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NVIDIA Tegra

Tegra T20 (Tegra 2) と T30 (Tegra 3)
 
Motorola Xoomに実装されたTegra 2

NVIDIA Tegra（エヌビディア テグラ）は、NVIDIAによるARM系の省電力SoC[1]のシリーズ。2023年現在はNintendo Switch、nVidia Shield TV、自動車のインフォテインメントシステムなどに採用されている。

概要

TegraにはモバイルSoCの基本構造として、1チップ内に独立したプロセッサコアが機能別に搭載されている（ARMプロセッサ、GPU、2Dエンジン、HD動画のエンコーダ・デコーダ、オーディオ処理、画像処理）。使っていない機能のプロセッサは電源が遮断され、消費電力を下げる仕様となっており（100 - 500mW程度）初代から低消費電力高パフォーマンスを目指す設計となっていた[2]。

競合製品は同じくモバイルSoCでシェアを持つ、クアルコム社のモバイル向けプロセッサSnapdragonや、TI社のモバイル向けプロセッサOMAPなど。

初代モデルTegra APX2500は2008年に、APX 2600は2009年に発表、携帯電話などの搭載に適したチップとして当初から打ち出されていた。Tegra600および650チップはスマートフォン向けに設計されUMPCなどの搭載にも対応した。Tegraを使用した最初の製品はマイクロソフトのZune HDである。
2011年頃に登場したTegra2から徐々にタブレット等に搭載され始める事となる[3]。同チップを搭載する端末では、テレビに繋いで大画面に出力できるほか、対応するPS3、Wii、Xboxなどのゲームコントローラーをつなげて、家庭用ゲーム機レベルの3Dゲームが楽しめる[4]。

Tegraはスマートフォンやタブレット機器等のモバイル端末向けSocとしては、特にゲーム等に強い高パフォーマンス型の処理の出来る方向性の設計思想が打ち出されたが、採用シェア率は低く、自社開発を行ったタブレットゲーム機nVidia Shieldへの搭載を行ってシェアの挽回を計った（Tegra K1）[5]。

低消費電力であるモバイルSoCは自動車の運転支援システムにおけるサポートAIの性能需要も満たしており、2010年には自動運転車載用コンピュータとしてアウディがTegra採用を表明し、その後は他にもフォルクスワーゲンや、電気自動車ベンチャーのテスラモーターズのEV「Model S」にも採用された。車載分野では、Tegraとともにメモリなどの周辺ICや電子部品を搭載したモジュール製品『Tegra VCM（Visual Computing Module）を展開しており、これらはTegraのアップグレードを容易にするとしている[6]。
先行運転支援システム（ADAS）に代表される、自動車の自動運転機能・補助機能、及び全自動運転を目指すAI用チップの開発は、PCのコンシューマ用GPUでも採用されたTensor Core等の技術も統合、フィードバックされた最新半導体が開発される事で、2022年時も継続されており[7]、EV車メーカーにおいての採用シェアでは60％を超える高いシェアを誇っている[8]。

2017年に発売された任天堂ハイブリッドゲーム機Nintendo Switchへの搭載が発表され[9]、2018年にはTegraのみで15億3000万ドルの収益を記録した（内訳は9億7200ドルがSwitch、5億5800万ドルが自動車）[10]。

特徴

  • 省電力でありながらグラフィック性能が高い
  • コンピュータに必要な機能が1枚のチップに収まっているので、チップセットの面積が小さい
  • 世界初のデュアルコアARM Cortex A9 CPUを搭載 （Tegra 2）
  • 世界初のクアッドコアARM Cortex A9 CPUを搭載 （Tegra 3）
  • 低周波数で低消費電力動作を実現する第5のコンパニオンCPUコアを搭載 （Tegra 3）
  • モバイルプロセッサとして世界初の1TFLOPSの処理を実現した（Tegra X1）

