笠原一輝のユビキタス情報局

バッテリで20日間アイドル状態にできる次世代Ultrabook

 今からちょうど10年前の今頃は、Intelが初代Centrino Mobile Technologyをリリースした直後にあたり、多くのOEMメーカーから魅力的な薄型ノートブックPCが続々と発売されていた時期にあたる。あれから10年経ち、もはや薄型ノートPCは当たり前になり、当時としては革新的だった30mmを切るようなノートブックPCは、今や低価格なセグメントでも販売されるほど当たり前の製品になっている。

 Intel自身が「Centrino以来のビッグチェンジ」と呼ぶ、新しいプラットフォームが間もなく市場に投入される。Intelは4月に行なわれたIDF Beijingの記者会見において、第4世代Coreプロセッサ・ファミリー(開発コードネーム:Haswell)の出荷をOEMメーカーに対して開始し、第2四半期中に搭載した製品が発表されるという見通しを明らかにした。第4世代Coreプロセッサを採用したモバイル向けのプラットフォームはSharkBay(シャークベイ)の開発コードネームで知られており、現行世代の第3世代Coreプロセッサ向けのプラットフォームであるChief Riverと比較して、性能面でも、消費電力面でも、そしてパッケージサイズの縮小によるより小型のデバイスが可能になる点などで大幅に進化している。Intelの言うとおり、プラットフォームの観点からは“革命的”と言ってよい製品になる。

CPUよりもGPUの強化に振られているHaswell

 開発コードネームHaswellで知られる第4世代Coreプロセッサだが、すでに本連載でも何度も取り上げてきたため、本連載の読者であれば詳細はある程度把握されているだろうが、復習を兼ねてどのようなプロセッサになるのかを改めて振り返っていきたい。

 Haswellの最大の特徴は、プロセッサだけでなく、チップセットを含めた消費電力、特にアイドル時の消費電力が大幅に削減されることが最大の特徴となる。

 もちろん性能面の強化も特徴だが、CPU周りに関しては現行世代の第3世代Coreプロセッサ(開発コードネームIvy Bridge)の改良版に留まる。分岐予測やキャッシュ周りの効率改善などの改良が行なわれる程度で、大きな変更というほどではない。プロセッサコアも4コア(クアッドコア)と2コア(デュアルコア)が用意されている点も同じで、特に大きな変更は無い。ただし、新しい追加命令セットとしてAVX2が追加される。

 GPUに関しては大きな強化が行なわれる。以下のスライドはIntelが昨年(2012年)秋のIDFで公開したものだが、HaswellのGPUには、GT3、GT2、GT1という3つのグレードが用意されており、それぞれエンジン数が異なっているのが分かる。

Intelが昨年(2012年)秋のIDFで公開したHaswellのGPUを説明するスライド。GT3、GT2/GT1と切り分けが容易なアーキテクチャになっている

 ただし、GT1はGT2のカットオフ(シリコンは同一)版で、実際にはGT3とGT2の2つのみ。Intelは公式にはエンジン数などを明らかにしていないが、OEMメーカー筋の情報によればGT3が40エンジン、GT2が20エンジンとなっている。現行製品のIvy Bridgeの最上位SKUであるGT2(Intel HD Graphics 4000)が16エンジンとなっているので、HaswellのGT2は同じGT2であってもエンジン数が25%増え、性能向上を期待できる。なお、Direct3D 11.1に対応するのはGT3のみだ。

 また、GT3はノートPC向けのHaswellにだけ提供され、デスクトップPC向けには提供されないのだが、プレミアムゲーミングノートPC向けとされていることもあり、GT3にはもう1つ別の特徴がある。それはパッケージ上にオンダイキャッシュとしてeDRAMを実装できることだ。このeDRAMにより、本来はメインメモリ上にあるフレームバッファの一部をキャッシュできるので、メモリ帯域を節約でき、3Dゲームで性能向上する。なお、GT3+オンダイキャッシュにはIntel HD Graphics 5200、GT3にはIntel HD Graphics 5100/5000、GT2にはIntel HD Graphics 4600/4400/4200の型番が与えられる予定だ。

