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「SoC」とは?スマホのCPUとの違いやメーカーをざっくり解説!!

「SoC」とは?スマホのCPUとの違いやメーカーをざっくり解説!!

スマホの性能、初期の頃から比べると桁違いに上がりましたよね!

スマホが出た当時はフラグシップモデルでもモタツキを感じましたが、2019年にはミドルレンジでもサクサク動きます!

CPUは勿論、GPUやDSPに至るまで桁違いに性能が上がったスマホですが、パソコンとは異なり個別にCPUなどが搭載されているわけではないんです。

そんなわけで、今回はCPUやGPUなどが1つにまとめられている馴染みのない言葉「SoC」について解説していきます。

「SoC」とは?

「SoC」とは?

「SoC」とは、スマホやスマートウォッチなど主にモバイルデバイス搭載される、CPUやGPUなどが1つのシステム化されたチップのことを指します。

ではなぜ、「SoC」というのかというと「System-on-a-chip」の頭文字を取った略からです。

パソコンなどでは、「SoC」というよりマザーボードに各種LSI(large-scale integrated cir-cuitの略で高密度の集積回路のこと)を接続します。

しかし、現在の「SoC」はスマホの起動や利用に必要なあらゆるLSIを1つに集約していながら小型化もしているので恐ろしいぐらいの最先端技術の結晶となりますね。

「SoC」とCPUの違い

「SoC」一般的には、認知度が低くCPUと括られてしまうことが多いのですが、厳密に言うとCPUと「SoC」では意味合いが異なります。

どう違うかというと、CPUというのは、「SoC」の中にある集積回路の1つなので「SoC」を構成する集積回路の一部なんですね。

スマホの場合、モバイル用で小さいデバイスで有りながらパワフルな性能を求められるので1チップにCPUを含む多くの集積回路が「SoC」としてまとめられています。

そのため、スマホの性能を考える時「SoC」の総合的な性能と「SoC」の一部であるCPUは切り分けてみることで正確に性能を知ることが可能です。

「SoC」の歴史

「SoC」がどんなものかわかったところで、なぜ「SoC」が誕生したかというと、単純にモバイルデバイスではサイズの制約上、チップの小型の要求が強かったためです。

モバイルデバイスでは、電力面の制限も厳しくシステムの内部接続で消費電力も抑えられる「SoC」はまさに適していたわけです。

また、量産化によるコスト削減効果や遅延が減ることによる高速化などの恩恵もありモバイルデバイスだけでなく様々な製品に活用されて来ています。

intelのCPUもiGPUと呼ばれ1つのチップにまとめられてますから、広義では「SoC」といえるでしょう。

「SoC」のメリットとデメリット

「SoC」のメリットとデメリット

ここまで良いことだらけの「SoC」ですが、デメリットも存在します。

「SoC」はその特性上CPUやGPUなどの多くのLSIを1つのチップに集約するため半導体の塊となり、開発が複雑化してしまいます。

しっかりとした、設計開発のノウハウがないと開発が長期化したり失敗したりと経営的には大きなリスクも伴います…。

また、開発難易度の高さから小ロットでの生産には向かず、スマホなどの量産が期待できる分野に向いています。

そのため、デメリットを補う複数のLSIをパッケージにまとめたSiP(system in a package)という手法も出てきています。

「SoC」のスマホ向けの構造

「SoC」のスマホ向けの構造

それでは、「SoC」の中でもスマホに搭載される「SoC」はどのようなLSIを1つのチップに集約しているのか見ていきましょう!

CPU

皆さんご存知CPU。

CPUは、人間でいうところ脳に辺り制御から、アプリの挙動まであらゆる計算を行えます。

他のLSIの制御やOSの制御も行うため「SoC」の中では、最も重要な部分です。

このCPUの性能においては、スマホ登場時から比べると最低でも15倍、最大30倍以上の性能にいます。

進化の過程でデュアルコアからクアッドコアなど複数のCPUコアを持つようになりました。

近年では「big.LITTLEと呼ばれる性能に優れたビックコアと低消費電力に優れたリトルコアのヘテロジニアス構成が主流になっています。

シングルコアの性能でも大幅に進化しているので、マルチコアの性能も含めると昔とは桁違いですね。

※「SoC」に内蔵されるGPUについては下記リンクに詳細な記事がありますので、興味があればご覧くださいませ!

