NvidiaがタブレットXoomに使えるほどの低消�J電��化を達成させた�\術とは？
欧�δ命��噞・半導���噞のプロフェッショナルがモトローラのタブレットXoomを絶賛したことはすでに伝えた(参考�@料1)が、iPad2が3月2日に�盜颪波�表されるとXoomと同レベルかそれ以�屬了斗佑任△襪海箸�わかった（参考�@料2）。iPad2にはデュアルコアCPUが使われている点もサクサク動くという点も裏表にカメラ2��を載せている点も��く同じ。アップルはプロセッサA5の中身を��らかにしないが、Xoomに搭載されたNvidiaのプロセッサTegra2の消�J電��削���\術を紹介する。
アプリケーションプロセッサTegra2は��Nvidiaが発表したヘテロジニアスなマルチコアプロセッサであり、その消�J電��の削���\術はシステム的な�菘世�らなされている。かつてNvidiaのグラフィクスチップはハイエンド指向で消�J電��が数��Wあるいは100Wを��えるチップもあった。それだけにNvidiaといえば消�J電��は�jきいチップというイメージが定��していた。今�vのプロセッサチップは携帯端��に載せられるほどの小さな消�J電��になった。
図1 Nvidiaの設��したTegra 2マルチコアプロセッサ
Tegra 2には、合��8個のプロセッサコアが集積されており、ARMのCortex-A9を除き��て独立で動くヘテロジニアスなマルチコア構成となっている。ARMのCortex-A9のデュアルコアと、Nvidia が開発してきたグラフィックスチップGeForceをコアにシュリンクした�v路、ビデオのエンコーダ、デコーダ、オーディオプロセッサ、画�欺萢�プロセッサ、そしてARM7プロセッサコアからなる。
デュアルコアのCortex-A9は、並�`処理するSMP（symmetric multi-processing）であり、ウェッブページへのロードを高�]に行ったり、ユーザーインターフェースの応答を早めたり、��雑なウェブページのレンダリングをしたりするのに使っている。
Nvidiaが�u�TなグラフィックスコアGeForceは、2D/3Dの高効率なプロセッサで、ユーザーインターフェースや、�^真、フォントなどグラフィックス的な要素を�W画する。3D画�気�Quake 3ゲームを解�掬�1024×600画素、60フレーム/秒の�]度で�W画する場合の消�J電��は数��mWだとしている。これまでのNvidiaの常識を�戮垢茲Δ閉磴ぞ嫡J電��だ。別の例では、フルスクリーンのFlashアニメーションを�W画する時の消�J電��も150mWしかないという。このGPUは、ビデオを扱うのに専��のハードウエアを�eち、Flashに最適化したビデオやグラフィックスをデコードしているという。
ビデオプロセッサコアは、1080pまでのHD����のビデオファイルやウェブからのストリーミングビデオをデコードするのに使う。ウェブ�屬離咼妊�の�j半がFlashベースだとのことで、Flashで最も広く使われている圧縮�擬阿任△�H.264とSorenson、VP6-Eに�官�している。Flash 専��のビデオプロセッサに�Zい位����けだ。これによって1080pのHDを再�擇垢襪里�400mW以下の消�J電��ですむとしている。HDビデオのエンコーダコアは30フレーム/秒でカメラからの1080pのビデオストリームをエンコードし、テレビ会議やビデオライブを楽しめる。
オーディオプロセッサコアは数日間連��再�擇任�るくらいの低い消�J電��で設��した。MP3ファイルを128kbpsで再�擇垢襪箸�の消�J電��は30mW以下だとしている。画�欺萢�プロセッサは、ビデオカメラからの入��を最�j1200万画素、30フレーム/秒で画�気鯑Dり込み、�O動ホワイトバランスや�莖��喞�、ノイズ削��などの画���喞乾▲襯乾螢坤爐鬟螢▲襯織ぅ爐能萢�できる�ξ�を�eつ。
こういった機������を�U御し、パワーゲーティングとクロックゲーティングで消�J電��を削��する役割を�eつのがARM7コアである。グローバルにチップ����のプロセッサコアを見て、��使われているコアのみの電源をオンにし、使われていないコアの電源をオフにする。
さらに消�J電��を下げるためもっと細かく動作中の性�Δ鮓�ながら周�S数と電圧を�U御するのがチップ����のパワーマネージメントシステム（PMS）である。PMSは、ハードウエアで作るセンサーをチップ�屬謀�材適所に�gりばめ、動作�X��や周�S数、�a度、入��リクエスト信�､離僖拭璽鵑亡悗垢襯如璽燭鮟犬瓮皀縫拭爾垢�。例えばCortex-A9の負荷を常にモニターしておき、センサーからの情報を元に最適な周�S数や電圧を動作するプロセッサに送り、無�Gな電��を消�Jさせないようにしている。ウェブページから何かをダウンロードしてそのコンテンツを読んでいるような場合にはCPUは動作していないためCPUの電源を完��にオフにする。ウェブがFlash動作を行っているときでさえもCortex-A9をオフにし、その作業をGPUやビデオプロセッサに振り分ける。
�k�気�、フ��ードフォワード�U御システムも使い、素早く動作を始めたいときは�k気に周�S数と電圧を�屬欧��lだが、その時は高性�Δ砲擦茲箸い���別のリクエストが来たときのみである。このことによって、タブレットのユーザーはまるでサクサクと3Dのユーザーインターフェースなどを動かすことができる。
Nvidiaは、グラフィックスチップのコアコンピタンスを�擇�し、グラフィックスチップの性�Δ鬚気蕕��屬欧襪閥Δ法▲魯ぅ┘鵐匹�らパソコンあるいは携帯などの組み込み�Uへと����ポートフォリオを広げていく。ロードマップも作成している。
図2 Nvidiaのグラフィックスチップやコアのロードマップ
参考�@料
1. タブレットに見る携帯機�_報�Oの�a度差〜MWC2011から （2011/02/21）
2. アップルがiPad2を発表、モトローラのXoomとそっくりとの�m (2011/03/07)