 新しいメモリのサポートもHaswell世代の大きな特徴だ。Ivy Bridge世代では1.35Vで動作するDDR3Lのサポートが追加されたが、HaswellではLPDDR3のサポートが追加される。LPDDR3は、スマートフォンやタブレットで利用されてきた低消費電力向けのDRAMで、プロセッサがアイドルステートにある時にもDRAMが自らにリフレッシュをかける(セルフリフレッシュ)時の消費電力を大幅に削減しているのが最大の特徴となる。IntelがIDFなどで公開している資料によれば、DDR3Lに比べてアイドル時の消費電力が5分の1以下になるという。なお、Haswellには新しく導入される1チップ版(SoC版、ただし半導体としては従来通りプロセッサとチップセットの2つから構成されており、パッケージ上で1チップとされる)と、Ivy Bridge世代と同じ2チップ版が存在するが、LPDDR3が利用できるのは1チップ版のみだ。

1チップ版Haswellを搭載したシステムのアイドル時消費電力は100mW以下

 すでに本連載でも何度も説明してきたとおり、Haswellの最大の特徴はアイドル時の消費電力の削減だ。IDF Beijingにおいて、IntelのクライアントPCビジネスを統括するIntel上席副社長兼PCクライアント事業本部長 カーク・スコーゲン氏は「第4世代Coreプロセッサではアイドル時の消費電力が従来に比べて20分の1になる」と述べている通り、今回削減される消費電力はピーク時の消費電力ではなく、アイドル時の消費電力になる。だが、このことがPCの使い方に革命的な変化をもたらすことになる。

 具体的に見ていこう。まずピーク時の消費電力だが、これは基本的に前世代となるIvy Bridgeから若干削減されるものの、大幅に削減されるわけではない。表1はOEMメーカー筋の情報からまとめてみた、HaswellのTDP(熱設計消費電力、PCメーカーが設計時に参照する想定のピーク時消費電力)だ。

【表1】HaswellのTDP
チップ構成 TDP SDP cTDP cTDP UP cTDP Down LPM
Hプロセッサ 2チップ 37/47/57W - △(XEのみ) 67W 47W 37W
Mプロセッサ 2チップ 37/47/57W - - - - -
Uプロセッサwith GT3 1チップ 25W - 不明 不明 不明 不明
Uプロセッサwith GT3 1チップ 15W - 25W 13W 12.6W
Uプロセッサwith GT2 1チップ 15W - 25W 11.5W 11W
Yプロセッサ 1チップ 11.5W 7.5W 9.5W - 不明

 IntelはHaswell世代でプロセッサを4つのカテゴリに分け、プロセッサー・ナンバーの最後に付くアルファベットで区別される。それぞれH、M、U、Yの4つで、Hがハイパフォーマンスおよびゲーミング向けノートPC向け、Mがトラディショナルな一般的なノートPC向け、UがUltrabook向け、YがタブレットやコンバーチブルなUltrabook向けという位置付けになる。

 Ivy Bridge世代ではMプロセッサが35/45/55W、Uプロセッサが17W、Yプロセッサが13Wだったので、スタンダードノートPC向けのTDPは若干増え、Ultrabook以下は若干の減少ということになるだろう。しかしU/YプロセッサはSoC版のみになっており、このTDPにはチップセットの分が含まれている。Ivy Bridge世代のチップセットのTDPがだいたい2Wだったので、ざっくり言うと、Uプロセッサが17W+2W=19Wから15Wに、Yプロセッサが13W+2W=15Wから11.5Wにと削減されいることになる。削減率にすればUプロセッサが26%、Yプロセッサが30%という数値だ。

