2018.04.18
アップルデバイスに搭載される、さまざまなテクノロジーを超ディープに解説！
読む前に覚えておきたい用語
インターコネクト（Interconnect）
インターコネクトとは相互接続を意味し、主に機器内のチップ間を接続して命令やデータのやりとりを可能とする伝送路のことを指す。コンピュータのインターコネクトは、古くはISA Bus、EISA、VL Busなどのローカルバスに始まり、MacではNuBusが、PCではPCI Busなどの汎用バスへと発展していった。
PCI（Peripheral Component Interconnect）
CPUアーキテクチャに依存しない高速バスとして、PCI-SIGによって1992年に策定された汎用インターコネクト規格。MacでもそれまでのNuBusに代わって、1995年リリースのPower Mac 9500／8500シリーズからPCI 2.0が採用され高性能化に貢献した。
PCI Express
PCI規格を策定したPCI-SIGによって2002年に策定されたシリアル伝送のインターコネクト規格。パラレル方式のPCIバスの欠点を補い、より大幅な高速化を実現するための新規格としてインテルの3GIO（3rd. Generation I/O）をベースに開発された。ちなみに、AGPの代わりにビデオカードのインターフェイスとしても利用される。
I／Oの高速化とPCIe Gen3の制約
現在のMacのインターコネクトには、例外なくPCIエクスプレス（以下、PCIe）が採用されている。PCIeは2005年登場の第2世代Power Mac G5で初めて採用され、インテルMacはすべてPCIeベースのシステムアーキテクチャを採用している。
PCIeは何度かのバージョンアップによって高速化が行われ、現在普及しているのは2010年11月に制定されたPCIe Gen3だ。インテルプロセッサでは第3世代Coreプロセッサ「アイビーブリッジ（Ivy Bridge）」以降に採用されている（Sandy Bridge以前はGen2）。PCIe Gen3では1レーンあたりの転送速度は物理層レベルで8Gbpsで、インテルプロセッサを搭載したコンピュータではプロセッサタイプによって提供されるPCIeレーン数が異なる。
たとえば、MacBookプロ13インチモデルに採用されている第7世代Core Uプロセッサ（KabyLake U）の場合、統合されるPCHが提供するPCIe Gen3のレーン数は合計12レーンで、これらは4レーン、2レーン、1レーンのいずれかの構成でのみ利用できる。これに対して、同モデルに搭載されているインターフェイスはSSD用のNVMeに4レーン、Wi-Fiに1レーン、サンダーボルト3には2ポートあたり4レーン必要なので、タッチバーとタッチIDを備える4ポートモデルではCore Uプロセッサの提供するPCIeのレーン数が1レーン不足することになる。これがタッチバーとタッチID付きモデルの右側のサンダーボルト3ポートが最大20Gbpsに制限されている理由だ。つまり、右側のポートには、サンダーボルト3コントローラである「Alpine Ridge」にPCIeが2レーンしか接続されていないのである。
一方で、MacBookプロ15インチモデルが採用する第7世代Core Hプロセッサ（KabyLake H）では、PCHが別チップで搭載されていることもあって、PCIe Gen3は16レーン（ディスクリートGPU専用）＋16レーン（I／O用）の合計32レーンが提供されており、4つのサンダーボルト3ポートすべてで40Gbpsのフルスピードが実現できる。
しかし、これも余裕がある状態ではなく今後インターフェイスの高速化やポート数の増強を進めればPCIeの帯域が不足することは明白だ。つまり、現在のMacはインテルプロセッサが提供するPCIe帯域をほぼ使い切った状態で、これ以上のインターフェイスの高速化にはPCIeの進化が必要不可欠な状況にある。
PCIeの伝送速度一覧
PCIeおよびPCIバスの各バーションと、レーン数あたりの転送速度。PCIeはバージョンアップの都度、レーンあたりの転送速度が2倍に向上してきた。さらにGen4からは最大レーン数が64レーンに拡張され、より高速なインターフェイスにも対応できる。