仕様

Tegra 250[11]
製造プロセス アーキテクチャ CPU GPU メモリ 動画 エンコード 画面解像度 モデム
コア数 クロック コア数 演算性能
Tegra APX 2500, 2600 ARM11 1 0.6 GHz NEON 非対応 (Advanced SIMD) LPDDR-333 720p@30fps 854x480 (LCD)
1280x1024 (CRT)
1280x720 (HDMI) 		なし
Tegra 600 0.7 GHz 1280x1024
Tegra 650 0.8 GHz LPDDR-400 1080p@24fps 1680x1050
Tegra 230 40 nm[12] Cortex-A9 2 1.0 GHz VFPv3-D16 (VFPv3に対してレジスタ数が半分)
NEON 非対応 (Advanced SIMD) 		8 (VS : 4 PS : 4)[13] 単精度 5.6 GFLOPS (333 MHz)[14] シングルチャネル LPDDR2-600 1080p 1024x600 (LCD)
1280x1024 (CRT)
1920x1080 (HDMI)
Tegra 250 シングルチャネル LPDDR2-600, 667 1680x1050 (LCD)
1600x1200 (CRT)1920x1080 (HDMI)
Tegra 3 / Tegra 4
製造プロセス アーキテクチャ CPU GPU メモリ 動画 エンコード 画面解像度 モデム
コア数 クロック 演算性能 L2 キャッシュ コア数 演算性能
Tegra 3 40 nm[15] Cortex-A9 4 + 1[16] 1.3 - 1.7 GHz VFPv3
NEON 対応 (Advanced SIMD) 		単精度 27.2 GFLOPS[17]
倍精度 10.2 GFLOPS[18] 		1 MB[19] 12 (VS : 4 PS : 8[20] 単精度 12.4 GFLOPS（520 MHz[21][22]） 32bit シングルチャネル LPDDR3-L 1600, LPDDR2-1066 1440p 2048x1536(LCD)
1920x1200(CRT)
1920x1080(HDMI) 		なし
Tegra 4i 28 nm[23] Cortex-A9 R4 ? - 2.3 GHz VFPv4
NEON 対応 (Advanced SIMD) 		単精度 36.8 GFLOPS[24]
倍精度 13.8 GFLOPS[25] 		60 (VS : 20 PS : 40[26]) 単精度 79.2 GFLOPS (660 MHz[27]) 32bit シングルチャネル LPDDR3-2133 1920x1200(LCD)
1920x1080(HDMI) 		LTE Cat4
HSPA+
TD-HSPA
GSM / GPRS / EDGE
Tegra 4 Cortex-A15 r2 1.2 - 1.9 GHz 単精度 60.8 GFLOPS[28]
倍精度 15.2 GFLOPS[29] 		2 MB + 0.5 MB[30] 72[31] (VS : 24 PS : 48[32] 単精度 96.76 GFLOPS
(672 MHz[33]) 		32bit デュアルチャンネル LPDDR3-L, LPDDR3-1866 3200x2000(LCD)
3840x2160(HDMI) 		なし
Tegra K1 / Tegra X1 / Tegra X2
製造プロセス アーキテクチャ CPU GPU メモリ 動画 エンコード 画面解像度 モデム
コア数 クロック 演算性能 L2 キャッシュ コア数 クロック 演算性能
Tegra K1

(32ビット)

28 nm[34] (TSMC HPM) Cortex-A15 r3 4 + 1 ? - 2.3 GHz 単精度 73.6 GFLOPS[35]
倍精度 18.4 GFLOPS[36] 		2 MB + 0.5 MB[37] CUDA Kepler
Unified Shader 192コア 		950 MHz 単精度 365 GFLOPS[38] 64bit デュアルチャンネル LPDDR3,LPDDR3-L 14.9 GB/s H.264, VP8など 2160p 30fps 3840x2160 (LCD)
4096x2160 (HDMI) 		なし
Tegra K1

(64ビット)

Denver 2 ? - 2.5 GHz[39] 単精度 40 GFLOPS[40]
倍精度 20 GFLOPS[41] 		2 MB[42]
Tegra X1[43] 20 nm (TSMC 20 SoC) Cortex-A57 + Cortex-A53[44] 4 + 4[45] Cortex-A57 1.9 GHz[46] 2 MB + 0.5 MB[47] CUDA Maxwell 256コア[48] 1024 MHz 単精度 512 GFLOPS[49]

半精度 1 TFLOPS

64bit LPDDR4, LPDDR3, DDR3 25.6 GB/s[50] H.265, VP9など 2160p 30fps 4096x2160 60fps
Tegra X1+[51][52] 16 nm 1267 MHz[53] 単精度 649 GFLOPS

