2000億個以上のArmベースのチップを出荷

Arm社は、同社のエコシステムパートナーが同社のアーキテクチャを採用したチップを2,000億個以上出荷したことを発表しました。これは、マイクロコントローラやスマートフォンの市場を支配するArm社にとって、驚くべきことではありません。しかし、世界で最も普及しているCPUアーキテクチャを持つArmですが、その前には多くの課題があります。

パーベイシブ・アーキテクチャ

今日では、1日のうちに少なくとも1つのArmベースのデバイスを使用しないことは不可能に近いです。Arm社は、ほとんどすべてのデバイスを動かすことができる技術を持つ数少ない企業の1つです。Arm社のCortex-A、Cortex-R、Cortex-M、およびMali IPは、世界中の1,600社以上の開発者による無数のCPU、コントローラ、マイクロコントローラ、およびGPUに使用されています。スマートフォンでも自動車でも、Arm社製のチップが搭載されている可能性があります。

Armの採用は加速し続けています。Arm社のパートナーは、最初の500億個のチップを出荷するのに、1991年から2014年までの約23年間を要し、その後、さらに500億個のチップを出荷するのに、2014年から2017年までの3年間を要しました。そして今回、Armのエコシステムは、さらに1,000億個のチップを出荷するのに約4.5年かかりました。Arm社によると、同社のアーキテクチャを採用したチップは、毎秒約900個生産されているという。

2,000億個のArmベースのチップが出荷された今、Armがどれだけ早く5,000億個、1兆個のチップを出荷できるかは明らかな疑問です。AI、HPC、エッジコンピューティング、ロボティクス、IoTなどのメガトレンドがあれば、今後10年程度でArmのパートナーが1兆個目のArmベースのチップを出荷する可能性があると推測できるが、その前途にはArmが直面するいくつかの課題があります。

今後の課題

Armは競争の仕方を知っています。同社は、ライセンス供与が可能だったArcやMIPSのCPUアーキテクチャを置き去りにすることに成功し、むしろImagination Technologies社のPowerVR GPUアーキテクチャとの競争に成功しました。しかし、Armがさらに経済的に成長するためには、クライアントPCやデータセンターなどのプレミアムアプリケーションに対応する必要があります。一方で、Armは、コントローラやマイクロコントローラなどの小型チップを扱う伝統的な市場でもポジションを守らなければなりません。

クライアントPCとデータセンター

アーキテクチャの観点から見ると、Armの64ビットArmv8は2011年からPCやサーバーに対応できるようになりましたが、今のところ、Apple、Qualcomm、Ampere、AWSなどの一握りの企業しか、このようなアプリケーションにまともな性能を提供し、AMDやIntelのCPUに対抗できるシステムオンチップを発表していません。他のベンダーがパフォーマンスを必要とするアプリケーション用のSoCを提供できるようにするために、Arm社は2019年にNeoverseブランドのパフォーマンスに特化したコアを導入しましたが、設計の成功は今のところむしろ平凡なものとなります。

Apple社がMacをArmベースのSoCに移行し始めてから、PC分野におけるArmのシェアが拡大しているのは驚くことではありません。ストラテジー・アナリティクス社は、ArmベースのノートPC用SoCの売上は、2020年に比べて2021年には3倍に成長し、9億4900万ドルに達すると考えています。アナリストは、Apple社のMacBook用M1シリーズSoC、MediaTek社のChromebook用SoC、Qualcomm社のWindows-on-Armマシン用SoCにより、今年すでにArm搭載SoCはノートPC市場の10%を占めるだろうと考えています。

Chromebookは、主に米国で学生向けに販売されていることを考えると、この市場はかなり限定的です。一方、クアルコムのWindows用プラットフォームは、AMDやインテルのプラットフォームに対抗するまでには至っていません。そのため、アーム社がPC分野で成功するかどうかは、市場でのアップル社の成功に大きく左右されます。

