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IDMのビジネスモデルを根底から転換しつつあるIntel

ARMやTSMCのビジネスモデルを部分的に取りこむIntel

 Intelがビジネス戦略を根源から転換しようとしている。自社のIP(Intellectual Property)コアを他社に利用できるようにする一方で、他社のチップをIntelのファブで受託製造する戦略を進展させつつある。IPカンパニーのARMとファウンダリのTSMCそれぞれの戦略を取り込もうとしているように見える。Intelは自社のFinFETプロセス技術での製造受託の契約をFPGA大手のAlteraなどと結び、その一方でモバイル向けSoC(System on a Chip)「SoFIA」ファミリの展開でファウンダリに製造を委託、また、自社のCPUコアIPをチップベンダーのRockchipが利用できるようにした。実際には、Intelはこうした動きをしばらく前から展開していたが、その動きが活発化しつつある。

 半導体メーカーのビジネスモデルは大きく2分割されている。Intelは、チップ上に載せるCPUなどのIPの開発からチップ設計、製造、販売まで全てを垂直統合で行なう「IDM(Integrated Device Manufacturer)」モデルを取る半導体メーカーだ。かつては、多くの半導体メーカーがIDMモデルを取っていた。

IDMの利点を謳うIntelのInvestor Meetingのスライド

 それに対して、現在の多くの半導体メーカーは、水平分業化したファブレス-ファウンダリ型のモデルを取っている。CPUやGPUを開発する専業あるいは兼業のIP企業がコアIPを開発。コアIPのライセンスを受けるか自社IPを使い、半導体ファブを持たないファブレスメーカーがチップの設計を行なう。設計が完成したチップは、チップの製造を専業に行なうファウンダリが請け負う。チップの販売は通常はチップ設計ベンダーが行なう。

 ARMやImagination TechnologiesはIPの開発を専業に行なうメーカーだ。MediaTekのようなモバイルSoCベンダーはIPはほとんどライセンスを受けてSoCチップ自体の設計に集中する。NVIDIAやQualcommなどは中核となるIPは自社で開発し、そのIPを載せたチップを設計してファウンダリで製造する。TSMCやGLOBALFOUNDRIES、UMCなどが製造を請け負うファウンダリ大手だ。また、SamsungやIBMのように、自社チップの製造も行なうがファウンダリビジネスも行なう企業もある。IBMは、かつてはIntelのような垂直モデルだったが、最近はファウンダリに力を注いできた。Appleのように、システムメーカーだったはずが、今はコアIP開発とチップの設計に力を注ぐメーカーもある。水平分業といってもきれいに分かれているわけではなく、複雑に入り交じっている。

IDMの強味を維持しつつファウンダリモデルへ拡張

 Intelの動きは、こうした半導体業界の現状に合わせて自社を変えて行こうとする動きに見える。と言っても、IntelがTSMCやARMになろうとしているわけではない。従来の垂直型のIDMモデルから、ファブレス-ファウンダリ型のモデルへとある程度寄るというだけの話だが、Intelにとっては大きな変化だ。

 従来、Intel自社設計のチップしか製造して来なかったファブで他社チップを製造し、自社設計のチップを他のファウンダリで製造し、自社製品にしか載せなかった自社開発IPを他社の仕様のカスタムチップに載せる。ファウンダリサービスでは、TSMCのような顧客の設計したチップの製造受託のほかに、顧客の仕様に合わせたカスタムASIC(Application Specific Integrated Circuit:特定用途向けIC)チップの設計製造も行なう。カスタムASICと言ってももちろんセルベースでIntelのIPの利用も、顧客のIPの取り込みもできる。また、ファウンダリサービスでは、IntelはEDAベンダーとも提携して、ツールを揃えている。ちなみに、Intel自身のCPUの設計も、すでに2005年からハードウェア記述言語(HDL)が内製の「iHDL(Intel's Hardware Description Language)」から標準の「SystemVerilog/Verilog」へと変わっており、外部ベンダーのツールも織り交ぜて使うようになっている。

