社説: なぜ iPhone がモバイルシリコンの未来を推進するのに、Google の Pixel はそうでないのか

新しい iPhone にアップグレードするとき、来月の「A13」搭載 iPhone 11 の発表で何百万人もの人がそうするように、信じられないほど洗練された高度な新しいシリコンによって推進される未来にお金を投じることになります。 Apple やその他の企業が、あなたなしではこの未来を設計し、製造することはできません。その理由は、Google の Pixel Visual Core の最近の歴史で説明されています。

GoogleのPixel Visual Coreシリコンはまだ準備ができていなかった

2 年前、Google は、Pixel 2 に Pixel Visual Core ブランドのカスタムシリコンが組み込まれたと発表し、ファン層の大きな興奮を呼び起こしました。これは、複数の統合処理コアと Apple の A12 のようなその他の特殊なコントローラーを備えた完全な「システムオンチップ」ではなく、既製の Snapdragon チップを強化するように設計されたプログラム可能な機能を備えた特殊な画像信号プロセッサーでした。

ただし、Pixel 2 は、実際に Pixel Visual Core を使用するためのサポートなしで出荷されました。 Googleは、将来的にそれを「有効化」し、サードパーティがそれを利用してあらゆる種類の興味深いことを実行できるようにすると発表し、さらなる興奮を引き起こしました。

数か月後、Google 自体も、Pixel Visual Core を最大限に活用するためにカメラアプリを確実に高速化する方法を見つけられず、サードパーティは事実上、Pixel Visual Core を目的に使用することに限定されていました。自分の HDR ショットをキャプチャする、Pixel 2の購入者が期待していた魔法の爆発には遠く及ばない。

Pixel 2 モデルにはほとんど視聴者がいなかったという事実により、特に Android インストールベースの信じられないほど小さなセグメントを利用するための新しいソフトウェアを開発する開発者に対する本当の関心は消え去りました。 Google が Pixel 3 をリリースした後、ユーザーは同社のカメラソフトウェアを Pixel 2 上で実行し、Pixel Visual Core を利用できるように努めましたが、これは最終的にバグが多く、問題が発生しました。

Pixel 3の売り上げがさらに悪化した数カ月間の後、Googleはより安価なPixel 3を発表した。ピクセル3a、同社のPixel Visual Coreハードウェアが完全に欠けていました。これは、Pixel インストールベースのかなりの部分に Pixel がインストールされていないことを意味します。この物語は、実際のアプリケーションを誘発する何らかの重要な市場が創出されない限り、カスタムシリコンについていくら誇大宣伝しても何の意味もないことを示しています。

Googleの最新のPixel 3aはPixel Visual Coreを完全に削除しました

シリコンのユニークなビジネス

マイクロプロセッサの発明は、数十年前に、それまで牧歌的な果樹園で知られていた地域であるシリコンバレーで勃発しました。 Apple の社名はこの協会から直接生まれました。アップル・パークの設計を発表した際、スティーブ・ジョブズは、新しいテックキャンパスには果樹の列を含む広大な緑地が特徴であると指摘し、この懐かしい過去にうなずいた。

しかし、この象徴的な動き以外にも、カリフォルニア州クパチーノとシリコンバレーの大部分は、さまざまなテクノロジー企業のガラスと鉄鋼の本社の間を通る高速道路を特徴とする自動車中心の開発で舗装されています。高速道路はアップルパークに指定された土地区画さえも貫通し、一部の果樹を植え直すという目標よりもはるかに重要なデザインを形作った。

シリコンバレーのかつての果樹園や農地は、果物よりもシリコンチップの商品価値がはるかに高かったため、1980 年代に急速に舗装されました。 1970 年代に商業的に登場し始めた半導体技術により、ますます小型化する電子部品を途方もない規模で大量生産できるようになりました。

