社説：iPhoneがモバイルシリコンの未来を牽引し、GoogleのPixelが牽引しない理由

来月発表される「A13」搭載のiPhone 11で何百万人もの人が新しいiPhoneに買い替えるでしょう。それは、信じられないほど洗練された先進的な新型シリコンがもたらす未来に、お金で投票するということです。Appleも他の企業も、あなたなしではこの未来を設計し、製造することは不可能です。GoogleのPixel Visual Coreの最近の歴史が、その理由を物語っています。

GoogleのPixel Visual Coreシリコンはまだ発売準備が整っていなかった

2年前、GoogleはPixel 2にPixel Visual Coreというカスタムチップを搭載すると発表した際、ファンの間で大きな興奮を呼び起こしました。これは、AppleのA12のような複数のプロセッサコアと専用コントローラーを統合した完全な「システムオンチップ」ではなく、市販のSnapdragonチップを補完するために設計された、プログラム可能な機能を備えた専用の画像信号プロセッサでした。

しかし、Pixel 2はPixel Visual Coreを実際に使用するためのサポートを一切提供せずに出荷されました。Googleは、将来的にPixel Visual Coreを「有効化」し、サードパーティがこれを利用して様々な興味深いことを実現できるようにすると発表し、さらに興奮を煽りました。

数か月経っても、Google 自身は Pixel Visual Core を最大限に活用するためにカメラ アプリを確実に高速化する方法を見つけられず、サードパーティは Pixel Visual Core を使って独自の HDR ショットを撮影することしかできず、Pixel 2 の購入者が期待していた魔法のような爆発には程遠い状況でした。

Pixel 2モデルがほとんど支持されなかったという事実は、Androidインストールベースのごくわずかな部分を特に狙った斬新なソフトウェアを開発する開発者への関心を失わせました。GoogleがPixel 3をリリースした後、ユーザーはPixel 2でPixel Visual Coreを活用し、カメラソフトウェアを動作させようと努力しましたが、結局はバグが多く、問題を抱えることになりました。

Pixel 3の販売が数ヶ月にわたってさらに悪化した後、GoogleはPixel 3aという廉価版を発表しましたが、Pixel 3aにはPixel Visual Coreハードウェアが全く搭載されていませんでした。つまり、Pixelのユーザーベースの大部分は、Pixel Visual Coreを搭載していないということです。この騒動は、カスタムチップに関する誇大宣伝がどれだけあっても、実際にその利用を促すような大きな市場が形成されない限り、何の意味もないことを示しています。

シリコンのユニークなビジネス

マイクロプロセッサの発明は数十年前、かつて牧歌的な果樹園で知られていたシリコンバレーで勃興しました。Appleの社名は、この関連性から直接生まれました。Apple Parkのデザインを発表した際、スティーブ・ジョブズはこのノスタルジックな過去に敬意を表し、新しいテクノロジーキャンパスには果樹の列を含む広大な緑地が設けられると述べました。

しかし、この象徴的な行為の外では、カリフォルニア州クパチーノやシリコンバレーの大部分は、ガラスと鋼鉄でできた様々なテクノロジー企業の本社ビルの間を高速道路が走るなど、車中心の開発で覆われています。アップルパークの予定地にも高速道路が横切っており、果樹の植え替えという目的よりもはるかに大きな影響を与えています。

シリコンバレーのかつての果樹園と農地は、果物よりもシリコンチップの商業的価値がはるかに高かったため、1980年代に急速に舗装されました。1970年代に商業的に登場し始めた半導体技術は、ますます小型化する電子部品の大量生産を驚異的な規模で可能にしました。

シリコン半導体製造では、何エーカーもの土地を覆う果樹園で食用果物をゆっくりと栽培する代わりに、目に見えないほど微細な電子列を並べ、機能的な計算エンジンと、それらが分類する電子を保管する貯蔵庫を並べました。チップの設計図は一度設計されれば、化学写真法を用いて大量生産することができ、比較的低コストで膨大な数の使用可能なチップを生産できます。

しかし、シリコンの進化を推進する技術、つまりチップをより小型、高速、そして高性能に設計する技術は、途方もなく高価です。継続的な技術向上を実現する唯一の方法は、この作業に資金を投じられる巨大な市場を開拓することです。Googleが新しいシリコンを開発し、開発者がそれを最大限に活用しようと集まるだろうと期待していたのは、全くの誤りでした。

アップル、シリコン、そしてスケール

Apple は、半導体チップを一般ユーザーに真の価値を提供できる消費者向け製品に変える手段として設立されました。その価値とは、エンターテイメント性、社会とのつながり、教育の向上を維持しながら、生産性を高め、創造性を解き放つことです。

Appleはチップメーカーとしてコンピューティング事業に参入したわけではありません。完成品のコンピュータのユーザーエクスペリエンスに重点を置き、チップの設計と製造は他社に委託しました。1984年、新型Macintoshは、モトローラが独自に設計したチップを搭載しました。しかし、Appleが将来の野心的な計画を既存のチップ設計で実現するのは不可能だと悟ったのは、1980年代末になってからでした。