 現在は、まだ非常に限定された形だが、この路線が進めば、例えば、NVIDIAのGPUやAppleのSoCをIntelのファブで製造し、IntelのCPUコアIPがAppleのSoCやゲーム機APUに載り、そのチップがIntel以外のファブでも製造されるようになるかも知れない。実際には、そうした劇的な変化にはさまざまなハードルがあるが、Intelが目指すのが、垂直統合の従来IDMモデルからの半脱却である点は確かだ。

 とは言え、Intelの本気度がどこまでなのかは、まだ分からない。なぜなら、ビジネスモデルの変革は、下手をするとIntelの今の強味を弱めてしまうことになるからだ。Intelは巨体を生き残らせるためにビジネスモデルを変えなければならないが、そのためには、垂直型の強味から、ある程度離れなければならないというジレンマを抱えている。そのため、Intelの変革はペースが遅く慎重だ。

 業界全体を見渡すと、純粋なIDMとして最後に残ったIntelがついに動き始めたと見ることができる。しかし、意地悪な見方をすると、Intelの現在の戦略は、日本のIDMが試みたカスタムASICとファウンダリサービスのビジネスモデルと同じだと見ることもできる。

 少し面白いのは、IntelのIDM離れの動きの一方で、ファブレス-ファウンダリベースの半導体産業では完全に分離された水平分業ではだめで、顧客企業とファウンダリが密接に連携したモデルが望ましいという風潮に変わって来たことだ。つまり、Intelが垂直型から水平型へと動く一方で、他社は水平型から垂直の連携を強める方向へと向かっている。両側から同じ方向へ向かっているようにも見える。

顧客とファウンダリの協調によるバーチャルIDMを目指すGLOBALFOUNDRIESのFoundry 2.0ビジョン

ファウンダリを使いRockchip設計版も登場するSoFIA

 Intelの変化を象徴しているのは、Intelがエントリーレベルのモバイル市場向けに投入するモバイルSoC「SoFIA」ファミリだ。SoFIAは、IntelのAtomコアとベースバンドモデムを統合したワンチップソリューションで、製品ファミリとして投入される。最大の目的は低価格製品が求められる市場にも、IntelコアのモバイルSoCを浸透させることだ。そして、SoFIAの展開に際して、Intelは中国のファブレスチップベンダーRockchipとの提携を発表した。

 Rockchipはデジタル機器向けのLSIベンダーで、当初からARMコアを使った製品を開発してきた。同社のアプリケーションプロセッサのモバイルSoCは、中国市場などで高いシェアを誇っている。IntelはそのRockchipと戦略提携し、SoFIAファミリをIntelとRockchipの両社で売る。また、RockchipはSoFIAファミリのチップの開発に協力する。

Intel社長のレネイ・ジェームス氏

 SoFIAのポイントは3つで、最初の世代のSoFIAはIntel以外のファブ(TSMCと言われている)で製造される(2016年にはIntelの14nmに移行)こと、Rockchipが設計協力したバージョンのSoFIAが登場すること。IntelとRockchipで販売して新興市場にフォーカスすること。COMPUTEXでのQAセッションで、Intelのレネイ・ジェームス氏(President, Intel)はRockchipとの提携について次のように答えた。

 「Intelが市場のエントリーレベルの部分に入って行く動きを加速する道は、その市場について経験が豊富なパートナーを得ることだと感じていた。Rockchipは、中国市場などのエコシステムに精通しており、素晴らしいパートナーだ。Rockchipは、我々のSoFIA製品をエントリー市場にもたらし、それと同様に派生した実際のハード製品を作る。Intelはローコストのエントリー市場については知らないので、この決定は非常に現実的だ」。

 SoFIAの製造は外部ファウンダリの28nmプロセスを使う。Intelが外部のファウンダリを使うのは、これが始めてというわけではなく、これまでもCPU以外のチップではファウンダリを度々利用して来た。そもそも、Intelの携帯ネットワーク用のベースバンドモデムチップがTSMCの製造だ。これは、もともとIntelのモデムは、買収したInfineonのMobile Communications Groupの系列の製品で、ファウンダリとしてTSMCを使ってきたからだ。逆を言えば、モデムとの統合のために、IntelのAtom CPUコアをファウンダリのプロセスに載せると見ることもできる。

