「A12 Bionic」チップのすごさ|MacFan

特集

スマートフォン史上最強の心臓部

「A12 Bionic」チップのすごさ

69億個のトランジスタ

iPhone XS/XS MaxおよびiPhone XRの心臓部に採用された新しい「アップルA12バイオニック(Apple A12 Bionic)」プロセッサは、世界最大の半導体製造ファウンダリであるTSMC(台湾)で今年になって稼働を始めたばかりの7ナノメートルプロセスラインで生産される最新鋭のモバイルプロセッサです。iPhoneX/8シリーズに搭載されている「A11 バイオニック(A11 Bionic)」プロセッサの43億個を大きく上回る69億個のトランジスタを集積し、基本的なシステム構成は同じながらも全体的に性能を向上させています。

A12バイオニックのCPUコア構成は、A11バイオニックと同じ高性能コア2個と高効率コア4個の組み合わせですが、各CPUコアに直結されているL1キャッシュが従来の32KB(命令キャッシュ)+32KB(データキャッシュ)から各128KBに増強されており、動作クロックの向上と合わせて高性能コアの性能が最大15パーセント引き上げられています。また製造プロセスの微細化や電力管理機能の見直しによって、高性能コアの消費電力が最大40パーセント、高効率コアの消費電力が最大50パーセント低減されています。さらに、これら2種類6個のCPUコアはシステムの負荷状態に応じて、高効率コア1個のみの動作から6コアすべてのフル稼働まで稼働コア数と動作速度をダイナミックに切り替えるフュージョンアーキティクチャを採用。その結果、A12バイオニックプロセッサでは従来よりピーク性能を引き上げると同時に、アイドル時の消費電力を低く抑えることによって、高性能化とバッテリ動作時間の向上という相矛盾するスペックを高い次元で両立しています。メモリに関しては、iPhone XRはiPhone Xと同じ3GBですが、iPhone XSシリーズはiPhoneとして過去最大容量の4GBに増強されています。

GPUコアには、A10フュージョン以前のPowerVR GPUコアに代わって、アップル独自設計のアーキティクチャが採用されており、A11バイオニックの3コアから4コアに強化されています。さらに、アーキティクチャの改良と動作クロックの向上によりA11バイオニックに比べて最大50パーセントの性能アップを果たしています。A12バイオニックでは新たに、3Dオブジェクトを構成するポリゴンをより細かく分割してなめらかなオブジェクト形状を実現する「テッセレーション」と、3Dオブジェクトの表面の質感表現を向上させる「マルチレイヤーレンダリング」がサポートされ、特に3Dゲームなどにおいて映像のリアリティを向上させることができるようになりました。また、限られたメモリリソースを有効に活用する「ロスレスメモリ圧縮」技術が導入され、メモリ領域や帯域の消費を抑えることが可能になっています。

 

最新の7nmプロセスで製造

A12 Bionicは他社に先駆けて最新の7nm(ナノメートル)プロセスで製造され、約69億個ものトランジスタを集積。さらにこれとは別にメインメモリとして容量8ギガビット(1GB)のLPDDR4 SDRAMを3個(iPhone XR)または4個(iPhone XS/XS Max)をパッケージ内に統合しています。photo●fixit

 

69億個のトランジスタが手の中に

単純に69億トランジスタと言ってもピンときませんが、このトランジスタ数は24コアのXeon E5 v4プロセッサ(Broadwell EP)の72億トランジスタに匹敵する集積度で、これが手のひらに収まるデバイスに搭載されていることに驚かされます。

 

 

技術的に大きな可能性

A12バイオニックの最大の目玉と言えるのが、「Bionic」の名の由来でもあるニューラルエンジンの大幅強化です。A11バイオニックのニューラルエンジンはデュアルコアで6000億回/秒の演算能力でしたが、A12バイオニックでは8コアに強化され、その演算能力は5兆回/秒と大幅に向上しています。

ニューラルエンジンの役割は、画像(顔)認識や音声認識といった機械学習をより高速かつ低消費電力で推論処理することにあります。従来このような機械学習はその数学演算の多くをネットワークを介してクラウドなどで分散処理することによって実現されていましたが、その演算処理の大半をA12バイオニックが内蔵するニューラルエンジンで実行することによって、iPhone内部でほとんどの演算処理(エッジサイド処理)が可能となり、通信トラフィックの低減とプライバシー情報に対するセキュリティ向上を実現しています。

ニューラルエンジンは機械学習に必要な数学演算処理を高速に実行することに特化したハードウェアとして設計されており、CPUやGPUから演算処理をオフロードすることで処理を高速化すると同時に、システム全体の負荷を低減して電力消費を抑えることを実現しています。A12バイオニックではその性能が大幅に向上したことから、写真(静止画)のみならず、映像(動画)へもさまざまな処理をリアルタイムで行えるようになっているのが大きな特徴です。

またカメラの捉えた画像を処理する画像信号プロセッサ(ISP:Image Signal Processor)も強化され、深度エンジンの動作が高速化されています。その結果、大幅に強化されたニューラルエンジンとの連係処理によって、ポートレートモードの大幅な強化や、HDR(拡張ダイナミックレンジ)でのビデオ撮影、前面カメラでの手ぶれ補正などが実現されています。

 

A12 Bionicの内部構造

A12 Bionicの内部には、合計6個の64ビットCPUコア(2つの高性能コア+4つの高効率コア)、4コア構成のGPUコア、8コア構成のニューラルエンジンのほか、強化された画像信号プロセッサ、各種コントローラ、メインメモリなどが統合されています。