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ARMのCPUとは?スマホに使われる理由と特長をざっくり解説!!

ARMのCPUとは?スマホに使われる理由と特長をざっくり解説!!

スマホや組み込みデバイスの殆どに搭載されているCPUが「ARM」のCPUです。

そのため、多くの人が複数台の、「ARM」のCPUが搭載されてたデバイスを持っていると思います。

しかし、「ARM」の認知度は低いですよね…。
intelより多くのデバイスに搭載されているにも関わらずです。

そんなわけで、今回は「ARM」がなぜ認知度が低いのか、またどのようなCPUの開発、販売を行っているのかざっくり解説していきます。

「ARM」とは?

「ARM」とは?

「ARM」は、1990年にAppleやAcorn Computersの合弁事業として設立した、イギリスの会社で、スマホやモバイルデバイス、組み込み向けにCPUやGPUのIPライセンスを主軸にシステムなどの販売している会社です。

その販売形態から、intelやAMD、Qualcommなどとは異なりCPUの開発をしているにも関わらず製品としてのCPUの製造は一切していません。

また、2016年にソフトバンクの買収されて以降は、ソフトバンクのグループ企業となっています。

「ARM」のCPUとは?

「ARM」のCPUは、パソコンを除けばスマホは勿論、タブレットやモバイル系のゲーム機、カーナビやルーターに至るまで、様々デバイスに搭載されています。

小型で省電力性能に優れたRISC型のCPUのアーキテクチャーの開発が得意で現在でもモバイル機では圧倒的なシェアを誇っています。

ちなみに、2017年の出荷実績で210億以上と発表されています。

「ARM」のCPUが採用される理由

「ARM」のCPUが採用されるわけ

ではなぜ、これほど多くの製品に採用されるかというとビジネスモデルが深く関わってるといえるでしょう!

「ARM」は、intelやQualcommなどの半導体メーカーと違い自らCPUの製造をせずCPUのIPライセンスを様々な形態で柔軟に提供するビジネスモデルを採用しているので、一般的な半導体メーカーとは大きく異なります。

そのため、多くの半導体メーカーが採用し、その流れが一度できてしまうとエコシステムとなり、より「ARM」CPUの採用が増えます。

結果、現在210億個以上の出荷実績というとんでもない結果を残すことが出来たんですね。

競合としては、「RISC-V」などのオープンアーキテクチャもありますが、エコシステムが確立されていないためまだまだ、「ARM」が採用され続けると思われます。

BtoBのビジネスモデルゆえに、シェアに対しての認知度が低いのも頷けますね。

「ARM」のGPUとは?

「ARM」は、CPUだけではなくGPUのIPライセンスも行っています。

GPUのIPライセンスは、主にスマホの「SoC」に採用され、MediaTekの「Helio」、HiSliconの「Kirin」、Samsungの「Exynos」に利用されています。

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「ARM」のGPUである「Mali」は、CPUに比べると歴史は浅く2005年に「Mali-55/110」が発表されたのが最初です。

搭載された最初のスマホはSamsung Galaxy S IIで、「Mali-400MP」を「Exynos4」のGPUとして採用されました。

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「ARM」のCPUとGPUの歴史

スマホやフィーチャーフォンが登場する以前の「ARM」のCPUは、今とは比べ物にならないくらい性能が低くほぼ組み込みシステムに採用されるCPUでした。

しかし、携帯電話の高機能化やスマートフォンの登場に伴いより一定の省電力性能や小型サイズを維持しつつ高性能化に舵を切り現在に至ります。

スマートフォンが出た当時に比べると桁違いに性能が上がっているのはそのためです。

数年前よりサーバーなどにも進出しより幅広い分野で採用が進んでいます。

GPUに関してもスマートフォンの高機能化に伴い、GPUの重要性が増すタイミングで参入しました。

CPU同様にGPUでもIPライセンスのビジネスモデル採用し大手「SoC」メーカーなどに採用されることで後発にも関わらずしっかりとシェアを獲得してます。

しかし、CPUと異なり、GPUでは競合が多くCPUと同じ様な圧倒的なシェアとは言えません。

とはいえ、ローエンドモデルのスマホで搭載率の高いMediaTekやスマホの世界シェア1位と2位のSamsungやHUAWEIの「SoC」にも搭載されるなど検討しています。

「ARM」のCPUアーキテクチャーの特長

圧倒的なシェアを持つまでになった、「ARM」のCPUアーキテクチャーですが、ここまでのシェアを維持するには2つの理由があります。

①小型省電力

intelなどのパソコンに使われるCPUと比較すると圧倒的に省電力で小さいのが特長です。

その分性能も低かったのですが、スマートフォン登場以降は製造プロセスの進化と合わせて高性能化も果たしています。

そのため、現在では一定の省電力性能の維持しつつ大幅に処理性能も上がっています。

②IPライセンスの販売「CPUコアアーキテクチャーライセンス」

圧倒的なシェアを維持し続けられる特長として、半導体メーカーに合わせた柔軟なIPライセンスの販売が最も影響しているでしょう。

柔軟性という意味では、「Cotex-A」などの既にあるCPUコアのハードマクロによる提供から、Appleなどが採用する「v8-A」アーキテクチャのみのライセンスなど多様かつ幅の広い対応をしています。

