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英ARMは3月21日に北京市内のホテルで、次世代Cortex-Aに採用するマルチコアアーキテクチャとなる「DynamIQ」を発表した。同社が「マルチコアの再定義」と表現する「DynamIQ」について、ここでは発表会の取材を基に解説を行う。

ARMは、マルチコアの構成方法を大きくかえる。現在のマルチコアは、4コアを最大とするクラスタを作り、クラスタでL2を共有、電力管理をクラスタ内で行っている。クラスタと内部バスの接続にACE(AXI Coherency Extensions)を使う。

これは、キャッシュコヒーレンシー機能に対応したAXI(Advanced eXtensible Interface)で、これらの接続は、AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture)と呼ばれる技術の一部だ。ARMは、Cortex-Aプロセッサコアの設計だけでなく、AMBA技術も半導体メーカーにライセンスしている。

DynamIQでは、1クラスターを最大8コアとして、クラスター内でのbig.LITTLEプロセッシングなどに対応する。また、クラスター内の接続や電力管理を強化し、メモリコントローラーも改良する。

発表会に登壇したのは、ARM副社長で、コンピュート製品事業部部長のNandan Nayampally(ナンダン・ナヤンパリー)氏。同氏は、過去からのARMの成長を振り返る。1991年に登場したARMプロセッサは、22年かけて2013年までに500億個のチップを出荷したが、2017年中には、さらに500億個のチップの出荷が見込まれる。そして2021年までには、さらに1,000億個のチップが出荷されることになるだろうとした。

Nayampally氏は「ARMのプロセッサが"コンピュートの地平"を変革した」という。いまや35億の人々がARMベースのプロセッサを「最初のコンピューティングデバイス」として利用している。さらにCPUの性能は、2009年と比較して100倍に達し、サーバー用プロセッサが登場するなど、Cortex-Aシリーズは、チップからクラウドまでをカバーしつつある。

そして現在、新しい利用領域が広がりつつある。AIや自動運転、Mixed Reality、そして超高効率のプロセッサなどだ。それらはこれまでよりも高いセキュリティが必要となる。このため、CPUデザインには、新しいアプローチが必要になるという。それが「ARM DynamIQ」だとした。

DynamIQとは「マルチコアの再定義」だとナヤンパリー氏はいう。クラスタを変更し、big.LITTLEの有無を選べるなど高い柔軟性を持たせた。メモリサブシステムは再設計され、計算機能も強化されるという。

特にAIに関しては、AI専用の新規命令により、高速化が行われる。DynamIQに対応した今後3〜5年以内に登場するプロセッサでは、現在の50倍の性能をAI処理について出せるようになる予定だという。またDynamIQ対応のプロセッサシステムは、自動運転でASIL Dクラスをサポートする予定だ。ただし、これらは、DynamIQを採用する新世代のCortex-Aプロセッサが達成することであり、DynamIQ自体は、AIにも自動運転にも直接関係していない。

ARMのマルチコアは、最大4コアのクラスターから始まり、big.LITTLE世代では2クラスタを組みあわせることができるようになった。さらにDynamIQでは、より柔軟なコア構成が可能になり、従来よりも応用範囲が広くなった。

DynamIQは、ARMのマルチコアアーキテクチャ、つまり、プロセッサークラスタを新規に作り直した。1クラスターには、最大8つの異なる種類のCortex-Aシリーズコアを入れることが可能になる。8コア以上は、クラスターを相互接続することになる。

また、DynamIQでは、クラスタ内でbig.LITTLEプロセッシングに対応する。big.LITTLEプロセッシングは、OSのタスクスケジューラーのレベルで行われる、負荷に応じたプロセッサ間のタスクマイグレーションの仕組みだ。処理負荷が高いタスクは高性能なコアで、低いものは、電力効率の高いコアにタスクを割り当てなおす。ただし、これはOSのタスクスケジューラーのレベルで行われるので、ミリセカンド単位での切り替え動作となる。

これを1つのクラスタ内で行うことで、big.LITTLEプロセッシングする場合のコアの組み合せにも柔軟性が高くなり、また、bigとLITTLEの2極だけでなく、中間の段階も持つことができるという。

このほか、クラスタ内ではハードウェアによる自動的な電力、パフォーマンス管理も行われる。同様のものは現在のCortex-Aシリーズにもあるが、DynamIQ世代では、クロック・電源電圧の変更がより細かくなり、電源オフ/スリープ/オンの電力状態もより高速に遷移可能になる。

最後にナヤンパリー氏は、ARM DynamIQは、将来のコンピューティングを再定義し、デバイス操作を変更、セキュリティを守る「トータルコンピューティング」のアーキテクチャであり、次の1,000億個のチップの力添えになるとして講演をしめくくった。

今回の発表の本質は、新しいマルチコアアーキテクチャだ。ただし、このマルチコアアーキテクチャであるDynamIQには、新しいCortex-Aプロセッサから対応が行われる。つまり、今後登場するであろう次世代プロセッサからDynamIQが採用される。

(塩田紳二)