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x86はイノベーションに欠け、アームは追いついています。 巨人にとって代わるのに十分でしょうか?

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Intelのx86プロセッサアーキテクチャは、IBMがIntel 8086マイクロプロセッサを最初のパーソナルコンピュータに搭載することを決定して以来、長年にわたって主要なCPU命令セットでした。

その後、2006年に、AppleはMacintoshコンピュータのPowerPCベースのプロセッサもIntelチップに置き換えることを決定しました。

これは、大衆がすべてのソフトウェアを使用および開発するための唯一の選択肢となったのがx86でした。

今日の携帯電話と組み込みデバイスの大部分はArmですが、x86が依然としてデスクトップコンピューターの主要なISA(命令セットアーキテクチャ)であり、IntelとAMDの両方がプロセッサーを生産していることは明らかです。

これらのプロセッサは、毎日使用されている数百万のPCの内部に組み込まれています。

本日は、x86プラットフォームの廃止と、RISCベースのArmアーキテクチャを採用することでどのようにプラットフォームが消滅するかについて、私の考えを共有したいと思います。

 

AMDとIntelはプロデューサーであり、何百万もの企業がコンシューマーであり、x86アーキテクチャに多額の投資を行ってきたので、なぜ「上手くいく」だけでx86が絶滅するのでしょうか。

答えは、それだけでは機能しないということです。

 

x86とArmの比較

x86アーキテクチャは大規模で、1,000を超える命令があり、その一部は非常に複雑です。

このアプローチは、Complex Instruction Set Computing(CISC)と呼ばれます。内部的には、これらの命令はマイクロ演算に分割されているため、プロセッサの設計がさらに複雑になります。

ArmのRISC(Reduced Instruction Set Computing)の哲学ははるかに単純で、意図的にそうなっています。

ここでの設計目標は、電力効率も重視して、管理が簡単なシンプルな設計を構築することです。

詳細については、こちらをお読みください。

それは両者の違いとそれぞれの方法で達成できる設計目標の簡単な説明です。

ただし、今日では、両方の設計アプローチを互いに模倣し、互いの最良の部分を使用するため、この比較は無意味になってきています。

どちらのアーキテクチャも静的ではなく、どちらも常に進化しています。

たとえば、Intelは元のx86を開発しましたが、AMDは後に64ビットコンピューティングのサポートを追加しました。

MMX、SSE、AVX、仮想化などのさまざまな拡張機能が、アーキテクチャを最新の状態に保ち、パフォーマンスを維持するための特定の要件に対処しています。

ARM側でも、状況は進んでいます。

SIMDマルチメディア命令や暗号化アクセラレーションと同様に、64ビットサポートと浮動小数点演算サポートが追加されました。

 

ライセンシング

x86 ISAは、もともとIntelによって開発されたもので、Intel Corporationの所有物です。

※ ISAとは命令セットアーキテクチャのことで、ISAが同一であるということは互換性があるということです。ただし、もちろん知的財産権で保護されています。

そのISAを使用するために、AMDやVIAなどの企業は、ISAを前払いで使用するためのライセンス契約をIntelと締結します。

Intelは、そのテクノロジを使用できるユーザーを管理しているため、x86プロセッサーを構築できるユーザーを決定します。

明らかに彼らは競争をできるだけ少なくすることを望んでいます。

ただし、ここでは別の会社が登場します。

AMDは1999年頃、x86-64と呼ばれるx86への拡張機能を開発しました。これにより、すべてのコンピューターで64ビットコンピューティング機能を使用できます。

数年後、最初の64ビットx86プロセッサがリリースされ、市場を席巻しました。

IntelとAMDの両方が、互換性のためにまったく同じx86-64拡張を使用しています。

つまり、IntelはAMDの64ビット拡張機能のライセンスを取得する必要があり、IntelはAMDにベースx86仕様のライセンスを取得します。

これは有名な「クロスライセンス契約」であり、AMDとIntelはお互いにテクノロジーへのアクセスを許可することを決定しました。

両方なしでは最新のx86 CPUを構築することができないためです。

一方、Armのライセンスモデルは完全に異なります。

Armは[非常に控えめな]ライセンス費用を同社に支払っている限り、誰でもそのISAを使用できます。

大量のドキュメントとArm ISAに基づくプロセッサを設計する権利を得るために、ライセンシーが支払う前払い料金があります。

最終製品が顧客に出荷されると、アームは販売されたチップごとにわずかな割合のロイヤルティを請求します。

企業はコアをゼロから設計するか、Armから入手可能な事前定義済みのIPブロックを使用できるため、ライセンス契約は非常に柔軟です。

 

ソフトウェアサポート

x86アーキテクチャは、今日の高性能アプリケーションの事実上の標準です。すべての開発者がそのためのソフトウェアを作成し、販売したい場合は開発しなければなりません。