 これも大きな削減だと言うことはできるのだが、ケタが1つ違っているのが、アイドル時の消費電力の削減だ。

 Haswellの1チップ版では、新たにC8〜C10と呼ばれる、パッケージ全体で省電力を実現するCステートが導入される。Haswellの1チップ版では、パッケージとしては1つだが、実際にはパッケージ内で、プロセッサとチップセットという2つのダイが実装されており、それぞれ独立して動作している。従って、アイドル時に低消費電力を実現するには、プロセッサ側だけでなく、チップセット側の電力を抑える必要があるのだ。そこで、IntelはOEMメーカーに対して、PowerOptimizerとよばれる省電力のソリューションとセットで提供し、C8〜C10の利用を可能にする。パッケージ全体でC10ステートに入ると、C7に比べて6分の1の電力で済むという。すでにC7でもかなりの省電力であるので効果は絶大だ。

HaswellのSoC版では、C10という新しいCステートが導入される。C7に比べて消費電力が6分の1になる
IDF BeijingでIntelが公開した、Haswell世代のUltrabookでのアイドル時の消費電力。ディスプレイの電力が切れたアイドル時で100mWを切るというこれまでのPCと比較してケタが1つ違う低消費電力を実現

 こうした仕組みを導入することで、IntelはHaswellのSoC版でシステム全体でアイドル時に100mW以下という非常に低い消費電力を実現する。以前も説明した通り、同じ容量のバッテリで駆動時間を延ばすには平均消費電力を削減する必要があるのだが、システムが動作しているうち90%はアイドル状態にあると考えられるので、アイドル時の平均消費電力が100mWを切るというのは、大幅な駆動時間延長に結びつく。省電力技術に長けたOEMメーカーであれば、ハイエンドなARMタブレットに近い平均消費電力をCoreプロセッサで実現することも不可能では無くなるだろう。

 その何よりの証拠が、1チップ版Haswell(UプロセッサないしはYプロセッサ)では、MicrosoftのConnected Standbyをサポートすることだ。以前も述べたとおり、Connected Standbyをサポートするには、Microsoftが決めている要件をクリアする必要があり、16時間のアイドル状態でバッテリが5%しか減っていないことを満たす必要がある。現在PCで一般的に利用されているリチウムイオン電池は44Whないしは48Whであるため、2.2Whないしは2.4Whしか消費できないことになる。しかし、システム全体のアイドルが100mWを切っていれば、0.1W×16時間=1.6Whしか必要としない計算になるので、確実にクリアすることができる。逆に言えば、48Whのバッテリを持つシステムで、1度もディスプレイをつけなければ、480時間=20日間はバッテリだけで動かせる計算になる。もはや、PCをサスペンドにしなければバッテリがなくなってしまうという常識は、過去のモノとなり、ユーザーの使用感は限りなくタブレットに近づくことになる。

 なお、1チップ版Haswellは、GPUのドライバとして32bit版のWindows 8をサポートしない。現時点ではMicrosoftは何も明らかにしていないが、つまりこのことは64bit版のWindows 8でも、Connected Standbyのサポートが追加されるということを意味しているのだろう。MicrosoftはWindows 8の機能アップデート版としてBlueを今年後半に計画しているが、そこでサポートされると考えるのが妥当だろう。

I2Cのサポートなどにより各種センサー類にも標準対応

 Haswellでは2チップ版と1チップ版が用意されている。また、プロセッサはクアッドコア版とデュアルコア版、GT3、GT2があり、それぞれの組み合わせで4種類のダイが用意されている。

【表2】Haswellのダイバリエーション(筆者予想)
ダイ名 4+3 4+2 2+3 2+2
CPU クアッドコア クアッドコア デュアルコア デュアルコア
GPU GT3 GT2 GT3 GT2
【表3】Haswellのパッケージ(筆者予想)
プロセッサ分類 Hプロセッサ Mプロセッサ Uプロセッサ Yプロセッサ
パッケージ BGA PGA BGA BGA
チップ構成 2チップ 1チップ
ダイ 4+3 4+3 4+2 4+2 2+2 2+3 2+2 2+2
オンダイディスプレイキャッシュ - - - - - - -

