ロードマップでわかる！当世プロセッサー事情 第184回

CPU黒歴史 改めて振り返るCrusoe/Efficeon失敗の理由

性能よりも消費電力効率で
勝負したCrusoe

　ここまでの話で気が付かれたかもしれないが、例えばALU命令に限ってみても、Crusoeは1サイクルあたり1回しか処理できない。つまり同じ動作周波数であれば、当時競合した「Mobile Pentium III」には、性能面で全然追いつかない。同程度の性能を出そうとすると、最低でも動作周波数を2倍にしないと釣り合わないし、パフォーマンスを測定すればこれが裏付けられた。

　それにも関わらずCrusoeが登場当初に流行ったのは、消費電力効率という点では圧倒的に優れていたからだ。Crusoeの場合、プログラムの初回実行時には「CMS」(Code Morphing Software)が動作して、x86命令を内部のAtom命令に変換。それをキャッシュに格納した上で実行するので、どうしてもオーバーヘッドが大きい。

　しかし一度変換したものを繰り返し利用する場合、非常にシンプルなCPUパイプラインが動作するので、複雑なパイプラインを動かすMobile Pentium IIIよりも、消費電力効率がはるかに高い。例えばDVD再生の場合、Mobile Pentium IIIが平均1.13Wを必要としたのに対して、Crusoeでは0.42Wで実現できるといった結果も出ている。

　逆に言えば、Mobile Pentium IIIがCrusoe並みに消費電力を落とそうとすると、大幅に動作周波数を落とすか、強制的にスリープ状態にして平均消費電力を下げるしかなく、これでは性能が大幅に低下してしまう。つまりCrusoeは絶対的な性能ではなく、性能/消費電力比を高く保つことを狙ったアーキテクチャーであったわけだ。

　トランスメタではもうひとつの利点として、CMSによってハードウェアが簡素化できるため、ダイサイズを小さく抑えられて、コスト低減に効果的というアピールもしていた。同社が発表した資料によれば、インテルCPUとのダイサイズの比較は以下のようになっている。

CPU	プロセス	1次キャッシュ	2次キャッシュ	ダイサイズ
Mobile Pentium II	0.25μm	32KB	256KB	180mm2
Mobile Pentium III	0.18μm	32KB	256KB	106mm2
TM3120	0.22μm	96KB	－	77mm2
TM5400	0.18μm	128KB	256KB	73mm2

　CMSによって変換したコードを格納するため、キャッシュサイズは大きめになるが、それを加味してもCPUコアがシンプルな分だけ、ダイサイズが削減できるというわけだ。

皮算用どうりにはいかなかったCrusoe

　実際のCrusoeはトランスメタの思惑どおりになっただろうか？　まずコストから見てみよう。たしかに、純粋にダイサイズだけを見れば、Crusoeが有利である。しかし半導体のコストは、ダイサイズだけで決まるものではない。半導体マスクのコストや設計費/検証費、パッケージングコストなども必要である。これらはダイサイズとは比例せず、出荷数量で決まってくる。そのため、CPUは多少ダイサイズが大きくても、大量に出荷できればコスト面で競合することは十分可能だし、事実そうなった。

　次にVLIWによる効用も考えてみる。Crusoeほどに完璧に単純化すると、プロセッサーの構造はは恐ろしく簡単になる。その反面、性能へのペナルティーも大きい。58回でも取り上げたが、割り込み処理も全部CMS経由で処理する結果として、頻繁に割り込みがかかる処理では恐ろしく性能が低下した。例えばUSB 1.1/2.0のハンドリングなどその良い例だ。

　また、例えばノートPCであっても、常に省電力である必要はない。持ち歩いて時々使うという場合には、省電力性が有難い。しかしデスクや自宅でACアダプターをつないでる場合には、そこまで省電力である必要はなく、むしろもう少し性能がほしい。こうした場合にCrusoeでは対応が難しい。

　利点である低消費電力も、インテルがMobile Pentium IIIに超低電圧版を投入し始めてからは、劇的な差ではなくなってきた。そもそもノートPCの場合、一番電力を消費するのは液晶パネルのバックライトで、CPU同士を比較すると消費電力が大きく違ったとしても、システム全体としてはあまり違わないこともある。つまりCrusoeの低消費電力性は、エンドユーザーにとってはそれほど大きな価値にならないわけだ。