そのため、顧客が自社に最適な契約を選べるなど双方のメリット大きいことが圧倒的なシェアの根底にあるといえますね。

「ARM」アーキテクチャのライセンス形態

「ARM」アーキテクチャのライセンス形態

「ARM」のアーキテクチャの幅広いライセンス契約も大きく分けると4つになります。

①アーキテクチャの提供

Appleが使う契約が、「v8-A」と呼ばれるアーキテクチャのみの契約でこの契約の場合、基本となるアーキテクチャ以外は提供されません。

そのため、CPUコアの設計や「SoC」の製造パターンも自社で行う必要があります。

自社でCPUコアの設計から行えるため独自性や最適化ができるメリットも有り規模も大きく独自のプラットフォームがあるAppleには最適な契約ですね。

②ソフトマクロによる提供

ソフトマクロによる提供は、アーキテクチャの提供と異なり「Cotex-A」などのCPUコアの提供を行います。

「SoC」の開発メーカーでいうとQualcommやHiSliconが該当します。

ただ、Qualcommの場合は、ARMが提供するCPUコアをARMと共にカスタムしているのでやや変則的な契約でしょう!

③ハードマクロによる提供

ハードマクロは、半導体の製造パターンまで提供します。

この場合、「TSMC」などのファウンダリで製造する設計まで提供してもらえるので技術的には難易度が大幅に下げることが可能です。

その分独自性がなくなる欠点もありますが、半導体の製造は大きな投資になるので顧客としてはリクスが下げられるで組み込み向けでは最もよく使われる契約になります。

④メディアIPごと提供

「ARM」は、GPUの提供もしているので③までの形態と併用してGPUの提供を受けることも可能です。

MediaTek、HiSlicon、SamsungはGPUの提供を受けているのでここも該当しますね。

また、Samsungの場合はかなり特殊で、アーキテクチャーとCPUコアの提供も受けているので他社と比べてシングルコア性能の高いCPUを搭載するなど独自性を出しています。

「ARM」が提供するCPUコア「Cortexシリーズ」について

「ARM」アーキテクチャのライセンス形態

現在、スマホの「SoC」では、Appleの「Aシリーズ」、Samsungの「Exynos」を除き「ARM」の「Cotex-A」というラインナップのCPUコアが使われています。

また、スマホに使われる「Cotex-A」以外にも「Cotex-R」や「Cotex-M」もあるので併せて紹介していきます。

①スマホに使われる「Cotex-A」

「Cotex-A」は、スマホ向けに開発されているCPUコアでARMのCPUコアの中では最も性能が高いシリーズです。

また、近年「big.LITTLE」とう用途や特性の異なるCPUコアを「SoC」に搭載するヘテロジニアスマルチコアに最適化された、ラインアップで開発しています。

具体的には、Cotex-A75などの7から始まる高性能なCPUコアとCortex-A55と呼ばれる省電力性と小型化に特化したCPUコアの構成です。

このCPUコアは、DynamIQという技術により最適に運用されることで高性能かつ低省電力を実現しています。

②RTOSの最適化された「Cotex-R」

「Cotex-R」は、リアルタイムOSに適したCPUコアです。
汎用的に使える「Cotex-A」に対して、リアルタイムOS向けのためレスポンスを重視しています。

そのため、CPUの処理性能としては「Cotex-A」より劣ります。

③組み込みに向けに最適化された「Cotex-M」

「Cotex-M」は、省電力性が高くCPUコアが非常に小さくなっています。
その分性能は低いですが、互換性に重点がおかれ組み込み向けの製品で活用されます。

「ARM」の「Cotex-A」とカスタムコアの比較

「ARM」の「Cotex-A」とカスタムコアの比較

「ARM」のCPUコア「Cotex-A」は非常に高性能になってはいます。

しかし、CPUのシングルコアの性能でいうと「v8-A」アーキテクチャをカスタムしているAppleの「Vortex」コアやSamsungの「M4」コアと比べると正直かなり性能差があります。

このあたりのCPUシングルコア性能については、Geekbenchで顕著に差が出てますので下記の記事をご参照くださいませ。

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【2019年最新】スマホのベンチマークスコアを比較【Antutu GeekBench 4】今回は、スマホのCPU[SoC]性能を計るメジャーベンチマークアプリ【Antutu】と【Geekbench】を使い[SoC]毎に性能を比較しました。...

「ARM」のCPUについてのまとめ

認知度の割に、恐ろしいほどのシェアと販売台数を誇るARMについて今回は解説してみましたが、改めて思ったことは、これだけ売れてるスマホ全てに使われてるってヤバすぎ。…ってこと。

個人的には、技術があればカスタムコアが作れるってとこが反発されない大きな要因かなと思いました。

「ARM」の最新情報

2019年5月

2019年5月、ARMは「Cortex-A77」と「Mali-G76」を発表しました。

現在メインストリームの「Cortex-A76」と比較するとシングルコアで20%以上の性能向上を果たしています。

Appleの「Voltex」やSamsungの「M4」などにはまだ、及びませんがARMのCPUコアでも徐々に性能が追いついてきているは嬉しいですね。