こんにちは!前回の投稿ではコンピュータの「脳」である CPUx86, x64アーキテクチャ、そしてIntelAMDという二大巨頭の興味深い競争について考察しました。今回はその続編として、IntelとAMDという宿敵までも協力させるもう一つの強力なCPUアーキテクチャ、つまりARMについて深入りしていきます。さらに、ARMエコシステムで重要な役割を果たすSnapdragonRaspberry Piの話も少し触れてみましょう。


1. ARMとは何か?RISCベースの力強さ

ARM(Advanced RISC Machines)は、その名の通り、RISC(Reduced Instruction Set Computing)方式の命令セットアーキテクチャです。前回、x86がCISC(Complex Instruction Set Computing)方式だと言ったでしょう?まさにここがARMの核心的強みが始まるところです。

  • RISC vs. CISC:

    • CISC (x86): 一つの命令が複数の複雑な作業を実行できるように設計されているため柔軟性があります。しかし、命令の解釈が複雑であり、電力消費が相対的に高くなる可能性があります。

    • RISC (ARM): 命令の数を減らし、各命令を単純にします。そのため、命令処理が迅速かつ効率的であり、何より電力効率が非常に優れています。このことは、バッテリー寿命が重要な環境であるモバイルデバイスにおいて圧倒的な強みとなっています。

ARMは直接CPUを生産するのではなく、アーキテクチャ設計ライセンスを提供する会社です。Qualcomm、Samsung、Apple、MediaTekなど多くの半導体企業がARMの設計を基に各自の目的に合ったCPUを作っています。


2. Snapdragon: Qualcommの強力なARMベースのSoC

ではSnapdragonとは何でしょうか?SnapdragonはQualcommという会社が開発・販売するモバイルシステムオンチップ(SoC: System on Chip)製品群です。

  • SoCとは? SoCはCPUだけでなくGPU(グラフィックス処理装置)、通信モデム、画像処理装置(ISP)、人工知能処理装置(NPU)など、スマートフォンの動作に必要なほぼすべての主要部品を一つのチップに統合した形態です。まるでコンピュータのマザーボード全体が一つのチップの中に入っているかのように考えてください。

  • ARMアーキテクチャベース: SnapdragonのコアであるCPUはARMアーキテクチャを基に設計されています。QualcommはARMからアーキテクチャライセンスを受け、自社だけのカスタムCPUコア(例:Kryo)を作ったり、ARMが提供する標準コア(例:Cortex-Aシリーズ)を使用してSnapdragon SoCを生み出します。

  • 三星とSnapdragon: SamsungのGalaxyもこのSnapdragonに関連しています。Samsungは独自にExynosというARMベースのSoCを開発していますが、同時にフラグシップGalaxyスマートフォンなどにはQualcommのSnapdragonチップを使用することもあります。特に過去には地域ごとにExynosとSnapdragonを使い分けていましたが、最近ではSnapdragonチップの性能優位性により、多くのモデルにSnapdragonを搭載する傾向があります。つまり、SnapdragonはSamsungのARMチップではなく、Samsungが自社製品に使用するQualcommのARMベースのチップであると理解してください。

Snapdragonは優れた性能、電力効率、そして通信モデム技術力を基に、全世界のAndroidスマートフォン市場で圧倒的なシェアを誇っています。


3. ARMがx86を超えモバイル市場を制覇する

ARMは初期には主に埋め込みシステムや携帯機器に使用されていました。スマートフォンが登場することで、ARMの真価が発揮され始めました。iPhone、Androidフォン問わず、すべてのスマートフォンにはARMベースのプロセッサが搭載されています。

ARM CPU close-up fantasy style

  • バッテリー効率性: スマートフォンにとって最も重要な要素の一つはバッテリーの寿命です。ARMの優れた電力効率性はこの要求を完璧に満たしました。

  • 小型サイズと低コスト: RISCアーキテクチャの単純さのおかげで、チップのサイズを小さくし、生産コストを下げることができました。

モバイル市場を完全に掌握したARMは、今や単なるモバイルチップを超えて、ウェアラブルデバイス、IoTデバイス、スマートTV、自動車インフォテインメントシステムなど、私たちの周りにある数多くの機器にARMベースのチップが使用されています。