半精度 1298 GFLOPS

64bit LPDDR4X
Tegra X2 (Parker)[54] 16 nm Denver 2 + Cortex-A57 2 + 4 2.0 GHz + 2.0 GHz 2 MB + 2 MB CUDA Pascal 256コア 1465 MHz 単精度 750 GFLOPS

半精度 1.5 TFLOPS

128bit LPDDR4 58.4 GB/s H.265, VP9など 2160p 60fps
Xavier / Orin
製造プロセス アーキテクチャ CPU GPU メモリ 動画 エンコード 画面解像度 モデム
コア数 クロック 演算性能 L2 キャッシュ L3 キャッシュ コア数 クロック 演算性能
Xavier[55] 12 nm NVIDIA Carmel Arm®v8.2 8 1.9GHz（Nano）
2.2 GHz（AGX） 		6MBr[55]

8MB[55]

4MB[55] CUDA Volta 384コア Tensor 48コア（Nano）

Volta512コア Tensor64コア（AGX)

1.1 GHz（Nano）

1377 MHz（AGX）

単精度 1410 GFLOPS

半精度 2.820 TFLOPS
INT8 21[56] - 32 TOPS

128bit LPDDR4X 59.7 GB/s

256bit LPDDR4X 136.5GB/s

H.265,VP9など 4K 60fps 3840x2160 60fps
Orin[57] 8 nm Cortex®-A78AE v8.2 12 1.5GHz（Nano）
2.2 GHz（AGX) 		1.5MB（Nano）
3MB（AGX) 		4MB（Nano）
6MB（AGX) 		CUDA Ampere 512コア Tensor 16コア（Nano）

Ampere 2048コア Tensor 64コア（AGX)

625 MHz（Nano）

1.3 GHz（AGX）

単精度 0.64 – 5.32 TFLOPS

INT8 20[58][59][58] ｰ 275 TOPS[58]

128bit LPDDR5 102.4 GB/s

256bit LPDDR5 204.8 GB/s

H.265,VP9,AV1など 4K 60fps 3840x2160 60fps

性能

Tegra 650のグラフィック性能は「GeForce 6」シリーズ相当で、『Quake III Arena』を46fpsで実行できる[60]。Tegra 250は1024x600の解像度を60fpsで実行できる[61]。

Tegra 3は12コアのGeForce GPUを搭載しており、Tegra 2と比べ約3倍のグラフィックス性能を持つ[62]。また、最新のビデオ・エンジンを実装することで、1080p、40Mbpsのビデオを再生することが可能[62]。このほか、ステレオスコピック3Dにも対応する。

Tegra 4は72コアのGeForce GPUを搭載しており、Tegra 3の約6倍、Tegra 2の約20倍のグラフィック性能を持つ[63]

Tegra K1は192のCUDAコアを搭載、Tegra 4の3.75倍のグラフィック性能をもっており[64]第7世代の据え置きゲーム機（PS3/Xbox 360）の性能を超えている[65]。

Tegra X1は256のCUDAコアを搭載、Tegra K1の1.5～2倍のグラフィック性能を持つ。正式にFP16に対応しており、最大で1TFLOPSの演算能力を有する[66][67]。またHDMI 2.0とHDCP 2.2に対応したことで、最新の著作権保護付き60fpsの4Kコンテンツの出力をサポートしたほか、内蔵されるハードウェアビデオプロセッサもHEVC対応となった。色深度はDeep Color相当の10bitまで対応している[68]。

Xavierは512のCUDAコアを搭載、GPUアーキテクチャであるVoltaにAI処理を行うための「Tensorコア」を搭載しており、Tegra X1の10倍以上の演算性能を発揮する（Jetson Xavier NXとJetson Nanoの比較において）[69][70]。Xavierには10W消費の小型省電力NXシリーズ（8GB・16GB）から、40W消費の大型高性能のAGXシリーズ（AGX32GB・64GB、Industrial）の2シリーズ5モデルが存在する[55]。

OrinはXavierの6倍の処理性能を有する[58]。Orinには7W消費の小型省電力から順にNano、NX、AGX（最大70W消費）の3シリーズ9モデル[71]が存在する[58]。

