今回も引き続き、今をときめくARMプロセッサーの最新事情を解説する。前回はスマートフォンやタブレットに使われる「Cortex-A」コアについて説明したので、今回は「Cortex-R」コアと「Cortex-M」コアについての説明しよう。まずはMCU向けとなるCortex-Mからだ。
MPUとMCUの違いとは?
少々長い前置きになるが、まずは「そもそもMCUとは何ぞや?」という話から始めたい。MCU(Micro Controller Unit)とMPU(Micro Processor Unit)の決定的な違いは何かと論じる場合、少なくとも「CPUコアそのもののが決定的に違う」という話には、あまりならない。例えば、CPU黒歴史でとりあげた「Am29000」は、MPUとMCUが基本的に同じコアから派生している。
では何が違うのかと言えば、CPUの周囲である。MPUの場合、コアにはキャッシュとメモリーインターフェースなどが統合され、外側にDRAMを接続する(図1)。外部I/Oや周辺回路などは、専用バス経由で外部のチップセットと接続する構造だ。
他方でMCUの場合は、CPUコアに加えてSRAMとフラッシュメモリー、周辺回路などを、すべてチップ内に取り込んだ構成が普通である(図2)。プログラムはフラッシュメモリーなどに収められ、ここから読み出されて実行する。
そのためプログラムを格納するフラッシュメモリーは、1MBとか4MBといった大きな容量を持つものもある。一方でRAM容量は1MBに達することはまずなく、大きくても128KB程度なのが普通である。MPUのように、RAMにプログラムをロードする必要はないので、RAMはデータ領域とかスタックなどに使う程度なので、サイズが小さくて済むわけだ。
また周辺回路も大きく異なっている。MCUは電流/電圧の検知や制御、さまざまなセンサー類の接続などに直接使われるため、A/DコンバーターやD/Aコンバーター、アナログコンパレーター(電流/電圧の比較回路)、PWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調、モーターやLED照明の制御で多用)など、MPUとは異なった回路が搭載される。
さらに低価格化のため、クロック発信器やリアルタイムクロック等までチップに内蔵する製品もある。MPUはさまざまな周辺回路が必要なのに対して、MCUは本当に電源さえつなげばそれだけで起動する、といったものも少なくない。逆にI/Oインターフェースは、USBとGPIO、USART※1などがほとんどで、PCIやPCI Expressなどはまずお目にかからない。むしろI2CとかSPIなど、実はPCのマザーボード上で使われているにも関わらず、それを目にすることのないインターフェースの方が広く利用できる場合が多い。
※1 Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter、RS232Cに代表される汎用の通信リンク
MPUとMCUの特徴の違いは、そのままプロセスや動作周波数、およびCPUコアそのものにも影響を及ぼす。先述のとおり、MCUにはさまざまなアナログ回路をオンチップで集積することが珍しくない。こうしたアナログ回路は、デジタル回路の先端プロセスでは到底作れないもので、この結果として180nm~130nm世代がまだ主流であり、一部に90nmや65~55nm世代を使う製品がぼちぼち出てきたという程度である。
この連載の記事
-
第775回
PC
安定した転送速度を確保できたSCSI 消え去ったI/F史 -
第774回
PC
日本の半導体メーカーが開発協力に名乗りを上げた次世代Esperanto ET-SoC AIプロセッサーの昨今 -
第773回
PC
Sound Blasterが普及に大きく貢献したGame Port 消え去ったI/F史 -
第772回
PC
スーパーコンピューターの系譜 本格稼働で大きく性能を伸ばしたAuroraだが世界一には届かなかった -
第771回
PC
277もの特許を使用して標準化した高速シリアルバスIEEE 1394 消え去ったI/F史 -
第770回
PC
キーボードとマウスをつなぐDINおよびPS/2コネクター 消え去ったI/F史 -
第769回
PC
HDDのコントローラーとI/Fを一体化して爆発的に普及したIDE 消え去ったI/F史 -
第768回
PC
AIアクセラレーター「Gaudi 3」の性能は前世代の2~4倍 インテル CPUロードマップ -
第767回
PC
Lunar LakeはWindows 12の要件である40TOPSを超えるNPU性能 インテル CPUロードマップ -
第766回
デジタル
Instinct MI300のI/OダイはXCDとCCDのどちらにも搭載できる驚きの構造 AMD GPUロードマップ -
第765回
PC
GB200 Grace Blackwell SuperchipのTDPは1200W NVIDIA GPUロードマップ - この連載の一覧へ