2020年、IntelからAtom後継モバイルCPUが出そう（読者投稿：渋谷Hさん）

画像引用元：Intel

こんにちは、ウインタブ（@WTab8）です。読者の「渋谷Hさん」に、Intelの新CPUについて記事を投稿していただきました。渋谷Hさんは以前もウインタブに記事を投稿してくれてまして、「その道のプロ」と拝察いたします。これだけの専門的な内容をわかりやすくまとめていただきましたこと、深く感謝いたします。ありがとうございました。

では、渋谷Hさん、お願いします！

はじめに

タブレット向けAtomの終息が宣言されて以降、WindowsタブレットではCherryTrailが使われ続ける状況となっています（2019年まで新製品が出続けるとは思いませんでした……）。Atom終息宣言時には「2020年ごろをめどに5Gで巻き返したい」という旨のコメントも出ていましたが、なんとそれが実現するかもしれません。2018年12月12日のIntel Architecture Dayと2019年1月のCES 2019という2回のイベントで、Intelからタブレット向けCPUが年末にも出るというアナウンスがありました。これについて、Windowsタブレット向けという視点で少々まとめたいと思います。

新SoC – Lakefield

Lakefield模式図（著作権の問題で模写）

Architecture Day（記事1、記事2）とCES 2019（記事1、記事2）の両方で、”Lakefield”というコードネームでモバイル向けSoCの計画が発表されています。これは、Foverosと呼ばれる積層技術により下記のコンポーネントを1つのパッケージにまとめたヘテロジニアス（ビッグ＋スモール）マルチコアのSoCとなっています。

•次世代CoreのSunny Cove (Ice Lake)を1コア
•次世代AtomのTremontを4コア
•次世代iGPU (Gen11)
•チップセット類
•メモリ（DRAM?）

Lakefieldはその特性から、ほぼ間違いなく6～10インチのサイズ、大型スマートフォンから2in1程度までが対象でしょう。

•サイズが小さい。パッケージは1円玉より一回り小さく、搭載ボードの試作品は10円玉5枚、12.5cmx3cmほど。
•積層すると表面積の減少から放熱に工夫が必要になる。おそらく低発熱のクロック域を想定。
•CES 2019ではLakefieldはProject AthenaというモバイルPC強化プロジェクトに使われると発表

大型のSunny Coveコアが搭載されていることから、スマートフォンよりは2in1を含むタブレットが主戦場になるのではないかと予想されます。Windowsとして使う限りはどうしてもPC寄りの性能が求められるからか、2018年は2in1でもSurface GoをはじめとしてCore系統のCPUが多く使われており、Lakefieldもそのあたりを狙っているのでしょう。

ただし、積層化で大幅に小型化しており、小型タブレットあわよくば大型スマートフォンへという意欲もうかがえます。少数の大型コア＋多数の小型コアという構成はiPhone8に搭載のApple A11 Bionicでも共通していますし、かつてスマートフォンの大きさでAtomは無理と言われていたのが、今やスマートフォンが6インチまで大型化してAtomを載せられるようになってきています。Project Athenaではバッテリー節約など一般的なモバイル向けの性能強化のほか、4G/5Gモデムの搭載なども謳っていることから、Intelもモバイル市場での巻き返しは狙っているようです。

なお、intelは「年内に量産を開始する予定」としているものの、まだ開発の初期段階にあるようです。というのも、実は2つのイベントで発表されたモデルが実は異なっているのです。Lakefieldは大まかに[メモリ層]-[10nm層]-[22nm層]の3層からなっていますが、Architecture Dayで公開された検証モデルではAtomコアは22nm層にある一方、CES 2019で発表された計画ではAtomコアが10nm層に配置されています。そもそもSunny CoveもTremontも単体の製品化すらされていませんから、Lakefieldの開発計画はまだまだ流動的で、搭載製品が市場に出回るのは1年後以降になるのではないでしょうか。

