E-base Computer Emulator

e-base-computer は、E進ワード、熱、量子化、観測、リフレッシュを扱う実験的なエミュレーター、C風コンパイラ、ローカルWeb Playgroundです。

目的は、決定的に再現できるE進計算モデルを公開し、他の人がコンパイラ最適化や可視化で参加できる土台を作ることです。

30秒で動かす

前提: Python 3.11以上を用意し、GitHubからcloneしたcheckoutのルートで実行します。

git clone https://github.com/AAAmirinu/e-base-computer.git
cd e-base-computer
python -m pip install -e .
ebase demo --run
ebase run .\examples\challenges\factorial.cbase --json
ebase-playground

Try the Playground では、インストールなしで静的版のサンプルと E 進の状態表示を試せます。 GitHub Pages版はデモ用の静的Playgroundです。公式チャレンジ提出用JSONは、CLIまたはローカルの ebase-playground Pythonサーバ版で取り直してください。

Playgroundを起動したら、ブラウザで http://127.0.0.1:8765 を開きます。 ebase が PATH に入らない環境では、同じ操作を python -m epu_cli ... で実行できます。

DockerでPlaygroundだけ試す場合:

docker build -t e-base-computer .
docker run --rm -p 8765:8765 e-base-computer

GitHub Codespacesでは、コンテナ作成後に次を実行すると転送されたポートで開けます。

ebase-playground --host 0.0.0.0

GitHub Pagesでは web/playground/ を静的Playgroundとして公開できます。静的版はブラウザ内蔵の static fallback ランタイムでサンプルを動かせます。公式コンテスト採点や完全なエミュレーター挙動は、 CLIまたは ebase-playground のPythonサーバ版で確認してください。

インストールせずに動かす場合:

python .\examples\demo.py
python .\examples\epu_demo.py
python .\examples\cstyle_demo.py
python -m unittest discover -s tests

遊び方の入口

Playgroundでサンプルを選んで Run し、E桁、温度、観測イベントを眺める。
Copy Program Link で編集中のC-like/EPUコードをURLとして共有する。
ローカル版の Run Suite で公式・数値計算チャレンジを実行し、Copy JSON で結果を共有する。
examples/challenges/ のプログラムを変えて、より短い/冷たいEPUアセンブリを試す。
コンパイラや可視化を改造して、IssueやDiscussionで結果を見せる。

基本アイデア

E進ワードは、ネイピア数 e のべき乗の係数列として値を保持します。

value = sum digit[k] * e^k

各桁は 0 <= digit < e の値を持つ連続桁です。この資料では、この桁を edit または E桁と呼びます。

このエミュレーターでは、次の要素を扱えます。

[0, e) の連続桁
有限長のE進ワード
Eキャリーによる正規化
加算、減算、乗算、e のべき乗によるシフト
ER0..ER15 のEレジスタ
EP0..EP7 のEポインタとEメモリ
温度、ガードバンド、安全分割数
量子化、劣化、観測、リフレッシュ
命令ごとの timeline() とWeb可視化
主体・capability・E場ownerを持つTask Runtime
全命令で共通の熱/冷却/tickライフサイクル

Eならではの挙動

このモデルでは、算術やメモリ操作によって対象の温度が上がり、各tickで少しずつ冷えます。温度が上がると状態を安全に区別するためのguardが広がり、利用できる量子化分割数が 243 -> 81 -> 27 -> 9 -> 3 と段階的に下がります。要求精度を維持できない場合は、設定に応じて DEGRADED とともに低い分割へ降格するか、THERMAL_PRECISION_ERROR で停止します。

観測には外部出力と熱のコストがあり、リフレッシュは温度と推定noiseを下げます。ただしリフレッシュ後も高い分割へ自動復帰はしないため、プログラム側で再量子化が必要です。 WORK, COLD, ARCHIVE, SACRED は最低温度、guard、冷却速度が異なり、どのバンクへ置くかもプログラムの挙動とスコアへ影響します。

数式、命令ごとの熱コスト、バンク差、量子化例、スコアとの関係は E-base Computer Behavior Model にまとめています。

CLI

ebase compile .\examples\challenges\factorial.cbase
ebase run .\examples\challenges\factorial.cbase
ebase run .\examples\challenges\thermal_quantization.epu --language asm --json
ebase run .\examples\challenges\thermal_quantization.epu --language asm --principal observer --capability observe_continuous --json
ebase samples
ebase samples thermal-degrade --run --json
ebase challenge
ebase challenge --json
ebase challenge --suite numerical --json
ebase challenge thermal-degrade --json
ebase challenge --assembly-dir .\generated-assembly --json
ebase leaderboard .\examples\challenges\baseline_submission.json
ebase spec --json

PATHにスクリプトディレクトリが入っていない場合:

python -m epu_cli run .\examples\challenges\factorial.cbase --json
python -m web_playground

CLIは実行結果に加えて、ステップ数、最大温度、観測回数、劣化回数をまとめたチャレンジ用スコアも出力します。

C風簡易言語

let n = 5;
let acc = 1;

while (n > 1) {
    acc = acc * n;
    n = n - 1;
}

print(acc);

対応範囲:

let, float, double, e による変数宣言
代入
print(expr); / observe(expr);
if/else
while
数値、変数、括弧、単項マイナス
+, -, *
>, <, >=, <=, ==, !=

詳細は docs/cstyle_compiler.md を参照してください。 EPU命令セットは docs/epu_instruction_set.md と ebase spec --json で確認できます。