入り組んだ現在のIntelの戦略
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 そして、SoFIAでは、Rockchip設計のバージョンが登場する。つまり、RockchipがIntelのCPUコアなどのIPを使いチップを設計して、ファウンダリに製造委託し、Rockchipが販売するバージョンだ。流れを見ると、IntelをIPベンダーとしてファブレスのRockchipが利用する、現在の半導体産業の主流のフローのように見える。しかし、ARMのような形のIPライセンスを与えるのかというと、そうでもないようだ。

 実際、海外の有名アナリストのLinley Gwennap氏(Principal Analyst, The Linley Group)が、IntelとRockchipとの提携はARM型の自由度の高いIPライセンスではなく、事実上、SoC設計の下請けだと指摘している。つまり、IntelのIPを使ったSoCを、Rockchipに彼らのIPも加えて設計することを認める限定された取引だと見ている。IntelはIPの提供についてぼかした表現をしており、少なくとも、ARMのようなフレキシブルにIPを使うことができるライセンスではないようだ。

 とは言え、Intelが他社に自社のCPUコアIPを利用させることは大きな意味を持つ。Intelは、ファウンダリサービスでも、カスタムASICではIntelのIPを顧客が使えるようにすると説明しており、今後さらにIPを他社が使えるように提供することは間違いない。しかし、それが、イコール、ARMのようなより自由度の高いIPライセンスモデルを意味していない。少なくとも今のところは。

データ形態によって異なるIPライセンス

 IPライセンスについて、もう少し突っ込むと、そもそも、どういった形態でIPを提供するのか、というポイントからライセンスの状況が異なって来る。現状でIntelはRockchipのような顧客にはどういった形態でIPを出しているのか。ライセンスするのなら、今後どういった形態で出して行くのか。

 Intelはアーキテクチャルライセンス、つまり命令セットアーキテクチャレベルのライセンスは今後も与えないと見られる。例えば、CPUコアのアーキテクチャルライセンスでは、ライセンスを受けた顧客企業は、Intelと命令互換のCPUコアを自由に設計することができる。しかし、Intelは互換CPUに苦しめられた経験から、ライセンシーが自由にカスタマイズできるアーキテクチャルライセンスは与えない方針を貫いている。286の時は物理設計だけでもセカンドソースに苦しめられた。だから、Intelは、今後も、提供するとしても、ある程度限定されたIPコアとしてライセンスすると見られる。

ARMのCortex-Aファミリのライセンスの例
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 一般的に言って、IPライセンスと言っても、「ハードマクロ(Hard Macro)」なのか、それとも「ネットリスト(Net-List)」なのか「RTL(Register Transfer Level:レジスタ転送レベル)」でライセンスするのかで、内容が大きく異なる。その問題は、さらに、渡すコアはフルに論理合成可能(Synthesizable)なコアなのか、それともフルには全体を論理合成できないコアなのかという、CPU設計の基本的な問題にも絡む。それは、さらに、IPベンダーがIPの提供にどういう姿勢で取り組もうとしているのか、という根本的な問題にも関わってくる。

論理合成する場合の設計フローとライセンス形態
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 もし、Intelが製造するファウンダリに合わせてCPUコアのハードマクロを自社で開発、それをチップベンダーにライセンスするのなら、話は非常に単純だ。ライセンスを受けたチップメーカーにとって、Intel CPUコアは完全にブラックボックスでカスタマイズはできずファブを移すこともできない。チップの物理設計上でも差を付けることができず、全てのライセンシーは同じ性能と機能のコアを使うことになる。顧客のライセンシー企業が差別化できるのは、SoCの中でチップメーカーが加えるCPUコア以外の機能だけだ。

 この場合、Intelは、あくまでも自社IPはきっちり守った上でビジネスをする方針であることを意味する。顧客となるチップベンダーにとっては、Intelコアの魅力が小さくなる。ある1社がIntelのハードマクロを使うなら、横並びのコアを使う他社は、戦える要素が少なくなってしまうからだ。