 パッケージは3種類が用意され、HプロセッサにはBGAが、MプロセッサにはPGAが、そしてUプロセッサとYプロセッサには1チップのBGAが用意されている。

 チップセットだが、2チップ版(Hプロセッサ、Mプロセッサ)にはQM87、HM87、HM86という3つのSKUが用意され、パッケージ内に封入されている1チップ版には、基本版とプレミアム版が用意される。

【表4】HaswellのノートPC向けのチップセット(筆者予想)
2チップ版 1チップ版
QM87 HM87 HM86 プレミア ベースライン
パッケージサイズ 20×20mm 20×20mm 20×20mm SoC SoC
vPro - - ○(*SKUによる) -
PCIe 3.0 x16 - -
I/O Port Flexibility 最大16 最大16 最大16 最大14 最大14
USB(うち3.0) 14(4〜6) 14(4〜6) 14(2〜4) 8(2〜4) 8(2〜4)
SATA(6Gbps) 6(2〜4) 6(2〜4)4(2) 2(0〜2) 4(0〜4)
PCIe 2.0 6〜8レーン 6〜8レーン 6〜8レーン 最大12レーン/6デバイス 最大10レーン/6デバイス
I2C/UART - - - 2/2 2/2
SDIO - - - 1 1
3ディスプレイ出力
VGA - -
Windows 8 Connected Standby - - - -

 なお、1チップ版にはPCI Express x16が用意されていない。このため、今後UltrabookでディスクリートGPUを搭載するのはほぼ不可能になったと言っていいだろう。もっとも、GT3ですでに高い性能を実現するため、その必要性が薄いのだろう。

 また、1チップ版のSoCには、タブレットやスマートフォンのセンサーなどを接続するバスとして一般的に利用されている「I2C」などが用意される。IntelはOEMメーカーに対して、標準でGPS、加速度センサー、磁気センサー、ジャイロセンサー、近接センサー、加圧センサー、環境光センサーなどにI2CやUARTを利用して接続するソリューションを提供しており、タブレットやスマートフォンと同等のセンサー類をUltrabookに実装できる。また、NFCに関してもMagnetics Peak-2という開発コードネームの自社デザインのソリューションをOEMメーカーに提供するほか、NXPなどサードパーティが提供するソリューションを利用することも可能だ。このため、Haswell世代で、PCとタブレットのセンサーの差は急速に無くなるだろう。

IEEE 802.11acに対応したWi-Fi/Bluetooth 4.0コンボモジュールが登場

 Wi-Fiモジュールのソリューションも、SharkBay世代で拡張する。開発コードネームでWilkins Peak(ウィルキンスピーク)で知られる製品で、2x2のWi-FiとBluetooth 4.0を1モジュールで提供する。従来世代の製品と同じようにPCI Express Mini Card(いわゆるMini PCI Express)のハーフミニカード(HMC)ないしは、M.2(従来NGFFとよばれていた次世代内蔵モジュールの規格)で用意する。

 Wilkins Peakの特徴は、最上位SKUで最近話題の高速通信が可能なIEEE 802.11acにも対応することだ。Wilkins Peak搭載製品が登場すれば、ノートPCでも内蔵Wi-Fiが標準でIEEE 802.11ac対応となるため、現在ルーターメーカー各社が積極的に販売しているIEEE 802.11acルーターの普及にも弾みがつくだろう。

 ただ、日本のユーザーに“悲しいお知らせ”をお伝えしなければならない。現状でIntelがHMCの形状で提供しているWiMAX/Wi-Fiコンボモジュール「Intel Centrino Advanced-N+WiMAX 6250」(開発コードネーム:Kilmer Peak)のM.2版はまったく計画がないことだ。このため、OEMメーカーがHaswell世代のノートブックPCの設計でPCI Express Mini Cardのソケットではなく、M.2(NGFF)ソケットを利用して設計した場合、WiMAXを内蔵して提供することができなくなる。

