半導体リバースエンジニアリングおよびIPサービス企業であるICmastersは、透過型電子顕微鏡（TEM）を用いてAppleのA14 Bionicシステムオンチップ（SoC）の予備調査を実施しました。SemiAnalysisが執筆した洞察力豊かなレポートでは、SoCのダイサイズとトランジスタ密度が明らかにされています。こうした詳細な情報は、プロセス技術の能力やチップ設計者の優先事項の一部を明らかにしています。しかし、AppleのA14のダイショットから、同社が今後ノートPCやデスクトップPC向けに発売するプロセッサに何が期待できるのか、何か示唆が得られるのでしょうか？
AppleのA14 Bionic：88mm2のパワーハウス
SemiAnalyisによると、A14 Bionicチップの平均トランジスタ密度は1平方ミリメートルあたり1億3,409万トランジスタで、A13 Bionicの8,997万トランジスタから増加しています。半導体メーカーはトランジスタ密度の測定に異なる手法を用いる傾向があるため、TSMCのN5とIntelの10nmプロセスにおける約1平方ミリメートルあたり1億トランジスタを単純に比較することはできません。それはまるで異なる比較になってしまうからです。一方、Apple A14 Bionicのトランジスタ密度は、TSMCがN5ベースのSoCで約束している理論上のピーク平均トランジスタ密度よりもやや低いようです。これにはいくつかの説明があります。
トランジスタ密度はチップ構造によって異なります。ロジック構造は新しいノードごとに拡張性に優れていますが、SRAM、I/O、アナログ部品は近年拡張性が低いため、ファウンドリが宣伝するピーク値はあくまで理論的なものであり、実際の数値は設計に依存します。
現代のプロセッサの設計は、SRAMをキャッシュだけでなくレジスタにも使用するため、SRAMを非常に多く使用します。SRAMへのアクセスには相互接続と回路が必要ですが、こうした相互接続は必ずしも拡張性に優れているとは限りません。現代のSoCはすべて異なる種類のプロセッサコアを搭載しているため、大量のキャッシュも使用されます。
また、チップの一部はより高いクロックで動作する必要があります（例えば、汎用コアなど）。これらの部品は、通常より大型の高性能セルを使用することで、密度を犠牲にして性能を優先することがあります。実際、Appleは究極のパフォーマンスを重視しているため、同社のSoCは通常、大容量キャッシュを搭載しています（これはSemiAnalysys/ICmastersが提供したダイショットである程度確認できます）。また、おそらくその他のパフォーマンス最適化も行われています。
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実際、Speedometer 2.0（比較的原始的なユーザー操作をシミュレートすることでWebアプリケーションの応答性を測定するブラウザベンチマーク）で得られたA14の初期パフォーマンス数値は、このSoCが、2019年後半のApple MacBook Proに搭載されているIntelの8コアCore i9よりも最大54%高速であることを示しています。Speedometer 2.0のパフォーマンス数値は、最新のx86 CPU向けに最適化された複雑なアプリケーションのパフォーマンスに関する情報を提供することはできません。それでも、SoCが達成できる理論上の最大パフォーマンスについての概観は得られます。このテストは、ある意味では、現代のコンピューターにおけるドラッグレースと言えるかもしれません。
推測: A14 Bionic は Apple の Mac 用 SoC についてヒントを与えてくれるでしょうか?
Appleは10年以上にわたり、スマートフォン、タブレット、スマートウォッチ、そして近年ではウェアラブルやヒアラブル向けのSoCを開発してきました。iPad AirやiPad Proタブレット向けに高性能なSoCが必要になった際には、CPUコア数の増加、GPUの性能向上、インターフェースのワイド化によるメモリ容量の拡大、そして放熱性向上のためのヒートスプレッダーの追加といった対策を講じてきました。現時点では憶測の域を出ませんが、ノートPCやデスクトップPC向けのSoC開発においても、Appleは同様の戦略を採用すると予想されます。
AppleのFireStormコンプレックスと新型GPUの寸法から判断すると、A14 Bionicのダイサイズを大幅に増やすことなく、高性能コアとGPUクラスターの数を倍増させることができるようだ。もちろん、メモリサブシステムの改良（64ビットメモリチャネルの追加やシステムキャッシュの拡張など）は必要となるだろう。しかし、こうした「アップグレード」をすべて実施しても、AppleのPC向けSoCのダイサイズは、Intelの最新Tiger Lake-Uプロセッサよりも小型の、Intelのハイエンド版Ice Lake-U CPUと同程度になるだろう。
Appleは、PC向けSoCについて、自社の全デバイスで使用されている共通アーキテクチャを採用する以外、多くの詳細を明らかにしていません。一方、同社はこれらのプロセッサを「Mac向けAシリーズ」などではなく、「Apple Silicon」と意図的に呼んでいます。
現時点では、AppleはCPUコアとGPU処理能力を追加することで、A14 Bionicチップの設計を、過大なサイズ化のリスクなしにスケールアップできそうだ。しかし、Appleは高性能スマートフォン用コアをPC用SoCに採用するかどうかを正式に発表していないため、その採用は現時点では憶測の域を出ない。
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。
