Armの次なる2000億個出荷に向けた布石「Arm Total Solutions for IoT」の狙い：Arm最新動向報告（15）（2/3 ページ）

[大原雄介，MONOist]

「SystemReady」のコンセプトはなぜCortex-Mに合わないのか

　SystemReadyというかCortex-Aの、それも比較的ハイエンド向けの場合、製造プロセスが限られる関係で、ファウンドリーも限られる。IoT（モノのインターネット）エッジ向けの「Cortex-A33／A35」、あるいはもっと古い「Cortex-A5／A7」クラスであれば、28nmや場合によっては40nmプロセスということも考えられるが、SystemReadyで想定しているような性能と消費電力、実装密度を実現するには16／14／12nmのFinFETでも厳しいものがあり、最低でも7nmクラスになる。

　これから狙うのであれば5nmプロセスがターゲットとなる。現状これを提供できるのはTSMCとSamsungのみである。順調に進めば、いずれはIntelもここに加わるかもしれないが、それでもせいぜい3社である。SystemReadyではプロセッサのみならず周辺回路やインターコネクトまで含めて「POP（Processor Optimization Package） IP」の形で提供することでTAT（Turn Around Time）の短縮を図っており、カスタマー（つまりSystemReadyを使ってSoCを構築しようとする顧客）は、差別化機能（ネットワーク向けならパケット処理アクセラレータ、直近のトレンドであればAI（人工知能）向けアクセラレータなど）の設計だけを自分で行い、これらを組み込んでSoCを開発することができる。

　ところがCortex-Mの場合、まずターゲットプロセスが多すぎる。さすがに180nmはもうほとんど見なくなったが130nmはまだ現役（IoT向けの制約されたデバイス（Constrained Device）用に「Cortex-M0」と小容量のフラッシュ／SRAMの構成なら十分競争力がある）であり、90／65nmあたりもまだ利用例がある。最近は40nmを経て28／22nmあたりが主流になりつつあるが、例えばSamsungは今後MCU向けに14nm／3.3V駆動のプロセスを投入する予定としているし（図2）、TSMCも現在低消費電力向けとしてプッシュしている22UULの後継としてN12eを用意しているから、2022〜2023年にはハイエンドMCU向けにはこうしたFinFETプロセスが使われることになりそうだ。

図2　Samsungは今後MCU向けに14nm／3.3V駆動のプロセスを投入予定［クリックで拡大］

　もちろんFinFETになると、TSMCとSamsung、GlobalFoundries位しか現実的な選択肢がないが、28nmであればUMCやSMICなども視野に入るし、40nm世代になるとそれこそファブライト戦略を取るメーカーの自社工場でも製造が可能だ。こうなると、ArmとしてはとてもではないがPOP IPの提供は不可能である。これには例外もあって、例えばArmは2018年にTSMCの22ULL向けにCortex-MのPOP IPとPhysical IPを提供開始しており（図3）、現在は「Flexible Access」経由でも入手可能になっているが、これはかなり例外に近い（どちらかといえば、TSMCが22ULLの利用促進のため、ArmにIPの提供をお願いした感じの位置付けになっている）。

図3　TSMCの22ULL向けのCortex-MのPOP IPとPhysical IP［クリックで拡大］ 出所：Arm

　現実問題として、多数のファウンドリーが提供するさまざまなプロセスノード全てにPOP IPを提供するのはArmとしても不可能であり、それもあってCortex-M向けに関しては物理設計の時間の短縮は結構難しいといえる。幸いにもCortex-Aベースのサーバ向けSoCに比べれば回路規模もはるかに小さいし、プロセスそのものも多くが成熟しているので、設計に要する時間はサーバ向けSoCに比べればずっと短くて済むのだが。