「Strategy Analytics（ストラテジー・アナリティクス）社のハンドセット・コンポーネント・テクノロジー・サービスのアソシエイト・ディレクターであるSravan Kundojala（スラヴァン・クンドジャラ）氏は次のように述べました。「クアルコムは、Windows OSに関してMicrosoft社と緊密なパートナーシップを結んでいるにもかかわらず、これまでのところノートブックPC市場に参入することができませんでした。「クアルコムは、Nuvia社の買収によってコンピューティング市場に多額の投資を行っていますが、その成果が現れるのは2023年です。短期的には、クアルコムはChromebookに注力してMediaTekからシェアを奪うことができるでしょう」と述べました。ストラテジー・アナリティクスは、ArmベースのノートブックPCプロセッサのベンダーが、x86ベースのベンダーであるIntelやAMDと効果的に競争するためには、ソフトウェアへの投資やブランディングの取り組みを強化する必要があると考えています。"

サーバーに関しては、ArmにはAmpereのような野心的なパートナーが多数いて、サーバーSoCを開発していますが、ソフトウェアの互換性は明らかにそのようなチップの採用を遅らせるものです。実際にデータセンターの強力なプレーヤーになるためには、Armとパートナーは、ソフトウェアスタックを確保しなければなりません。幸いなことに、Armにとって状況は良くなってきています。例えば、AWSとOracleは、それぞれ自社製またはAmpereのプロセッサを導入しています。

明らかに、AMDとIntelは自分たちの優位性を知り、Armの設計がどのような利益をもたらすかを理解しているので、性能面でのリーダーシップを維持し、新たなワークロードに対応するための柔軟性を加えるためにあらゆる努力をするでしょう。インテルの次期Alder Lakeアーキテクチャーには、このような点が大いに期待されます。

RISC-V。アーム社にとっての大きなリスク要因

しかし、既存市場での地位を維持することは、新規市場への参入と同じくらい重要です。ここでArmが直面するのが、急速に発展するRISC-Vのエコシステムによる課題です。ほんの3、4年前には、入手可能なRISC-Vコアは単純なマイクロコントローラにしか対応していませんでしたが、今ではLinuxのようなリッチなOSを動かすことができます。

RISC-Vの命令セットアーキテクチャ（ISA）がArmに比べて優れている点は、ロイヤリティーフリーであることと、多くの設計がオープンソース（しかもフリー）であることです。RISC-V用のソフトウェアスタックを開発できる企業であれば、ArmからRISC-Vチップに移行してコストを削減することができます。例えば、Armの最も重要な顧客の1つであるAppleは、RISC-Vを探求しており、今後数年のうちにRISC-Vハードウェアを実装することを楽しみにしています。Arm社はソフトウェアの互換性や馴染みのあるデザインを提供できるものの、無料で提供されるものと競争するのは厄介なことでしょう。

同時に、RISC-Vのソリューションが、性能を要求される分野でArm（x86は言うまでもなく）にすぐに挑戦できるとは考えにくいです。しかし、何十社もの企業がISAに貢献しているのですから、最初の高性能RISC-Vデザインがいつ登場するのかと期待するしかありません。SiFive社の512ビット幅のRISC-Vベクトル拡張機能を備えた64ビットRISC-Vコア「X280」を搭載したTenstorrent社のAI向けSoCが、汎用ワークロードにおいて画期的な性能を発揮するとは考えていませんが、これらのチップは、RISC-Vが新たなアプリケーションにおいてArmとx86の両方に挑戦できることを示す良い例であることは間違いありません。

まとめ

ArmのCPUアーキテクチャは、世界で最も普及しているISAとなり、Arc、MIPS、Power、x86など、残りのすべてのアーキテクチャを合わせても、おそらく凌駕しているだろう。最近では、プロセッサはほとんどすべての場所で使用されているため、Armのアーキテクチャの成功は今後数年でさらに大きくなるでしょう。

しかし、Armには複数の課題があります。まず、データセンターでの場所を見つけ、ここ数十年間サーバーを支配してきたx86 ISAに挑戦しなければなりません。次に、既存の市場を維持し、ロイヤリティフリーのオープンソースアーキテクチャであるRISC-Vに対して競争力を維持する必要があります。Arm社がこれらの課題をどれだけうまくこなせるかは、Nvidiaの助けがあるかないかにかかわらず、今後数年間で決まるでしょう。