オープンソースの世界でも状況は似ていますが、エコシステム全体の開放性のおかげで、多くの開発者も代替アーキテクチャを採用しています。

人気のあるLinuxディストリビューションには、Armのネイティブサポートが追加されています。つまり、そのプラットフォームを実行したい場合、すべてのソフトウェアを自分でコンパイルする必要はあ

りませんが、次のように、すぐに使用できるバイナリパッケージを自由にインストールできます。 他の人気のあるLinuxディストリビューション。

マイクロソフトは最近、Armベースのデバイスを数百万の消費者の手に届けることを目的としたWindows-on-ArmプロジェクトでArmのサポートを開始しました。

マイクロソフトはすでにWindows RTと呼ばれるプロジェクトを持っていて、その継承者であるWindows 10 for ARMは、Windows 8エディションをArm CPUに持ち込もうとしました。

 

パフォーマンス

Armアーキテクチャは、低電力の組み込みおよびポータブルデバイスで最も人気があり、エネルギー効率の高い設計で勝つことができます。

だからこそ、最近まで高性能が問題となってきました。

たとえば、Marvell Technology Group(ThunderXプロセッサ)は、2014年に第1世代のArmデザインで始まりました。これらは、x86の代替品ほど強力ではありませんでしたが、サーバーCPUの購入者にサインを与えました-Armプロセッサはここにあります。

今日、Marvellは非常に強力で、当然ながらワークロードに応じてx86代替(BroadwellおよびSkylakeレベルのパフォーマンス)に匹敵するパフォーマンスを提供するThunderX2プロセッサーを出荷しています。

今年は次世代のThunderX3プロセッサが登場します。

プロセッサ設計を行っている別の会社はAmpere Computingで、Altra CPUを導入したばかりで、非常に強力なはずです。

彼らの秘密の素は何ですか?

すべてのコアのベースは、可能な限り最高のパフォーマンスを提供するように設計されたArmのNeoverse N1サーバーコアです。

AnandTechのスタッフは、これらのNeoverse N1コアを使用するAmazonのGraviton2デザインをテストし、驚くべき結論に達しました-チップは非常に高速で、Intelと直接競合します。

これは数年前には想像もできなかった状況です。

今日、インテルやAMDの製品と競合するために必要な適切なパフォーマンスはすでにありますが、XeonおよびEPYC CPUの形式のオプションがすでにあるので、なぜそれがそれほど重要なのか不思議に思うかもしれません。

それは問題であり、競争を生み出し、競争は誰にとっても良いことです。

クラウドプロバイダーは、1ドルあたりのパフォーマンスが大幅に向上し、電力効率が向上すると約束しているため、これらのプロセッサの導入を検討しています。電力コストは、これらの企業にとって最大の費用の1つです。

Armはアイドル状態ではなく、次世代コアがほぼ準備された状態で、Neoverseエコシステムで多くの研究開発を行っています。

Intelの革新は停滞しており、AMDが追いついて追い越し始めた一方で、驚異的な才能を集めているArmと新興企業の共同の取り組みからx86を安全に保つことは十分ではありません。

世界で最高のCPUアーキテクトを集めているNuvia Inc.をご覧ください。:Gerard Williams III、Manu Gulati、John Brunoはすべて業界で有名な名前であり、CPUのパフォーマンスですべてを打ち負かすと約束している会社をリードしています。

これらを「単なるクレーム」と呼ぶことができますが、AppleのA13 SoCなどの製品のいくつかを見てください。

一部のベンチマークにおけるそのパフォーマンスは、AMDのZen 2コアおよびIntelのSkylakeに匹敵し、Armエコシステムがどこまで進んでいるか、独自のゲームでx86に勝つ可能性があることを示しています。

 

 

Armとx86の間のワットあたりのパフォーマンスの違いは、2つの間の境界を定義します。

Armチップは、Intelがx86ベースの「Medfield」SoCで凹みを作ることができなかったスマートフォンおよびタブレットのフォームファクターで「電力当たりの高性能」を提供します。

一方、Intelはより多くの電力を消費し、より大きなフォームファクターでより多くの作業を実行します。

高速鉄道機関車とテスラモデルXを比較するようなものです。どちらも時速200 kmですが、前者はより多くの力を引き出し、より多くの人を輸送します。

Armをエンタープライズプラットフォームにスケーリングする最近の試みは限られた成功を収めました。

64コアのCavium ThunderX 2ベースのテストサーバーは800ワット消費電力を引き出します。

これは、コア数の多いXeonと大差ありません。

少なくとも、企業顧客がArmを中心にインフラストラクチャを再構築するコストを正当化するものではありません。

NovellやRHELなどのエンタープライズLinuxディストリビューションは、スカラーArmベースのサーバー(マイクロサーバー以外)にあまり投資しておらず、MicrosoftにはArm用のWindowsサーバーがありません。

