アダー(アダー)とは | 意味や読み方など丁寧でわかりやすい用語解説

アダーとは、主にデジタル回路やプロセッサにおいて、2つ以上の数値を足し算する基本的な演算回路のことである。算術論理演算ユニット（ALU）の中核をなす構成要素であり、コンピュータの動作において不可欠な役割を担う。

アダーは、入力された2進数のビット列を加算し、その結果である和（サム）と、桁上がり（キャリー）を出力する。より複雑なアダーでは、複数のビットを同時に処理できるため、高速な演算が可能になる。アダーの種類は、その構造や動作原理によっていくつか分類できる。

最も基本的なアダーは、半加算器（Half Adder）である。半加算器は、2つの入力ビット（AとB）を受け取り、和（S）と桁上がり（C）を出力する。和Sは、AとBの排他的論理和（XOR）で表され、桁上がりCは、AとBの論理積（AND）で表される。しかし、半加算器は下位からの桁上がりを考慮できないため、複数ビットの加算には適していない。

全加算器（Full Adder）は、半加算器の欠点を補い、下位からの桁上がり（Cin）を入力として受け取る。全加算器は、3つの入力ビット（A、B、Cin）を受け取り、和（S）と桁上がり（Cout）を出力する。和Sは、A、B、Cinの排他的論理和で表され、桁上がりCoutは、(A AND B) OR (Cin AND (A XOR B))で表される。全加算器を用いることで、複数ビットの加算が可能になる。

リップルキャリーアダー（Ripple Carry Adder）は、複数の全加算器を直列に接続して構成されるアダーである。各全加算器の桁上がり出力（Cout）が、次の全加算器の桁上がり入力（Cin）に接続される。最も単純な構造を持つため、設計が容易だが、桁上がりが順次伝播するため、ビット数が増えるほど演算速度が低下するという欠点がある。例えば、32ビットのリップルキャリーアダーでは、最上位ビットの結果が出るまでに、32個の全加算器を順に通過する必要がある。

キャリー先見アダー（Carry-Lookahead Adder）は、リップルキャリーアダーの演算速度のボトルネックを解消するために開発されたアダーである。桁上がりの伝播を予測する回路を追加することで、桁上がりの計算を並列化し、高速化を実現する。キャリー先見アダーは、各ビットの桁上がりを事前に計算するため、リップルキャリーアダーよりも複雑な回路構成となるが、ビット数が増えるほど、その速度の優位性が顕著になる。

キャリーセレクトアダー（Carry-Select Adder）は、複数のアダーを並列に配置し、それぞれ異なる桁上がり入力（0と1）で加算を行うアダーである。実際の桁上がり入力に基づいて、どちらか一方の結果を選択することで、高速な演算を実現する。キャリーセレクトアダーは、キャリー先見アダーよりも回路規模は小さくなる傾向があるが、速度はキャリー先見アダーに劣る場合がある。

アダーは、コンピュータのCPUやGPU、デジタル信号処理（DSP）など、さまざまなデジタルシステムで使用されている。例えば、CPUでは、整数演算や浮動小数点演算など、数値演算の中核を担う。GPUでは、画像処理や機械学習などの並列処理において、大量の数値計算を高速に実行するために使用される。DSPでは、音声処理や画像処理などのリアルタイム処理において、高速な加算処理が不可欠となる。

アダーの性能は、システムの全体的なパフォーマンスに大きく影響するため、アダーの設計は、高速化と低消費電力化という相反する要件を満たす必要がある。近年では、ナノテクノロジーや新しい回路設計技術を活用することで、より高性能なアダーの開発が進められている。例えば、量子コンピュータ向けの量子アダーや、リザーバコンピューティング向けの特殊なアダーなどが研究されている。アダーは、コンピュータサイエンスにおける基礎的な概念であり、システムエンジニアを目指す上で理解しておくべき重要な要素の一つである。