シリコン半導体製造では、何エーカーもの土地を覆う果樹園で食用の果物をゆっくりと育てるのではなく、目に見えない小さな電子列の機能的な計算エンジンと、それらが選別する電子の保管庫を配置しました。一度設計されたチップの設計図は、化学写真を使用して大量生産できるため、比較的低コストで膨大な数の使用可能なチップが得られます。

しかし、シリコンの進歩を推進するテクノロジー、つまりチップをより小さく、より速く、より強力になるように設計する技術は、非常に高価です。一貫した技術進歩を実現する唯一の方法は、この取り組みに対価を支払える大規模な市場を開発することです。新しいシリコンを開発でき、開発者がそれを最大限に活用しようと群がるだろうというGoogleの期待はまったくの間違いだった。

アップルとシリコンと体重計

Apple は、半導体チップを一般ユーザーに真の価値を提供できる消費者製品に変える方法として設立されました。ユーザーの生産性を向上させ、創造性を解き放ちながら、ユーザーを楽しませ、社会とのつながりを保ち、より良い教育を提供できるようにするためです。

Apple はチップメーカーとしてコンピューティング事業に参入したわけではありません。代わりに、完成したコンピューターのユーザーエクスペリエンスに重点を置き、チップの設計と製造を他者に委託しました。 1984 年、まったく新しい Macintosh には、モトローラが投機的に設計したチップが搭載されました。 Apple がその野心的な将来計画を既存のチップ設計だけでは実現できないことに気づいたのは 1980 年代の終わりになってからでした。

Newton MessagePad に思い描いたモバイルデバイスの未来を実現するために、Apple は 1990 年に Acorn および VLSI と協力して、バッテリ駆動のモバイルデバイスに最適化された新しい ARM6 アーキテクチャを開発しました。 1991 年には、IBM および Motorola と協力して、将来の Mac 用のまったく新しい「PC」クラスのプロセッサの開発にも着手し、PowerPC として出荷されました。

これらの開発はいずれも最先端技術を劇的に進歩させましたが、最終的には意図した目的を達成することはできませんでした。 Apple の 1990 年代の Newton タブレットは、先進的なタブレット向けの ARM チップの継続的な開発を正当化するのに十分な台数を販売できませんでした。 Apple の PowerPC Mac も、Intel の x86 チップを搭載した膨大な数の PC を推進していた規模の経済に匹敵することはできませんでした。

Apple の初期の ARM6 カスタムシリコンは Newton の販売でサポートされていませんでした

Newton が離陸できなかった 10 年の終わりに、Apple は最終的に株式を売却するARM とのパートナーシップでは 10 億ドル以上を結んでおり、将来の新技術製品の開発に資金を提供しています。 Newton は最終的には不発でしたが、主に Nokia や他の携帯電話メーカーが数千万台の基本的な携帯電話に電力を供給するための費用対効果が高く効率的なアーキテクチャとして ARM チップを採用したため、ARM は徐々に価値のあるものになってきました。

スティーブ・ジョブズが製品として Newton をキャンセルしてから 3 年後の 2001 年、Apple はデジタル音楽の大規模なライブラリを持ち歩くための新しいデバイスとして iPod を導入しました。この新しい ARM ベースの製品が驚異的な規模で販売されたことは、将来のより優れた、より望ましい iPod を作成するために特別にカスタマイズされた ARM チップの継続的な開発を促進するのに役立ちました。

2005 年、Apple も同様に業界標準の Intel の x86 チップを Mac に採用しました。しかし、Apple が Mac プラットフォームを携帯電話に縮小することを決定したとき、Intel は想像できなかったApple の新製品は財政的に合理的であるか、デスクトップチップのモバイルバージョンを維持するのに必要な費用をサポートできる可能性があります。 iPhone を発売するために、Apple は代わりに、iPod 用の ARM チップを製造するサプライヤーである Samsung と提携しました。