RTLでのライセンスと論理合成

 それに対して、CPUコアをRTLのソフトコアで渡す場合は事情が全く異なってくる。IPベンダーがライセンシーに対してある程度カスタマイズを許した場合、チップベンダーは、RTLレベルで機能をカスタマイズすることもできる。RTLレベルでカスタマイズしなくても、その下のレベルで差別化をすることもできる。例えば、より低電力なライブラリを使い、性能は低いが実装コスト(ダイ面積)と電力が低いというコアを作ることもできる。これは、RTLでのライセンスにより千差万別な実装があるARMのCortex-Aファミリを見ればよく分かる。

 RTLのライセンスは、ソフトウェアに例えれば、ソースコードを渡すようなものだ。だから、ライセンシーはIntelの論理設計について知ることができる。

チップの設計フローをソフトウェアに例えると上のようになる
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 また、RTLベースのソフトマクロの場合、原則として製造するファブやプロセスを選ばない。ファブに対してはポータブルなので、顧客は契約条件によっては、IPを製造したいファウンダリの製造したいプロセス技術へと持って行くこともできる。例えば、Intelが許すならIntelのIPを、GLOBALFOUNDRIES/STのFD-SOIプロセスで製造することも技術的にはできることになる。

 しかし、RTLでライセンスコアを渡すには、原則としてCPUコア全体が、業界の標準的なツールで論理合成が可能な完全シンセサイザブル(Fully Synthesizable)コアであることが望ましい。そのためには、IntelはSilvermont(シルバモント)CPUコアの設計に手を入れる必要がありそうだ。ただし、RTLで渡す場合は、実装によっては、性能、つまり動作周波数にもかなり影響が出る可能性がある。

下はシンセサイザブルなARMのCortex-A9、上はSystemVerilogで書かれているがフルには論理合成ができないIntelのAtom系のBonnellコア。ちなみにBonnellはIntel CPUで最初にSystemVerilogでコーディングされたコアの1つだ
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 ネットリストで渡すというIPライセンスもありうる。その場合は、顧客ライセンシーは、レイアウト(配置配線)以下のレベルでカスタム化が可能で、RTLの場合と同様に、物理設計である程度の差別化を行なうこともできる。

IoTに向けて重要となるIP戦略

 このように、一口にIPライセンスといっても、ライセンスIPの形態によって、ライセンスを受けるチップ設計メーカー側にとっての使い勝手は全く異なる。さらに、IPをどういう条件で渡すのかも異なる。IntelがハードマクロでIPを使わせて、しかもIPを載せることができるチップも厳格に限定するのなら、自由度はほとんどない。ARMのような広範でフレキシブルなライセンスモデルを展開することは、Intelにとって難しそうだ。

 しかし、今後、Intelが本格的にIoT向けLSIに取り組んで行こうとするなら、おそらく、Intelも、よりフレキシブルなIPの提供が必要となるだろう。ARMなどのIPベンダーは、そのビジネスモデルによって製品の多様性を作り出しており、多様性が必要な組み込みやモバイルの市場での成功の鍵となった。

バリエーションが多いARM製品
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 実際、IntelのCPUでもIoT向けのQuarkコアはフーリーシンセサイザブル設計になっており、コア自体は、柔軟な対応が可能になっている。Intelは、かなり早期にPentium系のコア(P54C)を、iHDLからVHDLやVerilogといった標準のHDLに移植して論理合成可能にしていたが、それらは実際の製品として提供されることはなかった。ちなみに、オリジナルのP5(Pentium)やP54Cは、論理合成と手設計が入り交じった設計だった。

オリジナルPentiumの設計。浮動小数点演算(Floating Point)ユニットの右が論理合成された制御部で左が手設計のデータパス部。整数演算(Integer Unit)ユニットでは左が論理合成の制御部、右が手設計のデータバス部
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 今回Intelは、P54Cよりさらに486ライクなQuarkを、わざわざ完全シンセサイザブルだとして発表している。IPとして他社も含めて利用できるようにすることを考えてると見た方がいいだろう。そう考えると、Rockchipとの提携も、SoFIAで終わりという話ではない可能性がある。モバイル系SoCベンダーは、IoTの中のインテリジェンスの高いデバイスへの切り込み隊となり始めている。その一角のRockchipとの提携は、IoTを含めた、より広範な展開への最初の一歩かも知れない。

(後藤 弘茂 (Hiroshige Goto) E-mail