また、スマホのCPUは全てARMのアーキテクチャが採用されています。

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GPU

「SoC」のスマホ向けの構造GPU

「SoC」に欠かせない重要なLSIがGPU

GPUは主にゲームなどの描写の3Dグラフィックスなどの計算処理を行います。

CPUでも3Dグラフィックスの処理は、可能ですが特化している分性能は桁外れでフラグシップの「SoC」では、CPUより面積が大きいこともあります。

また、GPUは小さいコアを大量に詰め込むことで性能をあげるのでCPU以上に初期より性能があがっています。

そのため、一昔前の据え置き機などよりも処理性能が優れるなど最も性能的には進化してるLSIとなります。

DSP

DSPは、GPUなどと同じ用に特定分野に特化や最適化されたLSIです。

また、DSPは「Digital Signal Processor」の略で具体的には、音声ストリーミングの処理や映像データなどの処理をCPUに変わり行います。

GPUと同様特化している分CPUに対して、より高効率で動作します。

NPU

NPUは、AIの処理に特化したLSIでAppleの「Aシリーズ」やHiSliconの「Kirin」などの「SoC」では力を入れて開発しています。

NPUの性能が高いと顔の識別や音声認識などのスピードがアップするので今後重要になってくるでしょう。

そのため、スマホのベンチマーク「Antutu」のAIベンチマークもBETA版ですが提供されています。

AITUTU Benchmark (Beta)
AITUTU Benchmark (Beta)
開発元:AnTuTu
無料
posted withアプリーチ

 

キャッシュメモリ

キャッシュメモリは、CPUの内部に接続されたメモリで一般的なRAMに比べて非常に高速かつ小容量です。

通常L1~L3(L1から順に遅くなる)までのキャッシュメモリを搭載し、RAMに比べて遥かに高速ですが容量は非常に小さいです。

また、よく使うデータをキャッシュメモリに一時置いておくことで処理が早くなります。

通信モデム

スマホで使われる「SoC」の大半は通信モデムも内蔵しています。

通信モデムも内蔵することで4Gなどの通信やWi-Fi、Bluetoothも1チップだけで利用できるのでサイズの制約が厳しいモバイルデバイスでは有効です。

しかし、Appleの「Aシリーズ」の「SoC」は、3Gや4Gなどの通信モデムを統合しておらずiPhoneでは、intelやQualcommの通信モデムを別途搭載しています。

スマホ用の「SoC」を開発しているメーカー一覧

スマホに「SoC」を開発しているメーカー一覧

現在、スマホに搭載される「SoC」を開発しているメーカーはQualcomm、Apple、HiSilicon、MediaTek、Samsungの5社となります。

日本のメーカーがないのが少し悲しいですね。

また、スマホが出た当初に比べるとプレイヤーが減ってきているのでスマホが成熟期になってきていることの象徴でしょう。

少し残念です。

各メーカーが開発している「SoC」の性能については、ベンチマークテストをまとめたページがありますので興味があればご覧くださいませ!

【2019年最新】スマホのベンチマークスコアを比較【Antutu GeekBench 4】
【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。...

それはでは、「SoC」とメーカーごとに特長をざっくりまとめていきます。

「Snapdragon」Qualcomm

「Snapdragon」は、Qualcommが開発する「SoC」でスマホの登場時よりトップクラスの性能を維持している「SoC」です。

フラグシップモデルだけでなくミドルレンジやローエンド向けの「SoC」も強く先進国では、HuaweiやSamsungを除き多くのスマホが「Snapdragon」を採用しています。

性能的には、GPUが特に強く「SoC」としてのバランスも良いため、シェアの高さも相まってアプリの最適化が最も進んでいるのが特長です。

「Aシリーズ」Apple

iPhoneやiPad専用に作られる「SoC」がApple「Aシリーズ」です。

特長としては、CPUのシングルコアの性能がAndroid向けの「SoC」と比べて長年飛び抜けており、2019年Samsungの「Exynos 9820」が出るまで数世代分の性能差があるほででした。

