私たちの多くは、マザーボードにグラフィックカードやSSDを差し込んで自作PCを組み立てることに慣れてしまっています。インテルのCEO、パット・ゲルシンガー氏は、 PC内部のチップがこれと全く同じ方法で「組み立てられる」ようになるという、大きな変化がチップ業界に訪れると予測しています。
これは重要な意味を持ちます。長年にわたり、PCのプロセッサは単一のプロセス技術を用いて単一の企業が製造する、比較的シンプルなものでした。しかし、今年3月に起こったある出来事により、Intelをはじめとする企業が、PCメーカーがPCを製造するのとほぼ同じ方法で、単一のチップ内に特定のロジック部品を自由に組み合わせて搭載できるようになるのです。
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これがUniversal Chiplet Interconnect Express（UCIe）の導入であり、そのコンセプトは非常にシンプルです。様々な「タイル」、つまりチップレットをベースタイルに挿入し、それらをUCIe標準インターフェースで接続することで、未来のチップが構築されます。この「ベースタイル」は、グラフィックス、I/Oなど、様々なコンポーネントが接続された一種のマザーボードと考えると分かりやすいでしょう。
UCIeは、これを実現するために、真に標準化されたオープンインターフェースを提供します。チップ業界を詳しく追ってきた方なら、「標準」が必ずしもすべての人に当てはまるわけではないことをご存知でしょう。Intel Core搭載ノートPCにはThunderboltポートが搭載されているのに対し、AMD Ryzenチップ搭載ノートPCにはUSB 4ポートが搭載されているのは、まさにそのためです。これらは機能的には同等でありながら、異なる点もあります。しかし、UCIeはAMD、Intel、Microsoft、Qualcomm、Arm、Samsung、TSMCなど、ほぼすべての主要企業によってサポートされています。今のところ唯一の例外はNvidiaです。
Intel は数十年にわたってチップとチップレットの設計を繰り返してきました。
マーク・ハッハマン / IDG
ゲルシンガー氏は、今月初めに成立した「Chips for America Act（米国のためのチップス法）」の成立に向けて精力的にロビー活動を行ってきました。この法律は、米国の半導体業界に520億ドルの資金を提供します。昨年、ゲルシンガー氏は新たなファブへの投資とインテル初のファウンドリー事業の立ち上げにより、再び偉大な企業へと返り咲くことを誓いました。しかし、今週開催されたHot Chips学術会議でゲルシンガー氏は、インテル向けのファブを建設するだけでは不十分だと述べました。複数の顧客向けに、すべてUCIeをベースとした「システムファウンドリー」を構築したいと考えているのです。
ゲルシンガー氏は、インテルのシステムファウンドリーとUCIeによって、顧客が異なるベンダーからチップレットを購入し、それらを組み合わせることができるミックスアンドマッチ方式が可能になるかどうか尋ねられ、同氏は同意した。
「ああ、その通りだ」とゲルシンガー氏は答えた。「UCIeがPCIe [PCI Express] のようになるというのが私の期待だ」
「UCIeもそれに相当するものになると考えています」とゲルシンガー氏は付け加えた。「例えば、チップレットのうち2つはIntelから、チップレットの1つはTSMCの工場から、電源部品はTIから、I/O部品はGlobalFoundriesからといった具合です。もちろん、Intelは最高の3Dパッケージング技術を持っているので、これらすべてのチップセットチップレットを市場に出荷するのはIntelでしょう。しかし、もしかしたら別のOSAT（アウトソーシング半導体組立・試験）プロバイダーから供給されている可能性もあります。」
メテオ湖：次のステップ
ここまで開発を進めてきたのは長らく前からですが、重要な作業はここ5年間で完了しました。複数のソースから提供されたチップレットの統合で最も注目を集めたのは、2017年に登場したIntel Core CPUとAMD Radeon GPUを組み合わせたKaby Lake-Gでした。
インテルの開発において、他に2つの技術が極めて重要でした。1つはEMIBと呼ばれる技術で、チップレットを2次元平面に沿って拡張するもの、もう1つはFoverosと呼ばれる技術です。Foverosはチップダイを3次元的に垂直に積み重ねることを可能にします。2019年、インテルはこの2つを統合し、co-EMIBと呼ばれる技術を開発しました。ディスアグリゲーション、タイル、チップレットなど、様々な用語が飛び交っていますが、どれもほぼ同じ意味です。つまり、半導体を使ったレゴのようなものです。