 

アップルとマイクロソフト

製品のIntel x86 CPUを置き換えるAppleの計画が実現した場合、x86はより大きな顧客の1人を失います。

Appleの設計チームは、いくつかの本当に優れたコアを設計できることを長年にわたって証明してきました。

プロセッサのAxラインナップ(A11、A12、および最近のA13)は、それを証明しています。

ただし、そのような設計をどれだけ適切に拡張できるか、そしてエコシステムをどれだけ迅速にそれに適合させることができるかという問題が残っています。

AppleがMac用のApp Storeをしっかりと握っているので、開発者が製品をApp Storeに残したい場合、開発者にArm互換のバイナリの出荷を強制することはそれほど難しくありません。

Microsoft Windows側では、状況が異なります。一元化されたストアはありません—マイクロソフトは試みて失敗しました。

x86専用に開発された多くのレガシーソフトウェアが存在します。

Windowsソフトウェアの主要な開発者でさえ、現在Armバイナリを提供していません。

たとえば、クリエイティブ業界のバックボーンであるアドビのCreative Suiteはx86のみです。

ゲーム開発者は、DirectX 12やVulkanの学習に忙しいので、XboxやPlaystationに加えて、アームサポート付きのタイトルの開発も始めたくありません。

例外は、Windows RTで使用でき、そのプラットフォームで完全に機能するMicrosoft Officeスイートです。

Windowsユーザーの大部分は、仕事でも娯楽でもソフトウェアスタックに関連付けられているため、ソフトウェア開発業界全体がArmにもっと注意を払い、そのプラットフォームでソフトウェアを提供す

る必要があります。しかし、今のところそれは不可能のようです。

Microsoft Edgeの他に、サードパーティのWebブラウザーさえありません。

Firefoxはベータ版で、GoogleのChromeは開発が進んでいますが、公開リリースはありません。

これが、アップルとは異なり、マイクロソフトが「エミュレーション」ルートを採用した理由です。

マイクロソフトによると、Windowsプラットフォーム用にコンパイルされたアプリケーションは、「変更なしで、優れたパフォーマンスとシームレスなユーザーエクスペリエンスで」実行できます。

現在、このエミュレーションは64ビットアプリケーションをサポートしていません。

MicrosoftのユニバーサルWindowsプラットフォーム(UWP)の「ストア」アプリは、APIがゼロから設計されているため、簡単に移植してArmで実行できます。

 

サーバーとエンタープライズ

サーバー市場はx86にとって重要です。クラウドコンピューティングのおかげで、サーバー市場は最高のマージンと大量生産を実現し、急速に成長しています。

歴史的に、IntelはCPUのXeonラインナップでサーバー出荷の95%以上を保持してきましたが、AMDが残りの部分を占めていましたが、Armはここでは何の役割も果たしませんでした。

AMDは最近、優れたパフォーマンスを提供し、電力効率が高く、価格設定が優れているEPYCプロセッサの生産を開始し、大きな復活を遂げ、Intelの市場シェアをかき集めています。

そのセクターのコードベースのほとんどはArmで実行できるはずであり、スーパーコンピューターでさえArm ISAを使用できます。

最大の例は、Fugakuプレエクサスケールスーパーコンピューターです。

Arm CPUのカスタム設計を行うことにより、ベンダーはx86を過去のものにします。

 

結論

Armベースのプロセッサは、IntelおよびAMDベースのソリューションよりも低コストでありながら、同等のパフォーマンスを発揮し、消費電力も少なくなっています。

少なくともそれは約束です。

私はサーバーがx86がゆっくりと段階的に廃止される最初のラインであり、消費者製品が2番目であり、Appleがカスタムチップを追求しており、MicrosoftがすでにArmベースのラップトップを提供していると思います。

一方、x86の賛辞は循環する傾向があります。

Armがワットあたり十分なパフォーマンスを達成し、超コンパクトなクライアントコンピューティングセグメントでIntelに挑戦したように見えたとき、Intelは反発しました。

Lakefieldは、ウルトラポータブルに関連するパッケージングの革新とともに、高効率コアと高性能コアを1つのチップに組み合わせることで、Armに挑戦する野心的な取り組みです。

LakefieldはAppleのMacBooksのような大量のクライアントコンピューティングセグメントに向いていますが、Armとの争いに敗れればラインが消滅する可能性があります。

LakefieldはAppleがターゲットだった可能性があります。

Appleの前向きな決定がIntelがそれを設計した主な理由だった可能性が非常に高いです。

これまでのところ、モバイルスペースではArm ISAが主流です。 Samsung、Apple、Huaweiなどが製造した電話には、ArmベースのCPUが内蔵されたプロセッサが搭載されています。