4. x86 vs. ARM: PC及びサーバー市場の新たな戦争

モバイル市場を平定したARMは、今やx86が長い間君臨していたPCとサーバー市場にその影響を拡大しています。特にAppleが2020年にMacラインアップをIntel x86プロセッサから自社開発のApple Silicon (Mシリーズチップ)に切り替えたことで、ARMベースのPCの性能が従来の偏見を打破し注目され始めました。

  • PC市場進出:

    • Apple Silicon: M1、M2、M3のようなAppleのARMベースのチップは驚異的な性能と電力効率を示し、PC市場に大きな波紋を投じました。特にファンのないノートパソコンでも高性能を発揮する点は、x86ベースのノートパソコンとの明確な差別点でした。

    • Windows on ARM: マイクロソフトもQualcomm(Snapdragon X Elite)などと協力してARMベースのWindows PCを開発しています。まだソフトウェアの互換性などの課題が残っていますが、潜在能力は十分です。

  • サーバー市場進出:

    • クラウドコンピューティング: Amazon Web Services (AWS)のGravitonプロセッサのように、ARMベースのサーバーチップがデータセンターでどんどん採用されています。低電力で高性能を提供し、運用コストを削減できるからです。

    • カスタマイズの容易さ: ARMのライセンスモデルは企業が特定のワークロードに最適化されたカスタムチップを設計できるようにします。

x86陣営の対応: ARMの追撃にIntelとAMDも緊張を強めています。既存のx86プロセッサの電力効率を改善し、性能をさらに引き上げようとする努力が続いています。


5. 小さな巨人、Raspberry PiもARMベース!

小型で低価格のコンピュータとして有名なRaspberry PiもARMアーキテクチャを基にしています。初めは教育用に開発されましたが、今ではIoT、ホームオートメーション、メディアサーバー、小型ロボットなどさまざまなプロジェクトに利用され、絶大な人気を博しています。

  • ARM Cortexコア: Raspberry Piの核となるのはBroadcomが生産するSoCで、そのSoC内にARMのCortex-AシリーズCPUコアが搭載されています。

    • 例えば、Raspberry Pi 4ARM Cortex-A72コアを使用し、最新のRaspberry Pi 5はさらに強力なARM Cortex-A76コアを使用します。
  • ARMエコシステムの拡大: Raspberry Piの成功は、ARMアーキテクチャが単にスマートフォンを超え、手頃でありながら強力な汎用コンピューティングプラットフォームとしても十分に活用できることを示す良い事例です。


6. ARMとx86、そして未来のCPUエコシステムの展望

現在のCPU市場はx86ARMという2つの巨大なアーキテクチャが共存し、激しい競争を繰り広げる興味深い時代を迎えています。

  • それぞれの強みの維持: x86は依然として高性能コンピューティング、ゲーム、特定の専門作業において強力な地位を維持しています。一方ARMはモバイル、埋め込み、そして電力効率が重要な軽量PC及びサーバー市場で急速に成長しています。

  • ソフトウェア互換性: ARMベースのシステムが広く普及するためにはソフトウェアの互換性の問題が解決されなければなりません。Rosetta 2のようなエミュレーション技術は進化していますが、ネイティブARMアプリ開発がさらに活性化される必要があります。多くのPCゲームがMacOSで動かない理由の一つは、多くのゲーム開発者がゲームユーザーがより多くのx86アーキテクチャの基盤でゲームを作るからです。したがって、ARM CPU市場がさらに大きくなるためには、こうしたソフトウェア開発企業の努力と貢献が必要な状況です。

  • ハイブリッドシステム: 未来には、二つのアーキテクチャの利点を組み合わせたハイブリッド形式のシステムや、特定の作業に最適化されたさまざまなアーキテクチャが共存するより多様なコンピューティング環境が展開される可能性があります。

IntelとAMDはARMの台頭に対抗してx86エコシステムを強化しつつ、ARMもその領域をさらに広げ、革新を主導しています。この興味深い競争が今後どのような驚くべき技術の進歩をもたらすか期待されます。


おわりに

今日はモバイル市場の支配者であり、PC、サーバー市場の強力な挑戦者であるARMアーキテクチャについて学びました。さらにARMエコシステムの重要なプレーヤーであるSnapdragonと小さいが強力なRaspberry Piまで一緒に見てきました。

皆さんはARMベースのデバイスを使用していますか?それともまだx86ベースのシステムを好んでいますか?どのアーキテクチャが未来のコンピューティングの主流になると思いますか、コメントで皆さんの意見を共有してください!次回の投稿でまた興味深いITの話題でお会いしましょう。ありがとうございました!