Appleは、少なくとも2種類のメモリ（高帯域幅の低密度DRAMと低帯域幅の高密度DRAM）で構成されるハイブリッドメモリサブシステムの特許を取得しました。この特許は、Appleがシステムオンチップ（SoC）の将来をどのように見ているかを垣間見せるものとなるかもしれません。当然のことながら、この新しい特許は、AppleのM1チップの次期バージョンに新しいメモリ設計が搭載されるのではないかという憶測を呼ぶでしょう。しかし、このタイプの実装は、複数の異なる種類のチップに採用される可能性があります。
特許は必ずしも製品として市場に出るわけではありませんが、特許弁護士のケリー・クリーロン氏から得たフィードバックを考慮すると、Apple 社は世界中のさまざまな管轄区域でこの新しい技術の特許を取得するために多大な労力と費用を費やしており、この技術が世界中の Apple 製品で使用される可能性があることを示唆しているようです。
新しいシステムアーキテクチャには新しいメモリアーキテクチャが必要
Apple が Intel の CPU と AMD の個別 GPU から自社の M1 SoC に切り替えたことは、同社が x86 CPU から Arm へ、そして Radeon CPU から PowerVR 由来のアーキテクチャへ移行しているという理由だけでなく、PC のシステム アーキテクチャを大幅に変更するという点でも重要です。
CPUとディスクリートGPUはそれぞれ独自のメモリサブシステムを備えていますが、SoCは通常、統合メモリアーキテクチャを採用しています。UMAは専用メモリサブシステムに比べて多くの利点がありますが、重要な欠点も1つあります。UMAシステムでは、CPUとGPUがメモリ容量と帯域幅を共有する必要があり、特定のシナリオではパフォーマンスに影響を及ぼす可能性があります。
HBM2およびHBM2Eタイプのメモリは非常に高い帯域幅を提供しますが、これらのメモリデバイスは高価で消費電力も大きく、エンドユーザーによるアップグレードは不可能です。一方、従来型またはGDDRタイプのメモリを使用して、ハイエンドGPUに十分な帯域幅を備えた大容量メモリサブシステムを構築することは、必ずしも可能、あるいは実現可能とは限りません。両方の長所を融合させるため、AppleはHBM型とDDR型のDRAMを組み合わせたハイブリッドメモリサブシステムの特許を取得しました。
Appleの特許「高密度低帯域幅メモリと低密度高帯域幅メモリを組み合わせたメモリシステム」は、高帯域幅キャッシュDRAMと大容量メインDRAMを使用する様々なSoCについて説明しています。この特許はシステムオンチップ（SoC）のみを対象としており、PCは対象外です。そのため、すべてのDRAMは、AppleのM1 SoCで使用されているLPDDR4Xチップと同様に、基板またはメインボードにはんだ付けされることが想定されています。この特許に記載されているアーキテクチャは、少なくとも一部のハイブリッドメモリサブシステムにおいては、Appleが標準的なメモリモジュールの使用を想定していないことを示しています。
Appleの説明には、「メモリシステムを構成する2種類のDRAMのうち、1つは帯域幅に最適化され、もう1つは容量に最適化されているため、一部の実施形態では帯域幅と容量の両方の目標を実現できます」と記載されています。「[ハイブリッドメモリサブシステムの一部の実装では]エネルギー効率の向上を実現でき、これにより、高性能かつ高帯域幅でありながら、エネルギー効率の高いメモリソリューションを提供できます。」
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Appleはノートパソコン中心のPCメーカーであるため、ハイブリッドメモリサブシステムによるエネルギー効率の向上に注力しているのは当然のことです。一方で、パフォーマンスと容量の向上といった他の利点も明らかです。
この特許は、主に、キャッシュDRAMとメインDRAMを様々な技術を用いて相互接続した複数のハイブリッドメモリサブシステムの様々な物理実装をカバーしています。例えば、あるレイアウトには、メインDRAMメモリチップのスタックを貫通するシリコン貫通ビア（TSV）が含まれており、これにより、多くのスペースを占有することなく、かなり大きな容量のDRAMを搭載することが可能になります。一方、この特許は、オペレーティングシステムやソフトウェアがハイブリッドメモリサブシステムをどのように活用できるかについてはカバーしていません。
重要な技術
Appleは、他のハイテク企業と同様に、毎年数百件の特許を出願しています。特許出願の中には実際に製品化されるものもあれば、そうでないものもあります。しかし、Appleの特許出願US10573368B2は2016年に出願され、その後、世界中の多くの管轄区域で適切な出願が行われました。これは、このアーキテクチャが世界中で（つまり、多くのApple製品で）使用されることが期待されていることを示しています。
「この特許は、欧州特許機構（EP）、米国、中国、そして日本を含む幅広い管轄区域で出願されました」と、バナー・アンド・ウィットコフ法律事務所の弁護士、ケリー・クレロン氏は述べています。「このような広範囲な出願戦略は費用がかかり、通常は知的財産権の保護が重要な場合にのみ意味を持ちます。」
この特許に関して注目すべきもう 1 つの興味深い点は、発明者の 1 人の名前です。Sukalpa Biswa 氏は PA Semi 社から Apple 社に移籍した人物であるため、CPU 設計に関して豊富な経験を持っているはずです。
Apple限定ではない
Apple のハイブリッド メモリ サブシステムは確かに非常に印象的ですが、このタイプのハイブリッド テクノロジーが Apple 専用になる可能性は低いでしょう。
Intelの最新のXeon スケーラブル・プロセッサは、従来のDDR4 SDRAMとOptaneメモリ（3D XPoint）モジュールの両方に対応しており、実質的にハイブリッド・メモリ・サブシステムをサポートしています。Intelの次世代Xeon スケーラブル・プロセッサ（コードネームSapphire Rapids）もHBMをサポートするため、そのハイブリッド・メモリ・サブシステムはAppleが特許を取得したサブシステムに似たものになる可能性が高いでしょう。
アントン・シロフはTom's Hardwareの寄稿ライターです。過去数十年にわたり、CPUやGPUからスーパーコンピュータ、最新のプロセス技術や最新の製造ツールからハイテク業界のトレンドまで、あらゆる分野をカバーしてきました。