数年後、Apple が iPhone で成功したことで、Intel は Apple の次の新製品カテゴリ、つまり Apple と同じ縮小版 Mac プラットフォームをベースにした新しいタブレットを強化するためのチップの提供に非常に興味を持つようになりました。しかし、Apple は Intel のチップを使用するのではなく、独自にシリコンビジネスに参入する準備をしていました。

これには、Apple による 2008 年の PowerPC アーキテクチャに基づく PWRficient チップを販売するチップ設計会社 PA Semi の買収を含む一連の買収が含まれていました。シリコン設計チームを結成してからわずか数年以内に、Apple は Samsung と共同で A4 というブランド名を付けた新しいデザインを作成し、これが新しい iPad と第 4 世代 iPhone 4 の両方に使用されました。

Apple の 2010 A4 は、大量の利益をもたらす販売によって支払われました

Apple は、将来の開発を維持できるモバイル製品の大量市場を創出することで、シリコン設計の問題を解決しましたが、最終的に実現するには丸 10 年かかりました。

iPad と iPhone の売上が急増するにつれ、Apple が自社のテクノロジーを所有することで大幅なコスト削減がもたらされるだけでなく、同社がシリコンを厳密に最適化して、まさに将来構想していた種類の製品を構築できるようになることがますます明らかになりました。。 Apple が販売量を増やすことができれば増えるほど、新しいカスタムシリコンを提供するための費用対効果も高くなります。

Apple はシリコンサイレントへ

社内にシリコンチップ設計チームを所有していることも、Apple の将来の方向性を秘密にしておくのに役立った。 Intel、Samsung、Dialogなどから既製のチップを購入するだけであれば、同社が何を提供できるかは比較的明白だろう。 Apple の競合他社もこれらのサプライヤーのロードマップを認識しており、基本的に同じ部品を購入するために同じアクセス権を持っているため、Apple が競合他社を出し抜いたり、市場を驚かせたりする可能性はほとんどなくなります。

2010 年代を通じて、Apple は新しい iPhone や iPad に搭載される A シリーズチップの新世代を定期的に導入してきました。これは非常に高価な投資でしたが、Apple が生み出した利益が業界全体に効果的に補助金を提供するのではなく、シリコンの将来に投資されることも意味しました。

逆に、Mac 側では、Apple の Intel x86 チップの使用は、一般にすべての PC メーカーに利益をもたらす進歩をサポートしてきました。インテルは、その利益を Apple との競争で PC クローン作成者をスピードアップさせることに直接投資しています。特に、Apple の MacBook Air と競合できるノートブックを開発するためのインテルの定義である「UltraBook」に投資しています。もし Apple が iPad を提供するために Intel のモバイル Atom x86 チップに依存していたら、iOS と同じ敵の立場にあっただろう。

プロセッサー以上のもの

その代わりに、Apple は ARM プロセッサ設計のパフォーマンスをデバイスのニーズに合わせて厳密にカスタマイズすることができました。しかし、PowerPC や Intel x86 プロセッサとは異なり、Apple の A シリーズチップは単なるマイクロプロセッサではありません。「システムオンチップ」と呼ばれる Apple の最新携帯電話の A12 Bionic には、同社の GPU、カメラとイメージングタスクを実行するために最適化されたカスタム設計の画像信号プロセッサ、特別に設計された特殊なニューラルエンジンなどの特殊なコプロセッサユニットも組み込まれています。機械学習タスクを高速化します。

Apple の A12 Bionic は単なるプロセッサではありません

さらに、Apple の A12 SoC には、社内で設計された統合メモリコントローラーも含まれています。これは、プロセッサに出入りするデータを処理します。 IMC には複数の処理ユニットがあるため、ARM CPU、Apple GPU、ISP、およびニューラルエンジン間でメモリを共有するユニファイドメモリアーキテクチャを調整します。

