猪飼 國夫

新しい組み込みチップはCaliforniaから
―― SuperHやPowerPCは駆逐されるか ――


 本来はこの5月に米California州のSan Joseで開催されたSpring Processor Forum 2005に参加した結果を「米国の電脳事情」として報告しなければならなかったのですが,その会場で製品内容を発表したRaza Microelectronics社(以下RMI社と略記)の日本の責任者である上谷達也氏から,その発表内容を紹介していただけるというので,日本国内で取材しました.

 組み込み関係のチップではSun Microsystems社もNiagaraという名称のネットワーク向け組み込みチップをこのフォーラムで公式に公開しました.こちらのチップは前宣伝もされていた関係で,読者の中にはすでにある程度の情報を得ている方々もいらっしゃると思います.

RMI社と新しいチップの構成
http://www.razamicroelectronics.com/

● RMI社 ―― 本社はSillicon Valleyにある

 RMI社の本社はSan Joseの西側に隣接するCupertinoにあります(図1).海外のオフィスは,インドのBangalore,中国では北京の海淀区(清華大学などがある電脳企業の集中地域)と深圳の2か所,日本の神奈川県葉山町という配置です.

 開発の拠点は米国本社(写真1)とインドにあり,中国と日本は組み込み機器への営業拠点のようです.世界的に組み込み機器の製造拠点が中国に移動している状況を反映しています.

 チップ自体の製造は台湾の会社を工場に使う,いわゆるファブレス企業です.従業員は全世界で150人ほどの少数精鋭の体制です.

 現在もインドでハードウェア関係の技術者を募集している以外は,ソフトウェア関係の技術者を米国とインドで10人を上回る規模で募集しています.すでにチップの開発は一段落し,マーケティング業務が増えつつあるという印象です.

 アーキテクチャの決定などチップ開発の中枢は10人程度の規模だそうです.優秀な技術者を集め,意思の疎通と統一が取りやすい形を採用することで,創業から2年程で試作チップを入手できたということです.

図1 RMI本社がある場所 ― California州Cupertino

写真1 RMI社の本社のオフィス(Cupertino)

● 新しく起業――RMI社のCEOはAMDのCOOだった

 RMI社の会長兼CEOのAtiq Raza氏はAMD社の社長兼COOだったそうですが,その前はIntel社製品の互換チップを開発していたNexGen社にいて,NexGen社の事業がAMD社に買収されると同時にAMD社に移ったということです.

 今回の創業はAMD社の事業の分割という形態ではなく,新しいチップのアイデアを引っ提げて出資者を募って始めたということです.元AMD社のRaza氏といえども自己資金だけに頼ることをせず,2002年にRMI社を設立したときには,IT関係のベンチャ・キャピタルとしての経験豊富なBenchmark CapitalやWarburg Pincusなどが当初から出資者として加わったことで,RMI社の創業が実現したそうです.

 彼らはすでに25億ドルほどの資金をIT関係の85社に出資した経験があり,RMI社に対する評価は,いろいろな応用分野に使える画期的なプロセッサのアーキテクチャだと判断したということだそうです.

● 2系統のチップを開発――ネットワークがターゲット

 今回RMI社が今までのプロセッサの世界を変えようと,満を持して発表したチップは,XLRというスレッド処理に重点を置いたマルチコア・プロセッサです(写真2).

 XLRチップは8個のMIPS64アーキテクチャのプロセッサが90nmルールの約15mm角のダイに載っています.各コアは四つのスレッドが同時に処理ができるようになっています.理論上は32個のスレッドが同時に処理できることとなります.

 どちらかというとパソコンやゲームのような,浮動小数点演算を多く含む種々の形態のプログラムが走る用途より,サーバなど固定小数点演算が比較的多い高負荷用途に向いていると思います.

 チップの写真を見れば何となく理解できますが,2MバイトのL2キャッシュと1.5GHzで動くプロセッサがチップ面積の大部分を占めています.さらに,リング状に構成されているメモリInterconnectがL2キャッシュと各コアの間のデータをやりとりするので,L1データ・キャッシュと思われる部分と密接に配置されています.

 メモリInterconnectは最大48Gバイト/秒というデータの転送速度をもつことで,マルチスレッド処理に必要なデータの高速供給を保証しています.もちろんメイン・メモリもここに接続されています.