 現時点では、グローバルに見て今後も継続してWiMAXを継続して行くと見られているキャリアが日本のUQ WiMAXぐらいで、WiMAXに対応するかどうかはまさに日本市場の特殊な事情となってしまったため、こうした決断がされたのだろう(むろん、OEMメーカーがHaswell世代でもHMCを利用すると決断すれば、引き続きKilmer Peakが利用可能。日本市場に特化したPCを設計しているメーカーであればその可能性がある)。今後UltrabookはM.2へと移行が加速し、現状内蔵PC向けにWiMAXモジュールを提供しているのはIntelだけなので、徐々にWiMAX内蔵PCは減っていく可能性は高い。

 日本市場ではWiMAXが根付いており、ノートPCユーザーの中には帯域制限が無いことからWiMAXを契約しているユーザーも少なくないと考えられるだけに、少なくとも日本市場向けだけにもIntel製で無くても良いからM.2に対応した内蔵WiMAXモジュールが提供されることに期待したいところだ。

Haswellの発表は第2四半期中だが、搭載したUltrabookの登場は9月以降になる

 このように、モバイル向けのHaswell、チップセットまでを含めて言うなら、SharkBayプラットフォームの最大の特徴は低消費電力だ。IntelはIvy Bridge世代でUltrabookを名乗る要件として、MobileMark2007で5時間駆動できることをOEMメーカーに課していたが、Haswellではそれが8時間にされている。つまり、どんなに悪くても1.6倍にはなるだろうと、Intel自身が考えている。もう少し気合いの入っているOEMメーカーが設計すれば、2倍は超えるだろう。

 GPUも強力になった。同じGT2でもIvy Bridgeに比べて演算エンジンが増えており、さらに内部アーキテクチャが改善したことで、少なくとも2倍の性能向上があるとIntelは説明してる。GT3を採用すれば、それ以上の結果を得られるのは言うまでもないだろう。このほかにも、1チップのパッケージの採用、従来世代よりも30%近いTDPの削減、NFCやI2Cのサポートによるセンサー類の強化、IEEE 802.11acの高速無線通信に対応したWi-Fiモジュールなど、プラットフォームレベルで見れば、第3世代Coreプロセッサ(Ivy Bridge)ベースのCheif Riverプラットフォームと比較すれば、“革命的”と言わずしていつその言葉を使うのかというべきだろう。

 最後に、発表時期についても触れておきたい。以前から説明している通り、IntelはHaswellの製品投入について3段階で行なうことを決定している。まず第2四半期中(時期的に考えてCOMPUTEX TAIPEI前後と考えられるだろう)に第1弾の発表が行なわれる。第1弾では、2チップ(Mプロセッサ)のうちクアッドコア製品が投入される。つまり、まずはトラディショナルなノートブックPCに搭載される製品が一番最初に発売される。

 そして第2段階となるが1チップ版(UプロセッサおよびYプロセッサ)で、第3四半期中となる。Intelは例年新世代Ultrabookの発表を、バックツースクール(欧米の学生が夏休みが終わって新学期を迎える9月のこと)のタイミングに合わせており、昨年も、一昨年もドイツのベルリンで9月に行なわれるIFAに合わせてきた。そう考えれば、今年もその時期に1チップ版のHaswellが発表され、搭載製品がIFAでお披露目されると考えるのが妥当な線だろう。最後に、2チップ版のデュアルコアが、第4四半期に発表、投入され、Haswellの3段階ローンチは完了となる。

 このため、Haswell搭載製品は、従来のように一挙に登場するのでは無く、特に6月と9月に集中して登場することになり、特に本誌の読者の興味が高いと思われるUltrabookは9月以降がターゲットになるだろう。

(笠原 一輝)