次世代64ビット対応ISA「ARMv8」や最新コア「Cortex-A7」に注目 ―― ARM TechCon 2011

　CPUコア・ベンダである英国ARM社は，2011年10月25日～27日に米国カリフォルニア州Santa Claraで電子機器やLSIの開発技術者向けのイベント「ARM TechCon 2011」を開催した（写真1）．本イベントでは，64ビット実行モードを用意した新しい命令セット・アーキテクチャ「ARMv8」や，最新コアである「Cortex-A7」などの情報が公表され，来場者の注目を集めていた．

写真1　ARM TechCon 2011の会場となったSanta Clara Convention Center

●64ビット・コンピューティングを初めて導入へ

　このイベントでARM社は，次世代CPUの命令セット・アーキテクチャ（ISA：Instruction Set Architecture）「ARMv8」を発表した．ARM社はこれまで，32ビットRISC型CPUのISAを開発してきた．最新世代のISAは「ARMv7」である．「ARMv8」ではARM社のCPUとしては初めて，64ビット・コンピューティングを導入する．

　ARMv8では，64ビット実行モードの「AArch64」と32ビット実行モードの「AArch32」が用意されており，両者を切り換えて処理を実行する（図1）．64ビット実行モードの「AArch64」は，まったく新しい命令セット「A64」を有する．32ビット実行モードの「AArch32」は，ARMv7アーキテクチャとの互換性を保つ．

図1　ARMコアの次期命令セット・アーキテクチャ「ARMv8」の位置付け

　64ビット実行モードの「AArch64」は，命令セット「A64」のほか，例外処理機構，セキュリティ機構，仮想化支援機構，メモリ空間の変換機構などで構成される．命令長は32ビットの固定長である．物理アドレス空間は最大48ビットであり，256T（テラ）バイトのメモリ空間を有する．搭載するレジスタは64ビットの汎用レジスタが31本と128ビットのメディア・レジスタが32本（図2）．浮動小数点演算では倍精度演算に対応した．ページ・サイズには，4Kバイトと64Kバイトの2種類がある．

図2　ARMv8のレジスタ・ファイル

　ARMv8の詳しい内容は2012年後半に公表される予定．ARMv8を実装したCPUコアも，2012年中に登場する計画となっている．

●ハイエンドのスマートフォンを2年後にローエンド化

　「ARMv7」を実装したCPUコアとして，次期アプリケーションCPUコア「Cortex-A7」の内容をARM社が公表した．2年後の2013年には，このCPUコアを搭載したSoC（System on a Chip）とスマートフォンが市場に登場し始めるとみられる（図3）．

図3　アプリケーションCPUコアの変遷と携帯電話端末の進化

 

　「Cortex-A7」は，2011年現在，500ドルほどするハイエンド機種のスマートフォンと同等の性能を，2013年に100ドル以下のエントリ・モデルのスマートフォンで実現することを狙って開発した．28nmプロセスで製造したときのシリコン面積は0.45mm2（平方ミリ）ときわめて小さい（図4）．すなわち製造コストが低い．またARM社のアプリケーションCPUコアとしては，エネルギー効率が最も高い．

図4　Cortex-A7コアの概要

　Cortex-A7コアの動作周波数は，28nmプロセスで製造したときに最大1.2GHzと非常に高い．最新に近いハイエンドのアプリケーションCPUコア「Cortex-A8」を40nmプロセス（現在の最先端量産プロセス）で製造したときの動作周波数が最大1GHzなので，現在のハイエンドコアよりも高い周波数で動くことになる（図5）．

図5　Cortex-A8コアとCortex-A7コアのシリコン面積比較

　消費電力については，28nmプロセスで製造したCortex-A7コアのエネルギー効率は，45nmプロセスで製造したCortex-A8コアの約5倍に達する（図6）．また演算処理の性能も，Cortex-A7はCortex-A8よりも高いとしていた．

図6　Cortex-A7コアのエネルギー効率と演算処理性能