Gemini Lakeの2つ先までの計画

Atomの系譜（クリックで拡大します）

Intel Architecture Dayでは、Goldmont+（Gemini Lake）の後継としてTremont、Gracemontの開発が始まっており、その先に「次mont」もあるだろうというロードマップが発表されています（記事）。Atomブランドもネットワーク機器向けの製品では継続していますし、Intelでも小型サーバ向けや組み込み向けを成長市場として重視していますから、Atom系列のCPUの開発が止まることはなさそうです。 　これらの後継製品については開発の重点目標も記されています。

•Tremont：シングルスレッド性能、ネットワークサーバ性能、バッテリー寿命
•Gracemont：シングルスレッド性能と周波数向上、ベクター演算

Tremont以降の開発計画ではシングルスレッド性能が重視されていますが、今までにもCherrytrailからGemini Lakeへの改善でシングルスレッド性能がほぼ倍になっており、TremontやGracemontでもこの傾向は続くのでしょう。最近はAppleやQualcommのモバイル向けARMアーキテクチャのCPUでもシングルスレッド性能が高まる傾向にあり、Snapdragon 845では3GHz近くまで周波数が上がり、Apple A11 Bionicのフルパワー時のシングルスレッド性能はRyzenに匹敵、Coreに肉薄するところまで来ています（その分、発熱についても苦情が多くなっているようですが）。シングルスレッド性能重視はこの流れに乗ったものと言えるでしょう。

ただ、クロックを上げすぎると電力当たりパフォーマンスが下がるため、Gemini lakeではCore系CPUで培った並列化に力を入れコア当たり命令ポート数を増やす措置がされています（解説記事）。Tremontでも周波数向上は目標に入っていないので、この方向になるのではないでしょうか。

少々面白かったのは、Intelは今でもGoldmont～Tremont～Gracemontシリーズを「Atom」と（Bridge～well～Lake～Cove系統のアーキテクチャを「Core」と）総称していることです。最終製品でAtomのブランド名でなかったとしても、Apollo lakeやGemini lake、Lakefield（スモールコア側）も「Atom」と呼んで問題なさそうです。

Lakefieldの22nm層

Architecture DayのLakefieldでは、Atomコアは「待機電力の低い22nm」層に配置されアイドル時にこちらに切り替わる設計となっていました。「待機電力の低い22nm」という技術は、22FFLのことだと推測されています。22FFLは22nmでIntelの現行14nm並みかそれ以上の電力特性を実現する（と主張されている）プロセスです。

22FFLはトランジスタの特性が発表されているだけ（公式論文、解説記事）でCPU製品としてどうなるのか実測値がなかなか出ない状況ですが、トランジスタ性能で見る限り、通常版でも相当低クロックにしても電力当たりパフォーマンスが下がらず、さらに専用設計の超低消費電力版（ゲートピッチ144nm）の最低消費電力時はパフォーマンスは不明ですがリーク電流は通常の低電圧版に比べても1/100と相当低くなるようです。

Lakefieldの現行計画ではTremontコアも10nmで製造されるようですし、Windowsではウイルス対策などがバックグラウンドで常時走っていることが多いので待機電力の少なさを重視してもそんなに効果がなさそうですが、うまくいけば面白いことになるかもしれないので、個人的には楽しみに見ています。

引用一覧

•Intel、CPUやGPUを3次元積層する業界初の3Dパッケージング技術「Foveros」を発表、デモ：PC Watch
•Intelが新しい3D積層チップ技術「Foveros」を発表：EETimes
•Intel、次世代CPUアーキテクチャ「Sunny Cove」の概要を明らかに：PC Watch
•モバイルPC向けに「Ice Lake」と「Lakefield」、Intel待望の10nm：アスキー
•Intel demos first Lakefield chip design using its 3D stacking architecture：THE VERGE
•Goldmont Plus – Microarchitectures – Intel：WikiChip
•Foveros 3Dパッケージを使用する“Lakefield”のもう少し詳しい話：北森瓦版
•A high performance and ultra low power FinFET technology for mobile and RF applications：IEEE Xplore
•IEDM 2017: Intel details 22FFL, a relaxed 14nm process for foundry customers, targets mobile and RF apps：WikiChip Fuse