メモリ帯域

ARMアーキテクチャのデュアルコアCPUで LPDDR2 SDRAM を利用している場合はデュアルチャネル（32ビット×2）を採用しているものが多い中、Tegra 2 と Tegra 3 はシングルチャネル（32ビット×1）を採用している。

Tegra 3の省電力技術

「4-PLUS-1」
メインである4つのコアに加え、低性能・低消費電力のコンパニオンコアを状況に応じて活用する技術。端末のパフォーマンスが必要なときは4つのコアから必要な数のコアを使い、不要なときは低消費電力のコンパニオンコアだけで動作して全体の消費電力を削減する。ビデオ再生時では最大61%、Web閲覧では最大30%の消費電力の削減が可能[72]。
PRISM Display Technology（プリズム・ディスプレイ・テクノロジ）
液晶の消費電力を低減するための技術。液晶に表示される画像・動画のピクセル1つ1つを分析して、明るい色に置き換えることで、バックライトを暗くしても同じ明るさを維持する。バックライトの消費電力を最大40%削減できる[4]。
DirectTouch（ダイレクト・タッチ）
タッチパネルの消費電力を削減する技術。タッチパネルの制御を専用チップではなくTegra 3で行うことで、消費電力およびチップ面積を低減する。また、タッチパネルの制御にTegra 3のパフォーマンスを活用できるため、タッチレスポンスが向上する[4]。

