モバイルビルディングブロック2014：モバイルコア

CESとMobile World Congressの後に毎年、ショーの発表とそれらがモバイルアプリケーションプロセッサの将来にとって何を意味するかを熟考します。 64ビットチップアナウンスのセットを含むいくつかの興味深い開発を見てきました。その中にはミッドレンジの携帯電話向けのものもありますが、ハイエンドでは新しい32ビットチップが最も人気のある話題のようです。

チップを製造するほぼすべての企業が、パフォーマンスの大幅な向上を伴うより良いグラフィックスについて語っています。また、4コアや8コアのチップも日常的になっているマルチコアについて語っています。 まだ見たことがないのは、20nmテクノロジを使用して構築された主要なアプリケーションプロセッサ（チップの設計と製造を制御するIntelのプロセッサを除く）でも、ほとんどのプレーヤーの新しいハイエンド64ビットチップでもありません。 その結果、ミッドレンジとローエンドの携帯電話が追いついても、今後数か月間で最高級の携帯電話のチップに見られる変化はそれほど大きくないかもしれません。

今週後半に主要なチップの詳細を説明しますが、アプリケーションプロセッサの作成に使用される基本的な構成要素について話を始めたいと思います。 PCの世界とは異なり、一般に、このようなプロセッサのメーカーは、製品を作成する際に、アーキテクチャライセンスまたはフルコアの少なくとも一部の知的財産（IP）を使用する傾向があります。 今日の典型的なアプリケーションプロセッサには、CPU、グラフィックコア、多くの場合ベースバンドモデム、その他多数の機能が含まれていることを思い出してください。 多くのメーカーがCPUアーキテクチャ、グラフィックス、またはその両方のライセンスを取得しています。 典型的なプロセッサメーカーは、ターゲット市場向けに特定のチップを設計するために、自分で作成した機能とライセンスを取得した機能の両方を組み合わせます。 この投稿では、CPUアーキテクチャについて説明し、明日はグラフィックデザインについて説明します。

ARMデザインの多くのフレーバー

現在見られるモバイルアプリケーションプロセッサの大半は、ARMアーキテクチャのバリアントを実行しています。 実際、ARMはすべての市場で、自社技術を使用した500億以上のプロセッサが販売され、2013年だけでも100億以上が販売されたと主張しています。 携帯電話およびタブレット市場はその重要な部分であり、ARMは世界のスマートフォンの95％が何らかのアーキテクチャのバージョンを実行していると主張していますが、ARMプロセッサは他の多くの製品にも含まれています。

ただし、ARMが実際にプロセッサを販売しているわけではないことを理解することが重要です。 代わりに、実際のコア設計と基本的なアーキテクチャを含むIPを販売し、AppleやQualcommなどのいくつかのチップベンダーが独自のコアを作成するために使用しています。 共通のアーキテクチャ（事実上命令セット）を使用すると、ある程度の互換性が得られるため、複数の企業のチップでソフトウェアを実行しやすくなります。

現在、モバイルプロセッサに見られる2つの基本的なARMアーキテクチャがあります。32ビットARMv7バージョンと64ビットARMv8バージョンです。

ARMv7は、長年にわたって電話市場の標準となっています。 これは、さまざまなコアで使用される32ビットデザインです（ARMのCortex-A9、A7、およびA15デザイン、およびQualcommの「Krait」アーキテクチャと、A7以前のAppleプロセッサで使用されるコアを含む）。 Cortex-A9は非常に人気がありますが、その日数は多いようです。 今年は、より小さく、電力効率の高いCortex-A7を含むデザインが増えています。 または、より強力なCortex-A15を使用すると、パフォーマンスが向上します。 または、ARMが「big.LITTLE」構成と呼ぶものの2つの組み合わせ。

Cortex-A7は実際には非常に小さく（28nmプロセスで0.5平方ミリメートル未満）、はるかに少ない電力を使用するように設計されています。 A9では200〜300ミリワット、A15では最大500ミリワットと比較して、100ミリワット未満です。 Cortex-A15は40ビットの物理アドレス空間のサポートを追加しますが、個々のアプリケーションは32ビットにしかアクセスできません。 昨年の夏、ARMはA9に代わるA12を発表しました。これは、A9よりも最大40％高速であり、A7とA15の間のスペースに収まると述べています。 今年の初め、同社はCortex-A17と呼ばれるアップグレード版を発表しました。これにより、Cortex-A9よりも効率が向上し、パフォーマンスが60％向上するはずです。 （これまでのところ、MediaTekのみがA17を使用した電話プロセッサとRealtekのTVプロセッサを発表しています。）ARMは、A17が32ビットデザインの最後であり、TVや最終的にはモバイル市場の大部分が64ビットデザインに切り替わります。

多くの企業がA7とA15（または最近ではA7とA17）を組み合わせてそのbig.LITTLEの組み合わせを実現しているため、ほとんどの場合、チップで低電力コアを実行し、チップを高電力に切り替えることができますおそらくゲーム内で複雑な計算を実行したり、Webページで複雑なJavaScriptを実行したりしながら、追加のパフォーマンスが必要なときにコアになります。 これらの設計の一部では、A7コアのブロックまたはA15コアの1つを一度にアクティブにできます。 その他では、すべてのコアが同時に機能します。

