3分でわかる! ARM (アーム) アーキテクチャとは?

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スマートフォンやタブレットPCが流行してから、『ARM アーキテクチャ』という言葉を目にする機会が多くなったと思いませんか?

そこで今回は「ARM アーキテクチャとは何か?」の説明に加えて、これからの「インテル vs ARM」の構図についてお話します。

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ARM Holdings
イギリス ケンブリッジにあるARM

「ARM」と「アーキテクチャ」という2つのキーワードのうち、まず「ARM」というのは企業の名前です。イギリスはケンブリッジにある『ARM Holdings』というプロセッサーを開発している会社です。

と言うと、「なるほど、インテルみたいな半導体メーカーね」と思ったあなた、ちょっと違います。

インテルはプロセッサーの開発から製造・販売まで自社で一貫して行っていますが、ARMが行っているのは「プロセッサーや周辺技術の開発」だけです。完成品としてのプロセッサーを製造・販売しているわけではありません。

もうひとつのキーワード「アーキテクチャ」の意味をe-Wordsで調べてみると、

ハードウェア、OS、ネットワーク、アプリケーションソフトなどの基本設計や設計思想のこと。元来、建築学における設計術あるいは建築様式を表していたのが、転じて、コンピュータ用語として用いられるようになった。

はい、「基本設計や設計思想」とありますね。つまりARM アーキテクチャとは、「ARMが開発したプロセッサーの基本設計や仕様」という意味になります。例えば料理のレシピのようなもの、と言うとわかりやすいでしょうか?

レシピ本は料理の材料や作り方(アーキテクチャ)を販売しているのであって、できあがった料理を売っているわけじゃないですよね。出版社に電話して「38ページの料理を2人前お願いします」って言っても、それは自分で作ってくださいと言われます。

同じように各機器メーカーは、ARMから「プロセッサーの作り方や、作ったものを売る権利」、つまりライセンスを買っています。そして必要に応じて各メーカーが独自の味付け(機能など)を加えてプロセッサーを完成させています。

つまりARMは「こういうプロセッサーの"作り方"を考えましたよ」という知的財産権 (Intellectual Property Right) を販売し、そのライセンスに基づいて製品化されたプロセッサーのことを一般に「ARM アーキテクチャによるプロセッサ」などと呼びます。

あんなとこにも、こんなとこにも? ARMは小さな巨人!

冒頭に書いたようにスマートフォンやタブレットPCが大ブームですが、現在販売されている多くの、というより、ほとんどのスマートフォンやタブレットPCにもARM アーキテクチャによるプロセッサーが使われています。

iPadに搭載されるA5プロセッサーもARM アーキテクチャによる

例えばアップル社がiPhoneやiPadに搭載する「A5Xプロセッサー」、Android OSのスマートフォンやタブレットPCに搭載されるクアルコム社の「Snapdragon」やNVIDIA社の「Tegra 3」などもARM アーキテクチャによるプロセッサーです。

急成長中のスマートフォンやタブレット市場を制覇しているだけでもスゴイんですが、ARM アーキテクチャが使われているのは他にもたくさんあります。身近なところではデジカメやプリンターなどのデジモノ。テレビ・洗濯機・電子レンジなどの家電製品やゲーム機。自動車の制御装置やカーナビ、オーディオ。医療機器。そしてこれらの製品を作るための産業機械など、例を挙げたらキリがないほど、ARM アーキテクチャで作られたプロセッサーは、あらゆる分野のあらゆる製品に組み込まれています。

きっと先進国で生活している限り、ARM アーキテクチャと無縁に生きている人はいないでしょう。私たちがふだん何気なく利用しているモノやサービス、そのいたるところにARM アーキテクチャが利用されています。知らないあいだに世界はARMだらけ!そう考えると、ちょっと怖い気もしますね。

ところで「プロセッサー」というと、真っ先にインテル社を思い浮かべる人も多いですよね?パソコンでは『インテルはいってる』のが当たり前なほど勝ち組のインテルですが、いわゆる「組み込み」の世界ではARMの牙城を崩すのに苦労しているようです。

鬼のいぬ間に世界制服を果たしたARM

ARM アーキテクチャを利用する製品の多くは、「限定された機能」を実現するためにプロセッサーを組み込みます。そこでプロセッサーに求められるのは、「限定された機能」に必要なだけの性能と消費電力が少ないことです。

例えば駐車場のゲートを動かすシステムを考えてみましょう。自動車が来たことをセンサーで検知して駐車券を取らせる、または料金を精算させてゲートを上げる。自動車が去ったら再びゲートを下ろす。

ゲートシステムが行うのはこれだけですから、プロセッサーはこれだけできる処理性能があれば十分です。あとは年じゅう動かすシステムですから、消費電力が少ないほうがいいですね。

対してパソコン用のプロセッサーはWebサイトを見たり、ゲームをしたり、デジカメの画像やホームビデオを編集したりなど、幅広い用途に対応できる高い性能が求められるため、プロセッサー自体のサイズや消費電力は大きくなります。