Apple の IMC 設計により、大規模なデータセットを一般的なコンピューティング機能と、GPU またはニューラルエンジンによって高速化できる特殊なタスクの間で移動する必要がある場合に、異なるメモリストア間でデータをコピーする必要がなくなります。モバイルデバイスでは、個別のデータストア間のパスは、それらの間で共有されるユニファイドメモリアーキテクチャよりもはるかに遅くなります。さらに、エネルギー効率など、デスクトップコンピューターには当てはまらない考慮事項が A12 に最適化されています。

Apple の A12 SoC は、Secure Enclave を搭載しているという点でもユニークです。これは基本的に、Face ID 生体認証を含む高度なプライベートデータの処理専用のストレージを備えたセキュアコンピューティングユニットです。 A12 には、SSD の書き込みと暗号化を管理するための Apple のストレージコントローラーや、HEVC を使用した高解像度ビデオのキャプチャと再生を高速化するために使用されるメディアエンコーディングなど、他のカスタム機能もあります。

したがって、Apple のカスタム SoC は、iOS デバイスを全体的に高速化するだけでなく、コンピューティングの特定の領域で特化した機能をデバイスに与え、データの書き込みからカメラの最適化、画像のキャプチャやデータのプライバシーに至るまでの機能を可能にします。 Apple は、過去 1 年間、多くの特殊な A チップ機能を取り入れ、T2 チップを使用して Mac に導入してきました。これは、暗号化、イメージング、Touch ID をサポートする Secure Enclave を搭載した A10 のバージョンです。バーなどの機能。

Appleにおけるカスタムシリコンの統合設計

Appleは、サプライヤーから既製のチップを入手してそれを最大限に活用する方法を模索するのではなく、設計チームが特定のニーズを持つグループ（チームなど）からの継続的なフィードバックを得て、事前にカスタムシリコンを開発していることに注目しました。セキュリティやイメージング機能、あるいは拡張現実、クリエイティブ向けプロアプリ、ゲームなどの取り組みには、それぞれ特定のボトルネックがあり、パフォーマンスを妨げる可能性があります。

でインタビューとアルステクニカ昨年、Appleのマーケティング責任者フィル・シラー氏は、同社のシリコン設計者が他のグループと定期的に会合して、将来のハードウェア設計で彼らのニーズをどのように満たせるかを検討していると述べた。

「私たちは計画中ですが、本当にもっと洞察が欲しいのです」とシラー氏は修辞的に述べた。「具体的に何をしたいのか、どのように機能させたいのか。ボトルネックは何なのか、最終的によく練られたシステムの一部となるシリコンの作成をどこから始めればよいのか?」

シラー氏はさらに、「こうした会合は週に複数回行われる。スケジュールを調整するためだけに、年に一度の大規模な集まりがあるわけではない。彼らは増え続ける議題について毎週このような議論を行っている。それは有限の集合ではない。数が増えています。」

これらの具体化された目標は、Apple の新しいシリコンがリリースされる数年前からその設計に影響を与えます。その結果、Apple は、新しいチップが入手可能になるとすぐに動作する、完全に実装されたハードウェアアクセラレーション機能を展開できるようになります。昨年、Apple の新しいカメラ機能、AR、ミー文字は、すぐに新しい iPhone に搭載できる状態で出荷され、すぐに使用できるように「アクティベート」されました。

Googleは同情的なメディア報道を受ける一方、Appleは何年にもわたって自社のすべてのiPhoneにISPを組み込んでいる。ユーザーとサードパーティアプリの両方に対して、カメラシステムの一部として効果的に機能します。すべての新しい iPhone では ISP がさらに進化しており、どの世代でもより良い写真、より高いフレームレート、改善された露出、その他カメラアプリ内外のイメージングを強化するさまざまな進歩を撮影できるようになります。

Appleは、今後の新型iPhoneの発表会で、新しいカメラ機能、AR機能の強化、メモリとストレージ、新しい処理能力、その他のドライブバイシリコンの進歩をサポートするカスタムシリコンの最近1年間の取り組みについて詳しく説明する予定だ。何百万人もの iPhone 購入者のうちの 1 人です。