ARM vs. Intel：プロセッサアーキテクチャの覇権はどちらの手に？（前編）：技術革新を生み出す果てなき闘争（3/3 ページ）

[Brian Dipert，EDN]

「Tegra 2」で成功を収めたNVIDIA

　ここからは、ARMのライセンシー企業の取り組みを見てみよう。

　グラフィックスプロセッサの大手ベンダーとして知られるNVIDIAは、2003年8月のMediaQと2006年11月のPortalPlayer、両社の買収を通して、ARMアーキテクチャを用いたSoCを開発するための最高レベルの技術力を手に入れた。NVIDIAが開発したSoC「Tegra」の第1世代品は、ARM11コアを搭載しており、Microsoftのポータブルマルチメディアプレーヤ「Zune HD」や、短命に終わった携帯電話機「KIN」に採用されるなど一定の成功を収めた。

　第2世代品となる「Tegra 2」は、「CES 2010」において、「Cortex-A8をスキップして、その次のARMのアプリケーションプロセッサコアを採用する」と発表された。実は、1年前の2010年半ばごろ、NVIDIAの評判はあまり芳しくなかった。その理由は、同社CEO（最高経営責任者）のJen-Hsun Huang氏がCES 2010で、「タブレット端末など、Tegra 2を搭載した複数の機器が間もなく市場に登場する」と公言していたことが、その通りになっていなかったからだ。

図1　「Cortex-A9」コアを用いたプロセッサ製品を採用するスマートフォン/タブレット端末　 NVIDIAの「Tegra 2」は、Motorola Mobilityのタブレット端末「Xoom」に実装されている「Android 3.0 Honeycomb」のリファレンスデザインに採用されている（a）。タブレット端末以外でも、Motorola Mobilityの最新の高性能スマートフォン「Atrix 4G」などにも採用されている（b）。Atrix 4Gに本体とディスプレイ、キーボードを組み合わせれば、ノートPCのように使うことができる（c）。LG Electronicsのスマートフォン「Optimus 2X」はTegra 2を採用しているが、同社の最新製品である「Optimus 3D」にはTexas Insturumentsの「OMAP4」が採用された（d）。Research In Motionのタブレット端末「BlackBerry PlayBook」もOMAP4を採用している（e）。Samsung Electronicsのスマートフォン「Galaxy S II」には、奇妙なことに、Samsung製のプロセッサを搭載したモデルとTegra 2を搭載したモデルがある（f）。

　しかし、この1年間で状況は大きく変わった。まず、NVIDIAは、「Tegra 2」によって、デュアルコアのCortex-A9を用いたプロセッサ製品の市場投入で1番乗りを果たすことができた。これは、競合するTexas Instruments（TI）などと比べても、数四半期も早い。こうした状況の中、Androidのタブレット端末向けOSである「Android 3.0 Honeycomb」のリファレンスデザインに、Tegra 2の採用が決まった（図1）。そして、2011年1月と2月中旬に続けて開催されたCES 2011と「MWC（Mobile World Congress） 2011」で相次いで発表された高機能スマートフォンでも、複数の機種にTegra 2が採用されている。

　しかし、動画配信ソフトウェアを展開するBoxeeが開発した専用セットトップボックスについては、1080p（1920×1080画素のプログレッシブ映像）と、H.264ハイプロファイルに対応する映像をデコードする機能を備えていなかったため、どたん場でIntelの「Atom CE4100」に置き換えられた。LG Electronicsも、スマートフォン「Optimus 3D」に、TIのCortex-A9をデュアルコアで搭載するSoC「OMAP（Open Multimedia Applications Platform）4」を採用した。しかし、その2カ月程前にLGが発表したスマートフォン「Optimus 2X」にはTegra 2が採用されている。LGが、Optimus 3DでOMAP4を選択した理由は、Tegra 2が720p（1280×720画素のプログレッシブ映像）にしか対応していないが、OMAP4は1080pに対応するとともに、リアルタイムで3Dコンテンツの符号化が可能だったからである。

図2　「Tegra 2」に搭載されている回路ブロック　 デュアルコア構成の「Cortex-A9」や電源管理用の「ARM7」コアのほかに、グラフィックス、オーディオ、画像処理、映像のエンコード/デコードなどの専用プロセッサも搭載されている。