Intelはx86 CPUでモバイルスペースに乗り込もうとしましたが、効率が悪いため失敗しました。

採用率は低く、アップルのような一部のメーカーはカスタム設計を好んでいました。

ただし、ソフトバンクはARMの買収に310億ドルを支払いませんでした。

そのため、IPをスマートフォンメーカーにライセンス供与することで収益を得ることができます。

このアーキテクチャは、あらゆる形状とサイズのプロセッサ向けに設計されています。

現在のところ、AmazonやAppleなどの製品スタックを完全に制御している企業が、Armをデスクトップおよびサーバースペースで実行可能な選択肢となるようにすることができます。

Armに切り替えることで、ベンダーは経済的な利益も得ることができます。

AppleはカスタムArmを導入することで、プロセッサの価格を40%から60%に削減できると報告されています。

Amazonは、XeonまたはEPYCベースのソリューションと比較して低価格のGraviton 2ベースのインスタンスを提供しています。

もちろん、ハードウェアとソフトウェアの両方を完全に制御することには、ベンダーとユーザーが潜在的に必要とするあらゆる機能を実装できるので、サードパーティがそれらを実装することを期待する必要なく、独自の利点があります。

もちろん、カスタム設計にはいくつかの先行開発コストが追加されますが、ベンダーは後でプロセッサあたりのコストが低くなるという見返りがあります。

ソース:techpowerup - x86 Lacks Innovation, Arm is Catching up. Enough to Replace the Giant?

 

解説:

2020年に登場したx86滅亡論

x86滅亡論というのは昔からまことしやかに語られてきたのですが、ここにきて現実的になってきました。

たまたま、techpowerupに記事が出ていたので取り上げます。

元記事ではx86の置き換えはサーバーから進んでいくとしています。

Intelの製品ラインの中で最も利益率が高いのはサーバー向けのCPUです。

AMDのThreadripperシリーズに対抗してXeon W3175Xが50万円程度の価格で販売されたことは記憶に新しいのではないかと思います。

Xeon W3175Xはワークステーション向けですが、サーバー向けのCPUは200万円ちかくするものもあります。

ただし、ここまで行くとハードだけでなく、ソフトウェアやサポート込みで納入されることが多くCPUの単価はあまり意味が無いかもしれません。

ゲーミングの分野では相変わらずx86は盤石ですが、最大の利益率を誇るサーバー向けの製品は我々にあまりなじみのない企業も狙っています。

さらにLakeFieldはAppleのために設計されたSoCではないかと元記事では予測しています。

確かに最近のIntelは無駄に製品ラインを広げている印象がありましたが、そう考えると納得ができます。

ただし、Appleは自社のArm系SoCであるAシリーズをmacに採用することに決めたようですので、LakeFieldは採用先の無い鬼子ということになります。

折しもIntelは製造プロセスにトラブルを抱え、デスクトップもサーバーもAMDにシェアを奪われています。

マイクロソフトもSurfaceでArmを採用しており、2020年を境にして急速に脱x86の動きが加速しているように感じますので、このような記事が出るのも不思議ではないのかなと思います。

一番x86が残る可能性が高いのはやはりゲーミングPCの分野なのかもしれません。

ARMによるゲーミングPCが一般的になったら往年のnForceが復活するかもしれません。(笑

それはそれでロマンがあるのかなと思います。

 

2020年以降はプラットフォーマーが覇権を取る

こうした話が出てくる背景にはGoogleやFacebook、amazonなどの特定のハードに依存しないいわゆるWEB系プラットフォーマーがどんどん力をつけて、大きな実権を握っていることと関連があると思います。

こうした企業にとって高価なハードウェアやブランドというのはコスト的に負担になるだけで邪魔です。

こうした企業の理想の世界というのはユーザーはコモディティ化したシンクライアント端末でWEBサービスにアクセスして、プラットフォーマーがすべての情報を管理するという世界です。

GoogleのSTADIAもそうした野心的な試みです。

現在、ネットの回線速度がネックになり、あまりうまくいっているとはいいがたいですが、5Gが普及して、サーバー側の回線能力が増強されれば順次解決していくでしょう。

圧縮込みの回線速度が4Kを表示するのに十分な帯域になったとき、GPUもCPUもメモリもすべてがデータセンターの向こう側に消え、ユーザーの手元にはシンクライアント化したプアな端末のみが残るというのが未来の姿だと思います。

その時は端末は鉛筆やボールペンの如く極限までコモディティ化され、どんなSoCが入っているか、どんなOSで動いているかなどを気にする人は誰もいなくなっているでしょう。

 

 

 

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