繰り返しますが、ARMコアを使用して設計された将来のモバイルチップのほとんどは、64ビットアーキテクチャに移行する可能性が高いようですが、移行の初期段階にあるようです。 ARMv8命令セットは、iPhone 5sおよびiPad Airに搭載されているAppleのA7プロセッサで使用されているようで、他の多くのプロプライエタリデザインにも搭載される予定です。 そしてもちろん、ARMにはこのアーキテクチャを使用して発表した2つのコアがあります。小型のCortex-A53と、より強力なCortex-A57で、これらをbig.LITTLE構成で組み合わせるオプションもあります。 64ビットバージョンは下位互換性がありますが、汎用およびメディア命令用の大きなレジスタ（一部の操作で高速化できる）、4GBを超えるメモリのサポート（サーバーアプリケーションで特に重要）が含まれています。 新しい暗号化および暗号化の手順。

Cortex-A53コアはもう少し先にあり、MediaTek、Qualcomm、Marvellなどの企業はすべて、複数のA53コアを搭載したチップを発表しています。 ARMは、このようなチップが今年の夏に発売されると予想しています。 A57は特に強力である必要があり、ARMはそのコアを搭載したモバイルチップが年内に発売されることを期待しています。 （AMDは、年末に本格生産に入る予定であるため、A57アーキテクチャを使用したサーバーチップを発表しました。）

ARMは、Mシリーズのマイクロコントローラーやその他のデバイスで使用される多数の非常に小さなコアも提供しています。 これらはアプリケーションプロセッサを単独では実行しませんが、モバイルエコシステム内の他の複数のチップで使用される可能性があり、モバイルSoCをよりスマートにするためにますます使用されています。 たとえば、AppleのA7 SoCには、ARM Cortex-M3に基づいてNXPが製造したM7モーションコプロセッサーがあり、Moto XのMotorola X8 SoCは、Snapdragon S4 ProデュアルコアCPUと2つの低電力コプロセッサーを組み合わせた自然言語処理およびコンテキストコンピューティング用のTexas Instruments DSP。

前述のように、多くの企業は「アーキテクチャライセンス」と呼ばれるものを持っています。これにより、命令セットを使用して独自のコアを作成でき、パフォーマンスを向上させて市場で傑出したチップを作成できます。電源管理、またはその両方。 これらには、Qualcomm、Marvell、Nvidia、Appleなどの企業が含まれます。 一方、標準のコアを提供することにより、企業はより迅速かつ簡単に設計を作成できます。 アーキテクチャライセンスを所有している企業の多くは、一部の製品で標準のARMコアを使用しています。 特に、Qualcommには現在、Kraitコアを使用するSnapdragonプロセッサのいくつかのバージョンがあり、他のバージョンは標準のARMコアを使用しています。

IntelとMIPSが代替を提供

ARMはモバイルプロセッサ市場を支配し続けていますが、Intelは大きな前進を続けていますが、その成功のほとんどはWindowsを実行するタブレットとAndroidを実行するいくつかのタブレットで実現しています。 Intelの現在の製品は、携帯電話よりもタブレットを対象としていますが、同社には今年後半に発売される携帯電話により適していると思われる2つの新しいプロセッサがあります（これについては、次の記事で特定の企業のプロセッサを取り上げるときに説明します）。 モバイル分野では、ラップトップやデスクトップでも使用されているより大きなコアファミリを使用するWindowsタブレットがいくつかありますが、IntelはAtomプロセッサのラインナップを推進しています。

また、x86ファミリ内で、AMDは低電力のx86ベースのCPUを実行しているタブレットをいくつか示しています。 繰り返しになりますが、詳細については、特定のメーカーについて説明するときに説明します。 もちろん、どちらの場合でも、プロセッサはMicrosoft Windowsのフルバージョンを実行しますが、両社は現在Androidにも対応しています。 特にIntelはAndroidをチップ上でネイティブに実行することを大きく推し進めましたが、AMDはx86製品用のBlueStacksエミュレーターに重点を置いており、今年後半にARM互換チップを発売する準備もしています。

別のオプションとして、MIPSプロセッサがあります。これは、1年ほど前にImagination Technologiesが買収したRISCベースのプロセッサフ​​ァミリです。 MIPSは、Aptivのコアラインの一部として、しばらくの間64ビットアーキテクチャを提供してきました。 今年の初めに、同社はシリーズ5「戦士」CPU世代を発表しました。これには3つのクラスのMIPSプロセッサが含まれます。組み込み市場向けのMシリーズ、高効率で非常に統合されたデバイス向けに設計されたIクラス、 そして、アプリケーションプロセッサを含む、より高いパフォーマンスのために設計されたPクラス。 新機能には、OpenCLグラフィックスの統合サポートとセキュリティの向上が含まれます。 イマジネーションは、これらのチップが競合他社よりも最大40％少ない面積を使用し、マルチコア使用のためのより優れたマルチスレッドを実現すると言います。

MIPSプロセッサは、ネットワークプロセッサやその他のリアルタイムアプリケーションやセットトップボックスなど、多くの市場で大成功を収めていますが、これまでのところ、多くの従来のタブレットやスマートフォンでは見られませんでした。 Ingenicという中国の会社には、以前のMIPSコアに基づいたXburstアーキテクチャを実行するプロセッサのラインがあり、これは一部のAndroidタブレットで使用されていました。 しばらく前に試してみましたが、今ではそれを作った会社がARMベースのタブレットに焦点を当てているようです。 それでも、MIPSが将来、特に新しいコア製品ラインで競合他社になる可能性はあります。