このコンセプトは、来年、IntelがHot Chipsで詳細を発表した「Meteor Lake」チップによって、より具体化され始めるでしょう。下部はパッケージ基板で、その上に「ベースタイル」があります。そしてその上に、GPUタイル、CPUタイル、SOCタイル（基本的にはメディア、イメージング、ディスプレイ）、I/Oエクステンダータイル（チップセット）といった様々なタイルが配置されています。IntelのCPUは従来、1つのパッケージに2つのダイを搭載していましたが、現在は実質的に4つのダイを搭載しています。
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Intelが今週初めに漏らした事実は、Gelsinger氏のディスアグリゲーション構想が既に実現しつつあるということです。Meteor Lakeのコンポーネントの大部分はIntelではなくTSMC製ですが、Meteor Lakeチップに組み込まれる予定です。Hot ChipsでIntel幹部は、各タイルを、パワーコアと効率コアの複数の配置、より多くの処理ユニットを備えたGPUなど、様々なバリエーションで製造できることを示しました。また、一部のタイルがIntel 4プロセスで製造されるか、TSMCの製造ラインで製造されるかは問題ではありません。将来のプロセッサ世代に組み込んで再利用できるからです。（ただし、Meteor LakeはUCIeを採用していません。仕様が確定したのはほんの数ヶ月前です。）
しかし、それが実際に動作することは分かっています。インテルはMeteor Lakeのサンプルを保有しており、PC内での起動にも成功したと幹部は述べています。
パフォーマンスは低下しますか？ 価格は高くなりますか？
これは、Intelのこれまでのスタンスから大きく転換したと言えるでしょう。Intelはこれまで、単一の強力な「モノリシック」チップを開発し、それをPC、サーバー、そして（願わくば）ノートパソコンにも搭載してきました。特に興味深いのは、Meteor Lake（および後継のArrow Lake）に関するIntelのHot Chipsプレゼンテーションで、この問いに正面から答えていたことです。Intelは、分散型アーキテクチャの利点を活かしつつ、モノリシックなパフォーマンスを実現できるのでしょうか？
答えは？ インテルは目標に近づくことができると考えている。インテルのマイクロプロセッサ設計フェローであるウィルフレッド・ゴメス氏はHot Chipsで、タイルからタイルへデータを移動させると、パフォーマンスと消費電力に常にペナルティが伴うと述べた。しかし、インテルの見解では、この「ディスアグリゲーション税」はわずか2～3%程度で、ディスアグリゲーションによってもたらされる柔軟性によって相殺されるという。（インテルは、パフォーマンスについて言及しているのか、消費電力について言及しているのか、また、これらの数値を何と比較しているのかについては明らかにしなかった。）
マーク・ハッハマン / IDG
柔軟性は財布にも影響します。Intelは、2020年代末までに1兆個のトランジスタを搭載したチップを実現することを目標としています。しかし、すべてのチップがエラーなく製造できるわけではありません。リソグラフィーのエラーや、ちょっとした放射線の漏れによって、チップ全体が実質的にダメになってしまう可能性があります（あるいは一部がダメになってしまうこともあります。IntelのFシリーズチップにGPUが搭載されていないのはそのためです）。1億個のトランジスタを搭載したタイルを捨てる方が、はるかに高価な1兆個のトランジスタを搭載したモンスターチップを捨てるよりもはるかに安価です。
AMDのRyzenもチップレットでは先行しており（Intelのチップレットに匹敵し、場合によっては凌駕するパフォーマンスを提供している）、チップレットとタイルの組み合わせについてオープンに議論する点ではIntelがリードしていることは注目すべき点です。一方、AMDはRyzenが複数のチップレットを採用しているにもかかわらず、よりモノリシックなアプローチを採用しています。
結論
では、これら全てはあなたにとって何を意味するのでしょうか？基本的には2つです。1つ目は、Intelのディスアグリゲーション戦略によってMeteor Lakeのようなチップにもたらされる複雑さと柔軟性の増大は、それらの説明がますます困難になることを意味します。第12世代CPUには、既にパフォーマンスコアと効率コア、ベースクロックとターボクロック、統合グラフィックコアなどが混在しています。近い将来、スペックシートはさらに目が回るようなものになるかもしれません。
今のところはまだSFの世界のようですが、2つ目の世界の方が興味深いです。サンドイッチや車を注文するのと同じように、誰か（企業？それともあなた？）がチップをオーダーメイドで注文できる世界は、非常に魅力的なビジョンです。チップオタクは、プログラマブルロジックやASICでさえ、数十年前から同様の機能を提供してきたことを認識しています。しかし、一般のマニアにとって、UCIeによって実現されるこのセミカスタムの未来は、PCプロセッサの製造方法を劇的に見直すことを意味するかもしれません。
