層に渡って適用します。 どの層でも「位相同期 + 交換子ノルム閾値」が結果同一性の証明手段です。

Layer 1 — Algorithm アルゴリズム並列化 逐次 バッチ→並列バッチ。Java parallelStream 等を「結果を変えない」形で導入。
Layer 2 — QP 量子化パラメータ並列 映像/信号 の QP 制御を並列にチューニング、SlimeCodec / SlimeSyCUDA 系で活用。
Layer 3 — SIMD 命令レベル並列 AVX-512 32-lane の svt_av1_quantize_fp 化で bit-exact 3072 blocks PASS、AVX2 比 ±5% (memory-bound)。

11 安全機構 (請求項 29-32)

並列実行が決定論を逸脱しそうな場面を 11 種に分類し、各々に安全機構を備えます。 SlimeSyCUDA (GPU 拡張) では、これらを段階的に on/off できる 5 プロファイル化:

GAME_MIN ゲーム向け最小オーバーヘッド設定。安全機構を最小限に絞り、フレーム時間優先。
BALANCED 平均的設定。一般的な並列化用途。
STRICT 金融計算・科学計算向けの厳格設定。bit-exact 検証を毎ループ実施。
AUDIT 監査ログ完全記録。Subset A の audit chain と接続、変換+並列の往復証明が可能。
SAFETY_MAX 11 機構すべて on。航空・医療等のミッションクリティカル用途想定。

対応言語 (各言語に PSDP 実装同梱)

Subset A の 5 言語に加え、研究実装として更に多言語に展開済 (track_c/converter_* 配下に 23 converter)。 同一の Slot IR 上で「逐次版」「PSDP 並列版」の対が生成されるため、 移行 (Subset A) と並列化 (Subset B) を 1 つのパイプラインで両立で きます。

Java 8toJava 8 / Java 8toJava 17 / Java 17toJava 17 / Java 17toJava 21 / Java 21toJava 21 Rust2Ryst C2C / C++2C++ C#2C# Kotlin2Kotlin Kotlin coroutines2Kotlin coroutines Go2Go Scala2Scala Clojure2Clojure Erlang2Erlang Python2Python Node.js2Node.js PHP2PHP Swift2Swift FORTRAN2FORTRAN Common Lisp2Common Lisp

ベンチマーク (Java 8、cores sweep)

カテゴリ kernel 速度向上 備考
Compute NENC (numerical equivalence) 3.38 × cores 数に対しほぼ線形、CPU bound
Graph GRA (graph kernels) 2.17 × メモリ帯域で頭打ち、bit-exact 維持
Database TPC (transaction) 1.02 × I/O bound、ただし結果不変を保証
SIMD svt_av1_quantize_fp (AVX-512) 3072 / 3072 bit-exact PASS、AVX2 比 ±5% (memory-bound)

※「速度向上のために結果が変わる」よくある妥協を排除し、bit-exact 維持を絶対条件としています。 DB 系で 1.02× に留まるのは I/O 律速の物理限界であり、安全機構が邪魔をしているわけではありません。

監査適合性

  • Bit-exact逐次版 と並列版の出力 sha256 完全一致。「並列化で結果が微妙に変わる」典型的失敗モードを排除。
  • 位相同期保証交換子ノルム ‖[A,B]‖ ≤ ε を実行時に強制。Bötcher–Wenzel 不等式から数値ズレの上界が代数的に出る。
  • 11 安全機構請求項 29-32 で網羅、安全度 5 プロファイル (GAME_MIN〜SAFETY_MAX) で用途別調整。
  • audit chain 連携Subset A の audit chain (請求項 9) と接続し、変換+並列化の双方向証明が一本のパイプラインで完結。
  • 回帰耐性同一 input + 同一バージョンで sha256 完全一致。並列・GPU 環境でも結果ブレがない。

典型ユースケース

金融バッチ 夜間バッチの計算処理を並列化、ウィンドウ短縮しつつ「1 円も狂わない」保証付。SAFETY_MAX プロファイルで監査要件を満たす。
科学計算 FFT / Conv2D / LU 分解等の数値計算を bit-exact 並列化。「並列にしたら結果が違うので比較できない」という常識的問題を排除。
映像符号化 SlimeCodec の QP 制御 / SVT-AV1 の AVX-512 量子化を bit-exact で並列化。エンコーダ並列性能とリプロデューシビリティを両立。
ゲーム / リアルタイム SlimeSyCUDA (GPU 版) で GAME_MIN プロファイルを使用、安全機構を最小化してフレーム時間最優先で提供。
Subset A との関係: Subset A (他言語変換) でレガシーを移行 → 同じパイプラインで PSDP (Subset B) を適用し並列化。 移行 + 並列化が 1 ツールで完結するため、レガシーから「監査に耐える並列現代システム」へ単一道筋で到達できます。

技術仕様

特許 特願 2026-046625 (Subset B = PSDP) / 特願 2026-046620 (Subset A 連携)
請求項 位相同期 (Layer 1-3) / 11 安全機構 (請求項 29-32) / audit chain 接続 (請求項 9 連携)
論文 PSDP Paper JP v5d (910 KB PDF、2026-03-04)
実装 Java 8 PoC / AVX-512 MVP-A (svt_av1_quantize_fp 32-lane) / Rust + WASM デモ (index_psdp.html) / 12+ 言語 converter 同梱
標準テスト NENC / GRA / TPC kernel sweep (Java 8) / 3072 blocks AVX-512 bit-exact
License model WASM converter 課金、生成物は PSDP runtime 保守課金あり、詳細策定中。Ed25519 3-hop activation。

関連資料

  • PSDP 論文PSDP Paper JP v5d (910 KB PDF、本論文)
  • 指示書指示書 _PSDP_v2並列開発.md (v2 並列開発仕様)
  • サンプルOrderBatchProcessor_ORIGINAL.java vs OrderBatchProcessor_PSDP.java (逐次/並列の bit-exact 対比)
  • 実装ログPSDP_IMPLEMENTATION_LOG.md (Phase A/B、Rust + WASM 実装記録)
  • 出願明細特願 2026-046625 (Subset B) / 特願 2026-046620 (Subset A 連携)

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