サポートするOS

Tegraを搭載した製品

Tegra 2以降のプロセッサを搭載したスマートフォン・タブレットを、NVIDIAでは「Tegraスーパー・フォン」「Tegraスーパー・タブレット」と呼ぶ。

競合製品

脚注

[脚注の使い方]
  1. ^ System on a Chipの略称
  2. ^ 【PC Watch】 【COMPUTEX 2009レポート】NVIDIA、Tegraベースのネットブックなど多数のデザインウインを明らかに ～国内キャリアからも登場か
  3. ^ NVIDIA、モバイル機器向け「Tegra」の高性能ぶりをアピール
  4. ^ a b c マイナビニュース - 最小消費電力で最大パフォーマンスを目指す「Tegra3」 - NVIDIAが説明会を解説
  5. ^ NVIDIAが放つ「ゲーマー向けAndroidタブレット」の気になるところを片っ端から検証してみたNVIDIA　SHIELD Tablet
  6. ^ NVIDIAが「Tegra」の車載展開を加速、自動運転や「iOS in the Car」もカバー
  7. ^ 自動運転車両向けシミュレーション 仮想世界で自動運転車両の開発を加速する。 https://www.nvidia.com/ja-jp/self-driving-cars/simulation/
  8. ^ NVIDIAの自動運転チップ、EV企業の推定シェアは60％強
  9. ^ NVIDIA、「まさにWin-Win」だったという任天堂との協力関係は20年先まで見据える https://automaton-media.com/articles/newsjp/nvidia-expects-2-decades-of-relationship-with-nintendo/
  10. ^ Nvidia Reportedly Made $972 Million From the Nintendo Switch
  11. ^ “NVIDIA Tegra FAQ” (PDF) (英語). 2009年6月28日閲覧。
  12. ^ NVIDIAのゲームマシン「SHIELD」の心臓部となる「Tegra 4」の正体
  13. ^ The Tegra 4 GPU, NVIDIA Claims Better Performance Than iPad 4
  14. ^ AnandTech - Qualcomm Snapdragon S4 (Krait) Performance Preview - 1.5 GHz MSM8960 MDP and Adreno 225 Benchmarks
  15. ^ NVIDIAのゲームマシン「SHIELD」の心臓部となる「Tegra 4」の正体
  16. ^ バッテリーセーバーコア
  17. ^ 4 FLOPS/cycle * 1.7 GHz * 4 コア
  18. ^ 1.5 FLOPS/cycle * 1.7 GHz * 4 コア
  19. ^ 【レポート】NVIDIA、Tegra 4の詳細をついに公開 - CPUだけでなくGPUも大規模アーキテクチャ変更と明らかに (3) より高性能な製造プロセスを利用するTegra 4i - パソコン - マイナビニュース
  20. ^ NVIDIAのゲームマシン「SHIELD」の心臓部となる「Tegra 4」の正体
  21. ^ 【後藤弘茂のWeekly海外ニュース】NVIDIAがMWCに合わせて「Tegra 4/4i」の詳細を明らかに
  22. ^ AnandTech - Qualcomm Snapdragon S4 (Krait) Performance Preview - 1.5 GHz MSM8960 MDP and Adreno 225 Benchmarks
  23. ^ NVIDIAのゲームマシン「SHIELD」の心臓部となる「Tegra 4」の正体
  24. ^ 4 FLOPS/cycle * 2.3 GHz * 4 コア
  25. ^ 1.5 FLOPS/cycle * 2.3 GHz * 4 コア
  26. ^ 【レポート】NVIDIA、Tegra 4の詳細をついに公開 - CPUだけでなくGPUも大規模アーキテクチャ変更と明らかに (3) より高性能な製造プロセスを利用するTegra 4i - パソコン - マイナビニュース
  27. ^ 【レポート】NVIDIA、Tegra 4の詳細をついに公開 - CPUだけでなくGPUも大規模アーキテクチャ変更と明らかに (3) より高性能な製造プロセスを利用するTegra 4i - パソコン - マイナビニュース
  28. ^ 8 FLOPS/cycle * 1.9 GHz * 4 コア
  29. ^ 2 FLOPS/cycle * 1.9 GHz * 4 コア
  30. ^ 【レポート】NVIDIA、Tegra 4の詳細をついに公開 - CPUだけでなくGPUも大規模アーキテクチャ変更と明らかに (3) より高性能な製造プロセスを利用するTegra 4i - パソコン - マイナビニュース
  31. ^ NVIDIA Tegra 4 processor details leaked
  32. ^ )NVIDIAのゲームマシン「SHIELD」の心臓部となる「Tegra 4」の正体
  33. ^ 【後藤弘茂のWeekly海外ニュース】NVIDIAがMWCに合わせて「Tegra 4/4i」の詳細を明らかに
  34. ^ NVIDIAのゲームマシン「SHIELD」の心臓部となる「Tegra 4」の正体
  35. ^ 8 FLOPS/cycle * 2.3 GHz * 4 コア
  36. ^ 2 FLOPS/cycle * 2.3 GHz * 4 コア
  37. ^ 【レポート】NVIDIA、Tegra 4の詳細をついに公開 - CPUだけでなくGPUも大規模アーキテクチャ変更と明らかに (3) より高性能な製造プロセスを利用するTegra 4i - パソコン - マイナビニュース
  38. ^ 【後藤弘茂のWeekly海外ニュース】NVIDIAの最強モバイルSoC「Tegra K1」の省電力技術の秘密 - PC Watch
  39. ^ Nvidia details 64-bit Denver Tegra K1, claims Haswell-class performance for first 64-bit Android chip | ExtremeTech
  40. ^ 8 FLOPS/cycle * 2.5 GHz * 2 コア
  41. ^ 4 FLOPS/cycle * 2.5 GHz * 2 コア
  42. ^ Nvidia details 64-bit Denver Tegra K1, claims Haswell-class performance for first 64-bit Android chip | ExtremeTech
  43. ^ “NVIDIA Tegra X1”. Techpowerup. 2020年1月11日閲覧。