 ネットワークやセキュリティ・エンジンにつながるI/O側も各コアに隣接する同じ原理のI/O Interconnectが使われています.RMI社ではチップ上の配置もチップの製造側に任せずに,極力自社の技術陣で検討したそうです.

 細かいアーキテクチャが公開されていないので,正確なことは言えませんが,汎用チップに比べて,この各コアに四つのスレッドが組み込まれているとすると,命令セットはある程度限定されていると言えます(図2).

 さらに,ほかの特徴としては,図2からもわかるようにRSAなどの暗号処理をハードウェアでもつことにより,セキュリティ処理でのプログラムへの負担を下げていることです.

 XLRチップはL2キャッシュのサイズやプロセッサの数でいくつかのモデルが同時に提供されますが,すべてピン・コンパチブルなので,チップの交換だけで性能の向上をはかることができるとのことです.

 RMI社はXLRチップの外に,ルータなどのSONET/SDH水準のネットワークをターゲットに置いたOrionチップを発表しています.こちらは,XLRチップがビジネスとして立ち上がるまでRMI社が企業として成り立つ助けになるようです.

 Orionチップは130nmルールで作られています.このチップは最近まで複数のチップで実現してきたことが多かったルータなどを,ほとんど1チップで実現できるそうです.

 このチップは,安価なルータなどの組み込みチップに使うにはちょっと牛刀気味のところがありますが,Cisco Systems社などが出している高性能なブロードバンド・ルータなどの用途には威力を発揮しそうです.

 RMI社では,このほか先行開発されているMIPS64アーキテクチャ単体のLRチップ,ネットワーク用のPegasusチップをすでに発表していますが,今回の二つのチップが出るまでのつなぎという理解です.

写真2 XLRのマスク写真

図2 XLRチップの構成

RMI社の営業戦略――日本市場へのアプローチ

● 日本での狙い――ネットワーク接続の事務機器か

 RMI社の多額の投資を回収できる組み込みマーケットというと,機器の価格がある程度高い上に販売量が多くないと困難が伴うと思われます.

 RMI社自身も一契約で年間10万個程度以上のアプリケーションを探しているようです.高性能ルータやサーバの世界だけではRMI社が予定しているビジネスを実現するには無理がありそうです.

 日本ではサーバやルータの用途はあまり商売にならないので,ネットワーク接続の機能をもつコピー機などの事務機器が対象となるでしょう.

 家電機器や自動車というマーケットもありますが,このチップが得意とする分野と用途が,仕様だけでなく価格や供給安定性の点から見て適合するかどうかが,採用に結びつくポイントであると思われます.

 医療機器や産業用の機器は,チップが金額的にかなり高くても性能が良ければ採用に結びつく分野です.この分野で使うチップ数は全体としては多いのですが,個別のアプリケーションでの使用量は少ないのが現状です.

 やはり,パソコン用のCPUあるいはゲーム用として開発されているPLAYSTATION 3用のCellのように,ある程度の生産数量が確保されて,今後の供給も保証があるチップが価格や供給の点で有利かもしれません.

● 組み込み分野でSuperHやPowerPC G4を
置き換えるか――性能ではCellも凌駕している?

 XLRチップの性能については,当然ながらRMI社の鼻息はたいへん荒いようです.組み込み分野では,性能的にはSuperHはもちろん組み込み用によく使われるPowerPC G4も問題にならないという雰囲気です.

 「Cellも問題にならない」と上谷氏は宣伝します.営業的には当然の発言ですが,プロセッサはそれぞれ対象としている分野が違うので,ある範囲のアプリケーションでの性能を比較しても,あまり意味がないように思います.

 Cellはゲームなど3D用途で高速なベクトル演算を大量にこなすことについては,パソコンのCPUより性能は上でしょう.この点は,スーパコンピュータのアーキテクチャを大胆に採り入れた結果です.

 XLRチップの性能や用途を直接比較できる相手は,前述のSun Microsystems社のNiagaraチップです.両チップの構成方法は非常によく似ていますが,発表されている資料だけでは,これらお互いの間だけでなく,Cellなどほかのチップとの優劣も判断は難しい状況です.

 Intelチップがやって来たような命令レベルでの並列処理だけでは,同時に発行できる命令数を飛躍的に増大させるには,コード・レベルの構文解析が大変になるだけでなく,用意した演算装置の数ほどは速度の向上が期待できないということがわかってきました.