マイクロソフト社のOS『Windows 95』で始まったパソコンブームで、インテルは世界中のパソコンメーカーにプロセッサーを提供して急成長しました。そして処理性能の高いプロセッサーがパソコンの価値を決定する時代が続くにつれて、インテルのプロセッサーはどんどん処理性能と消費電力を増やし続けました。

こうしてインテルが盛大に電力を消費し、華々しくパソコン業界を征服しているあいだ、ARMはひっそりと静かに、かつ着実に世界の裏方を征服していきました。

やがてインテルが王国を築いたパソコンは薄利多売の代名詞的な商品になり、代わってスマートフォンやタブレットPCなど、手軽でどこでも使えるモバイルPCがデジモノ市場の主役の座を奪いました。

モバイルPCに必要なプロセッサーはコンパクトなサイズと、長い時間バッテリーで使える省電力です。これまではインテルという鬼のいない組み込み市場を制してきたARMでしたが、その特性がスマートフォンやタブレットPCにマッチして、一躍表舞台に躍り出ることになりました。

インテルの組み込み市場参入

かつての勢いもなく、今後の拡大も見込めないパソコン市場。そこに君臨してきたインテルが、ARMの急成長を指をくわえて見ているわけはありません。

実はインテルもARMのライセンスは持っていて、過去にはARM アーキテクチャによるプロセッサーを製造していたこともあります。でもインテルは自社のプライドか、それともライセンス料が惜しいのか、あくまで自社開発にこだわるようです。そして2008年、インテルは組み込み市場に向けたコンパクトで省電力な『Atom (アトム) プロセッサー』を開発します。

インテル Atom プロセッサー

Atom プロセッサーの名前に覚えのある人は、あまりいいイメージがないかもしれませんね。数年前に一時ブームになった『ネットブック』と呼ばれる低価格なノートPCに使われていたのもAtom プロセッサーでした。

ネットブックは元々、発展途上国向けに安価なパソコンを提供するという目的で開発されたため、価格の安い組み込み用のAtom プロセッサーが利用されました。そのため初めてのパソコンにネットブックを選んだ人は、その処理性能の低さに「パソコンってこんなもの?」とショックを受けたようです。

そんな黒歴史からまだ日が浅いので今でもAtom プロセッサーにネガティブなイメージしかない人も多いようですが、今どきのAtom プロセッサーは当時とはベツモノと言っていいほど改善されています。

処理性能向上と消費電力の低下 相反する技術の両立

アップルのiPhoneやiPadがきっかけとなって急成長しているスマートフォンとタブレット市場ですが、モバイルに欠かせない長いバッテリーの持ち時間という条件に加えて、パソコン並みの高い処理性能が求められるようになってきました。

そもそもスマートフォンやタブレットは小型のコンピュータそのものですから、Webサイトや動画の視聴、画像編集など、パソコンと同じ用途に利用されることになります。アプリをインストールすれば用途が増えるのもパソコンと同じです。

そうなると従来のガラケーと呼ばれる携帯電話よりも、はるかに高い処理性能がプロセッサーに要求されるようになり、スマートフォンやタブレットPCでも2コアや4コア・プロセッサーが搭載され、処理性能はパソコンと変わらないレベルになってきました。

しかし処理性能と消費電力は相反する要素です。処理性能を高めると消費電力が増え、バッテリーの駆動時間を延ばすと処理性能は低くなります。

ARM アーキテクチャは省電力のまま高性能化する方法として、前述の2コア化や4コア化というマルチコア化を採っています。必要に応じて稼働するコアの数を変えて、処理性能をフレキシブルにコントロールできるのがメリットです。

但しこの手法はインテルにとっても得意中の得意分野です。

かつて電力を盛大に消費していたインテルはプロセッサーの設計方針を大きく転換し、今では少ない消費電力で高い性能を発揮するプロセッサーを生産しています。

そして現在のインテル・プロセッサーには1つのコアで2系統の処理が可能な「ハイパー・スレッディング機能」や、停止中のコア分の電力を稼働中のコアに回して処理性能を向上する「ターボ・ブースト機能」などで、効果的な省電力と高い処理性能を両立しています。

2013年にインテルが発売する「第4世代 Core プロセッサー」は、同じ処理性能なら消費電力は「第3世代 Core プロセッサー」の約半分にまで減少すると言われており、タブレット用のプロセッサーも登場するようです。また既にAtom プロセッサーを搭載するスマートフォンも登場しているので、2013年はIntel vs ARM戦争が本格化する年になりそうです。

ARMにとっては裏方の組み込み市場からスマートフォンやタブレットPCという晴れの舞台に踊り出られたチャンス。インテルにとっては停滞するパソコン市場から急成長中のスマートフォン、タブレットPC市場に食い込むチャンス。ここで東西の横綱が同じ土俵でがっぷり四つに組み合う展開になりました。

それはまた開発から販売まで一社独占のインテルが勝つか、それとも開発・生産をパートナー企業と分業するARMが勝つか、どちらのビジネスモデルが生き残るかの勝負とも言えます。

まあ、どちらが決定的に勝つ・負けるというハッキリした白黒がつくかどうかはわかりませんが、私たちユーザーにとってはインテルの参入でより良い製品が生まれ、選択肢が増えることは歓迎できますね。

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