Web Playground

ebase-playground

Playgroundでは、左側にC風ソースまたはEPUアセンブリを書き、右側で次を確認できます。

生成されたEPUアセンブリ
観測出力
ステップ数、スコア、最大温度、観測回数
命令イベント一覧
温度と安全分割数のタイムライン、命令スクラバー
任意tick時点のレジスタ、Eフィールド、命令詳細
命令種別ごとの実行プロファイル
公式・数値計算チャレンジ結果と提出用JSON

ローカル開発用サーバなので、公開インターネットへ直接さらさないでください。公開ページとして見せる場合は GitHub Pages workflowで配る静的Playgroundを使えます。静的版は画面上に static fallback と表示され、 Pythonサーバなしでサンプル実行とチャレンジJSONの雰囲気を試せます。

コンパイラチャレンジ

公式チャレンジは ebase challenge で実行します。現在の公式スイートは、 CLIとPlaygroundで共有している組み込みサンプルは、公式5件と数値計算3件の計8件です。

factorial
e-ladder
cold-memory
thermal-degrade
branching

数値計算スイートは ebase challenge --suite numerical で実行でき、 numerical-polynomial、numerical-cancellation、numerical-recurrence の3件について精度、steps、温度、performance scoreを分けて記録します。

examples/challenges/ には、単体実行や説明用の課題ファイルも置いています。

評価軸は速さだけではありません。E進コンピュータらしく、次のような値を見ます。

命令ステップ数
最大温度
観測回数
DEGRADED 発生回数
確保したEメモリセル数
リフレッシュ回数

詳細は docs/compiler_challenge.md を参照してください。提出はGitHubの Issues -> New issue -> Compiler challenge entry から作ります。テンプレート本文は .github/ISSUE_TEMPLATE/compiler_challenge.md です。 Issue本文には ebase challenge --json またはローカル版Playgroundの Copy JSON 結果を貼る形を基本にします。静的GitHub Pages版の結果はデモ用なので、公式提出にはCLIまたはPythonサーバ版PlaygroundのJSONを使います。 Discussionは交流・解説・途中経過の共有場所として使えます。

公式ベースラインは次で再現できます。

ebase challenge --json
ebase leaderboard .\examples\challenges\baseline_submission.json

外部コンパイラが生成したアセンブリを採点する場合は、factorial.epu など公式slug名の .epu をディレクトリに置き、次を実行します。存在しないslugは内蔵baselineにfallbackします。まず動く提出枠を作りたい場合は、公式baselineアセンブリをスターターとして出力できます。

python .\examples\compiler_starter\emit_baseline_assembly.py --output .\generated-assembly
ebase challenge --assembly-dir .\generated-assembly --json
python .\examples\compiler_starter\emit_baseline_assembly.py --suite numerical --output .\generated-numerical
ebase challenge --suite numerical --assembly-dir .\generated-numerical --json

提出前には、このJSONの correct が true であることを確認してください。

数値計算部門の参照値、許容誤差、順位規則は docs/numerical_challenge.md を参照してください。

テスト

python -m unittest discover -s tests
python -m unittest tests.test_static_asm38_parity
node .\scripts\static_conformance.cjs
python .\scripts\publication_audit.py --full

共通JSONコーパスはPython、local server、静的browser runtimeの離散状態と熱/数値許容誤差を照合します。GitHub Actionsでも同じ適合テストとデモを実行します。公開38命令のstatic ASM適合契約と 1e-9 のfloat許容誤差は docs/static_asm_parity_v1.md に記載しています。

ファイル構成

src/ecomputer.py - E進ワード演算と小さな仮想マシン
src/epu.py - EPUエミュレーターのプロトタイプ
src/emulator.py - ラベル、分岐、停止、実行制限を持つ上位エミュレーター
src/cstyle_compiler.py - C風簡易言語からEPUアセンブリへのコンパイラ
src/epu_cli.py - CLI
src/epu_runtime.py - versioned Task Runtime、fresh/session境界、共通結果schema
src/epu_scoring.py - チャレンジ用スコアリング
src/web_playground.py - ローカルWeb Playgroundサーバ
web/playground/ - Playground UI
conformance/ - Python/server/static runtime共通のversioned JSONコーパス
examples/ - デモとチャレンジ課題
examples/compiler_starter/ - 外部コンパイラ参加用のbaseline .epu 生成スターター
tests/ - 回帰テスト
docs/ - 技術仕様、利用方法、チャレンジ説明

Task Runtimeの権限表、schema、fresh/session契約は docs/runtime_v0.md、熱交換モデルと係数は docs/thermal_models.md、実装済み/部分実装/未実装の境界は docs/conformance_matrix.md を参照してください。三値レジスタと読み取り専用TEMP診断の契約は docs/diagnostics_v1.md、noise/healthの経年モデルは docs/aging_models.md、実行タイムラインの集約契約は docs/execution_analysis_v1.md、全38命令の値メタデータ伝播は docs/metadata_contract_v1.md、独立較正データセットとread-only残差評価は docs/calibration_dataset_v1.md にあります。

貢献の入口は CONTRIBUTING.md と .github/ISSUE_TEMPLATE/ を参照してください。変更履歴は CHANGELOG.md にあります。

License and Scope

コードと技術ドキュメントは Apache-2.0 です。派生配布では NOTICE の帰属表示を保持してください。プロジェクト名とロゴの扱いは TRADEMARKS.md、公開範囲は TECHNICAL_SCOPE.md を参照してください。E進ワードの最小技術モデルは docs/e_word_model.md にあります。

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