また、プラットフォームごと最適化ができるのでゲーム環境では優れているケースが多いです。

「Kirin」HiSilicon

Huawei製のスマホのみで搭載される「Kirin」は、Huaweiの子会社HiSiliconが開発しています。

CPUもGPUもARMのIPコアを使っているため特段優れた部分はないですが、「Kirin980」よりAI処理に特化したNPUに力を入れています。

年々、QualcommやSamsung、Appleなどと性能差は縮めて来ていますがCPU、GPU共にフラグシップモデルでは一歩及ばずと言ったところ。

「Helio」MediaTek

「Helio」は、MediaTekが開発する「SoC」で主にコスト重視のスマホに搭載されています。

そのため、フラグシップやハイエンド向けの「SoC」は殆んどなくミドルレンジやローエンドクラスの「SoC」をメインに開発しているメーカーです。

日本でも最近コスパが高く勢いのあるUMIDIGI製のスマホに搭載されています。

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「Exynos」Samsung

「Exynos」のSamsungのフラグシップモデルやミドルレンジ向けにSamsungが開発している「SoC」です。

長年、Qualcommとフラグシップでは競争していますが、ここ数年はARMアーキテクチャをフルカスタムした「Mongoose(M)」というCPUを開発しており、Appleの「Aシリーズ」に次ぐシングルコア性能を誇ります。

スマホの「SoC」から撤退または現在不明なメーカー一覧

ここからは、既に撤退してしまった、あるいは今後の先行きが不透明なメーカーと「SoC」を紹介しています。

「OMAP」TI

スマホ以前からモバイルデバイス向けに「OMAP」を開発していたTI。

日本では、富士通がよく採用していましたね。

2013年にはスマホ向けの「SoC」から撤退してしまいました。

「SH-mobile」ルネサス

日本の半導体メーカールネサスも「MP5225」が京セラのスマホ「HONEY BEE  SoftBank 101K」に搭載されましたが、以降続くことはなく撤退に追い込まれました。

性能的には悪くなかったのですが、めちゃくちゃ出遅れてしまったのが致命的でしたね。

非常に残念です。

「Atom」intel

intelも「Atom」ブランドで一時期スマホの「SoC」に参戦していました。

当時は、ダンピングかと思われるぐらいコスト重視の機種に採用され性能も悪くなかったのですが、シェアを伸ばすことができず撤退。

ARMアーキテクチャじゃないことや通信モデムを搭載していなかったことで採用が進まなかったと思われます。

「Tegra」Nvidia

パソコンのGPUで有名なNvidiaも「Tegra」というブランドでスマホの「SoC」に参戦していました。

しかし、初期の頃にGPUメーカーで有りながら貧弱なGPU、発熱対策の弱さなど作りの甘さが出てしまいシェアが伸びることはなかったです。

後期は、ARMアーキテクチャをカスタムしたCPU「Denverコア」を開発たりGPUも大幅に強化されましたがほとんど採用されいままスマホ市場からは撤退。

「RK」Rockchip

Rockchipは、スマホというよりChrome Bookで採用されることが多い「SoC」でしたが、近年はChrome Bookにも搭載されているデバイスを見かけないですね。

特に新しい情報もないですが、撤退したという情報もないため今後は不明です。

Xiaomi「Surge」

「Surge」は、スマホ市場で圧倒的なコスパを誇り続けるXiaomiの子会社が開発したミドレンジ向けの「SoC」でXiaomi Mi 5cで採用されましが、その他にスマホに搭載された情報はありません。

Xiaomiは、元々Qualcommの「Snapdragon」にべったりですので、新たに「SoC」を作る可能性は低そうです。

「SoC」についてまとめ

スマホの登場時期に比べると「SoC」を開発しているメーカーも減り性能の向上幅も減ってきて少し面白みにかける気がします。

しかし、その分成熟してきている証でもあり、ミドルレンジモデルでも昔のフラグシップを遥かに上回る性能で快適にスマホを利用できるようになったことはありがたいですね。