  44. ^ AnandTech | NVIDIA Tegra X1 Preview & Architecture Analysis
  45. ^ AnandTech | NVIDIA Tegra X1 Preview & Architecture Analysis
  46. ^ NVIDIA® Jetson™ TX1 Supercomputer-on-Module Drives Next Wave Of Autonomous Machines | Parallel Forall
  47. ^ AnandTech | NVIDIA Tegra X1 Preview & Architecture Analysis
  48. ^ AnandTech | NVIDIA Tegra X1 Preview & Architecture Analysis
  49. ^ AnandTech | NVIDIA Tegra X1 Preview & Architecture Analysis
  50. ^ AnandTech | NVIDIA Tegra X1 Preview & Architecture Analysis
  51. ^ “SHIELD TV PRO PRODUCT SPECS”. NVIDIA. 2020年1月11日閲覧。
  52. ^ “REVIEW: NVIDIA Shield TV 2019 with the new Tegra X1+ SoC”. androidpctv. 2020年1月11日閲覧。
  53. ^ “Switch's next Tegra X1 looks set to deliver more performance and longer battery life”. EUROGAMER. 2020年1月11日閲覧。
  54. ^ “NVIDIA Tegra X2”. Techpowerup. 2020年1月11日閲覧。
  55. ^ a b c d e “NVIDIA Jetson Xavier シリーズ”. Techpowerup. 2020年1月11日閲覧。
  56. ^ “NVIDIA、Jetson Nano互換でさらに高性能なAIボード「Xavier NX」”. 2021年11月11日閲覧。
  57. ^ “次世代ロボティクスのための次世代の AI パフォーマンス。”. NVIDIA. 2024年4月1日閲覧。
  58. ^ a b c d e “NVIDIA、Ampereベースで従来より6倍高速な「Jetson AGX Orin」”. 2021年11月11日閲覧。
  59. ^ “NVIDIAがエッジコンピューティング向け超小型AIスーパーコンピューター「Jetson AGX Orin」を発表”. 2021年11月11日閲覧。
  60. ^ 4Gamer.net ― NVIDIAのMichael Rayfieldゼネラルマネージャーに聞く，Tegraの現在と今後 (Tegra)
  61. ^ NVIDIA Tegra Multi-processor Architecture
  62. ^ a b ITmedia ― NVIDIA、「Tegra3」を正式に発表
  63. ^ NVIDIA Tegra 4 processor details leaked
  64. ^ Tegra K1 ‘SuperChip’ First Benchmarks Surface – Almost 4 Times Faster than Tegra 4, Blows the Competition Away
  65. ^ 【詳報】NVIDIA、KeplerアーキテクチャGPUの次世代SoC「Tegra K1」～PS3、Xbox 360の性能を超える
  66. ^ 1TFLOPSの実現はモバイルSoCとしては初となる。
  67. ^ ［CES 2015］次世代SoC「Tegra X1」のグラフィックス性能は現行Tegra K1の1.5～2倍に。1TFLOPSの処理性能で狙うのは自動車業界
  68. ^ “4K/60Hz、HDCP 2.2対応のモバイルSoC「Tegra X1」 HDMI 2.0“フル4K”対応。HEVCエンコ/デコーダも”. 2021年11月11日閲覧。
  69. ^ “「Jetson Xavier NX」で組み込みAIを試す 「Jetson Xavier NX」の性能は「Jetson TX2」の10倍以上”. 2021年11月11日閲覧。
  70. ^ “【Jetson Xavier NX レビュー(2)】ベンチマーク編　AIエッジコンピュータボード「Jetson」3機種のコストパフォーマンスを比較”. 2021年11月11日閲覧。
  71. ^ 開発者用キット2モデル含む。
  72. ^ NVIDIA - 低消費電力と高性能を両立させるマルチコアCPUアーキテクチャー
  73. ^ NVIDIA Tegra
  74. ^ Downloads | Tegra Developer Zone
  75. ^ Microsoft，「次期Windows」におけるARMサポートを公表 - 4Gamer
  76. ^ [1] QNX CAR2 が NVIDIA Tegraプロセッサファミリをサポート - Blackberry QNX
  77. ^ 多聞天 (Tamonten)（2015年4月12日時点のアーカイブ）
  78. ^ “Avionic Design Tegra 2 (T290) Tamonten Processor Module - Product Brief”. Avionic Design. 2012年5月30日閲覧。
  79. ^ “ASUSTeK、「Eee Pad」を「ASUS Pad」に改名～第1弾はTegra 3搭載の「TF300T」”. Impress PC Watch. (2012年5月17日). https://pc.watch.impress.co.jp/docs/news/533498.html 2012年5月17日閲覧。 
  80. ^ Audi connect and infotainment
  81. ^ a b 「Nintendo Switchのチップ解剖から考えるデグレード版Tegra X1を選んだ理由 (1/3)」『EE Times Japan』。2018年11月2日閲覧。

外部リンク

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  • Toshiba TX03
Cortex-M4
  • Atmel AT91SAM4
  • フリースケール Kinetis K
  • テキサス・インスツルメンツ OMAP 5
Cortex-M4F
  • Energy Micro EFM32 Wonder
  • フリースケール Kinetis K
  • Infineon XMC4000
  • NXP LPC4000, LPC4300
  • STマイクロエレクトロニクス STM32 F3, F4
  • テキサス・インスツルメンツ LM4F
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