 一方,コンパイラ・レベルでスレッド処理を強化してやれば,図3のように4way程度のスレッド処理で,プロセッサとメモリとの速度ギャップがうまく埋まるとRMI社では予想しているようです.

 この方法はベクトル演算と似てはいますが,前述のように使う命令の種類で差異があります.サーバのように非常に多くの同一並行処理を行う機器では,XLRチップのアーキテクチャはIntelのCPUなどと比べてはるかに有利になると思われます.DoS攻撃などに対処するには最適でしょう.

 XLRチップは画像や3Dデータ処理のようなベクトル演算が必要なものではなく,非常に多くのI/Oからのアクセスに対して高速応答するシステム管理のようなものに適していると思われます.

 そのような用途として,たとえば電力供給管理を考えてみても,絶対需要はそう多くはなさそうですから,結局そのような用途にも使えるサーバへの搭載という市場が,いちばん可能性が高いでしょう.

図3 スレッド数と効率

新しいプロセッサはなぜ日本発でないのか

● 日本発のアーキテクチャ――なぜ主導権が取れない

 日本から発信するプロセッサは,大手企業が開発に名乗りを上げたチップ以外は試作さえもままならないのが現状です.

 Intel社が4ビットのプロセッサを発売した直後から,日本ではいろいろなプロセッサが発案されてきました.ちょっとした半導体製造設備をもつ企業は,どこでも一度はプロセッサ作りに挑戦したことがあると言っても,差し支えありません.

 しかし,そのほとんどは自社製品に組み込まれた程度で,外販されて成功を収めたものや,そのアーキテクチャの延長上でまだ供給しているプロセッサはあまり多くはありません.

 日本ではSuperHなどを例外として,DSPや特定の用途向けに作られているチップが多く,業界標準的に拡がったSPARC,MIPS,ARM,PowerPCなどのアーキテクチャの発信はいずれも日本からではありません.

 1950年代後半以来,日本は米国にほとんど遅れることなくコンピュータを開発してきた歴史があります.ゲルマニウム・トランジスタの時代から,大学・研究所だけでなく多くの企業でもコンピュータを開発していました.

 プロセッサのアークテクチャを考案する実力が,日本の技術者に不足していたのではないと,考えてよいでしょう.事実,PlayStation 2用に開発されたEmotion Engineは,Intelチップの代替えを狙ったTransmeta社のCrusoeのような野心的アーキテクチャです.

 もし,IBM社との合作のCellがPLAYSTATION 3以外の情報家電に使われることになれば,日米をまたいではいても,野茂投手の日米通算200勝並みの久しぶりの快挙と言えます.

● 日本的環境が独自性の発展を阻害
―― 巨人・大鵬・玉子焼き

 結論からいうと,日本では1960年代の後半から始まった高度成長下で,人々は冒険しなくても成果が手中に納まるという経験を積みすぎたようです.

 リスクなくして成功なし,という世界史的な常識が,短期間ですが通用しなかった時代が続いたので,その間に野心的なことを考えても,自分自身が権力を持っていなければ,アイデアだけでは資金主を説得できない世の中になってしまったのです.巨人・大鵬・玉子焼き時代に,現在の多くの技術者が育ったのです.

 一方では,IBM社が次から次へと打ち出す新路線を追いかける日々となって行かざるを得ない状況にもありました.

 こうして,日本における汎用プロセッサ・チップの開発は,売れるか儲かるかだけが尺度の半導体メーカ主導の開発が続けられ,新しいアーキテクチャに野心的に取り組むには,自分で起業するか,嶋正利氏のように米国へ渡るしか方法がなくなりました.

 それでもコンピュータ技術は生きてはいたので,スーパコンピュータの分野では,いまだに日本のメーカは世界に冠たる地歩を有していますが,金額的には小さな市場になってしまいました.

 今回のRMI社のRaza氏と出資者の勇気には脱帽します.コンピュータの世界はどうしてもハードウェアが必要です.ですから,いつでも新しいアーキテクチャが求められています.バブル後の技術者なら,クールな気持ちで挑戦する人が出てくるかもしれないと期待しています.


いかい・くにお

博士(工学)

http://www.ne.jp/asahi/yikai/class/





copyright 2005 Kunio Yikai

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Copyright 1997-2005 CQ Publishing Co.,Ltd.


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