　Tegra 2には、「T20」と「AP20」の2品種がある。いずれもプロセッサの動作周波数は1GHz。タブレット端末向けであるT20は、GPU（Graphics Processing Unit）の動作周波数が333MHzに設定されており、メインメモリーにはPCと同じDDR（Double Data Rate）2 SDRAMを使用できる。一方、携帯電話機向けのAP20は、GPUの動作周波数は300MHzで、消費電力の小さいLP（Low Power）DDR2 SDRAMに対応している。Tegra 2に搭載されているARMのプロセッサコアの個数は厳密に言うと3個である。SoC全体の電源管理用にARM7も搭載しているからだ（図2）。また、オーディオ、画像処理、グラフィックスなどの専用プロセッサが動作しているときには、2個のCortex-A9コアの動作を停止させておくことができる。

　NVIDIAは2011年1月に、同年第1四半期中に「Tegra 2 3D」（「T25」と「AP25」の2品種）を発表することを示唆する文書を出した。動作周波数は、ARMコアが1.2GHz、GPUが400MHzに高速化されている。しかし、夏を過ぎた現時点においてもTegra 2 3Dは正式に発表されておらず、今後、商品化されるかどうかははっきりしていない。なぜなら、Tegra 2の後継品となる、Cortex-A9をクアッドコア構成で搭載する「Tegra 3」（開発コード名：「Kal-El」）が間もなく市場に投入されるからだ。NVIDIAは、MWC 2011のわずか12日前に、提携するファウンドリからKal-Elの最初の試作サンプルを入手している。MWC 2011では、Kal-Elのグラフィックス機能が大幅に強化されていることを示した。1080pに対応していなかったTegra 2に対して、Kal-Elは、1フレーム当たりの画素数が1080pの2倍となる、2560×1600画素の映像を処理できるというデモを行ったのである。

2014年には100倍の処理性能を実現

　Kal-Elに搭載されるCortex-A9の動作周波数は1.5GHzが目標となっている。Kal-Elは、Tegra 2と異なり、各プロセッサコアにNEONに対応するFPUを組み込んでいる。しかし、容量1MバイトのL2キャッシュメモリーをプロセッサコア間で共有することや、32ビットのシステムメモリーインタフェースを備えていることは、Tegra 2と同じである。NVIDIAが設計したKal-El向けのGPUは、処理速度がTegra 2より向上している他、GPU内のコア数も8個から12個に増えた。

図3　NVIDIAの組み込み機器向けプロセッサ製品の開発ロードマップ　 「Kal-El」は、「Tegra 2」の約5倍の処理性能を持つ。なお、実線で示されているのが、Intelのプロセッサ「Core 2 Duo」の処理性能である。今後NVIDIAは、1年おきに、さらに高い処理性能を持つ製品を投入する計画だ。ちなみに、各開発コードは、アメリカンコミックスのヒーローの本名に由来している。Kal-Elはスーパーマン、「Wayne」はバットマン、「Logan」はX-Menのウルヴァリン、「Stark」はアイアンマンから命名したようだ。

　Tegra 2とKal-Elは、いずれも40nmプロセスで製造されている。このため、ダイサイズはTegra 2が49 mm²であったのに対しKal-Elは約80 mm²まで増加した。NVIDIAのマーケティング担当者は、「Kal-Elの処理速度は、Tegra 2の約5倍になった（図3）。これは、プロセッサの処理性能が2倍、グラフィックスの処理性能が3倍になったことによって実現されたものだ。一方、消費電力は、処理負荷に依存するものの、プロセッサコア単位で見れば同等以下になったり、大幅に小さくなったりする場合もある」と説明する。

　NVIDIAの幹部は、「Kal-Elを搭載したタブレット端末の量産品が登場するのは2011年8月頃になるだろう。スマートフォン向けのKal-Elは、年末商戦に間に合うように提供できる」と楽観的な見方を示している。ただし、Kal-Elの採用を検討するのであれば、過去になされた過度に熱のこもった予告を思い出して、ある程度慎重になるべきだろう。NVIDIAは、Kal-Elの後継品（これもまたアメリカンコミックスのヒーローを連想させる開発コードが使用されている）を2012年に発表する予定である。そして、「2014年にはTegra 2の約100倍の性能を実現する」（同社）という。

　NVIDIAがARMコアを搭載したSoCを展開するのはモバイル機器市場だけではない。同社は最近、ARMとの契約をアーキテクチャライセンスに引き上げた上で、スーパーコンピュータなど向けのハイエンドプロセッサ製品「Project Denver」にARMコアを用いることを検討している。

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　後編では、NVIDIAに続けて、TIやApple、Qualcommなど、ARMの有力なライセンシー企業の取り組みを紹介する。