Appleは、Newton MessagePadで構想したモバイルデバイスの未来を実現するため、1990年にAcorn社およびVLSI社と提携し、バッテリー駆動のモバイルデバイス向けに最適化された新しいARM6アーキテクチャを開発しました。1991年には、IBM社およびMotorola社と共同で、将来のMac向けに全く新しい「PC」クラスのプロセッサの開発を開始し、PowerPCとして提供されました。

これらの開発はいずれも最先端技術を劇的に進歩させましたが、どちらも当初の目的を達成するには至りませんでした。Appleの1990年代のNewtonタブレットは、高度なタブレット向けARMチップの継続的な開発を正当化するほどの販売台数を達成できませんでした。AppleのPowerPC Macも、Intelのx86チップを搭載した膨大な数のPCを牽引していた規模の経済性に匹敵することができませんでした。

Newtonが成功しなかった10年後、AppleはARMとの提携における保有株式を10億ドル以上で売却し、将来の新技術製品開発資金に充てました。Newtonは結局失敗に終わりましたが、ノキアなどの携帯電話メーカーが、数千万台のベーシックな携帯電話に搭載できるコスト効率の高い効率的なアーキテクチャとしてARMチップを採用したことが、ARMの価値を徐々に高めていきました。

スティーブ・ジョブズがNewtonの開発を中止してから3年後の2001年、Appleは膨大なデジタル音楽ライブラリを持ち運べる新しいデバイスとしてiPodを発表しました。このARMベースの新製品の驚異的な販売規模は、将来、より優れた、より魅力的なiPodを実現するために特別にカスタマイズされたARMチップの開発を後押ししました。

2005年、Appleも同様に業界標準のIntel x86チップをMacに採用しました。しかし、AppleがMacプラットフォームを携帯電話向けにスケールダウンすることを決定したとき、IntelはAppleの新製品が経済的に採算が取れるとは考えず、デスクトップ向けチップのモバイル版を維持するための費用を賄うこともできませんでした。iPhoneの発売にあたり、AppleはiPod向けARMチップを製造しているサプライヤーであるSamsungと提携しました。

数年後、AppleのiPhoneの成功を受け、IntelはAppleの次なる新製品カテゴリー、つまりAppleの小型Macプラットフォームをベースにした新型タブレット向けのチップ供給に強い関心を示しました。しかし、AppleはIntelのチップを採用するのではなく、独自にシリコン事業に参入する準備をしていました。

これには、PowerPCアーキテクチャをベースにしたPWRficientチップを販売するチップ設計会社PA Semiの2008年の買収を含む、一連の買収が含まれていました。シリコン設計チームを結成してからわずか数年で、AppleはSamsungと共同でA4というブランド名の新しい設計を開発し、新型iPadと第4世代iPhone 4の両方に採用されました。

Apple は、将来の開発を維持できるモバイル製品の大量市場を創出することで、シリコン設計の問題を解決しましたが、これが実現するまでには最終的に 10 年かかりました。

iPadとiPhoneの売上が急上昇するにつれ、自社技術を保有することでAppleは莫大なコスト削減を実現できるだけでなく、将来構想している製品を正確に製造するために、自社のシリコンを綿密に最適化できるようになることがますます明らかになった。Appleの販売台数が増えれば増えるほど、新しいカスタムシリコンを提供するコスト効率は向上した。

Apple、シリコンを沈黙させる

社内にシリコンチップ設計チームを保有していたことは、Appleの将来の方向性を秘密に保つ上でも役立った。もしIntel、Samsung、Dialogといったメーカーから既製品のチップを購入するだけであれば、Appleが何を提供できるかは比較的明らかだっただろう。Appleの競合他社もこれらのサプライヤーのロードマップを把握しており、実質的に同じ部品を調達できる。そのため、Appleが競合他社を出し抜いたり、市場を驚かせたりする可能性は大きく失われていた。

2010年代を通して、AppleはiPhoneやiPadの新型に搭載するAシリーズチップの新世代を次々と投入しました。これは莫大な投資でしたが、Appleが生み出した利益が業界全体を実質的に補助するのではなく、シリコンの未来に再投資されることを意味しました。

対照的に、Macに関しては、AppleがIntel x86チップを採用したことで、一般的にすべてのPCメーカーに利益をもたらす進歩が支えられてきました。Intelは、その利益をPCクローンメーカーの育成に直接投入し、Appleに対抗できる体制を整えてきました。特に、AppleのMacBook Airと競合できるノートブックを製造するためのIntelの定義である「UltraBook」において顕著です。もしAppleがiPadの提供にIntelのモバイルAtom x86チップを採用していたら、iOSと同じような「友敵」の関係になっていたでしょう。

プロセッサ以上のもの

その代わりに、AppleはARMプロセッサ設計のパフォーマンスをデバイスのニーズに合わせて緻密にカスタマイズすることに成功しました。しかし、PowerPCやIntel x86プロセッサとは異なり、AppleのAシリーズチップは単なるマイクロプロセッサではありません。「System on Chip」と呼ばれるAppleの最新スマートフォンに搭載されているA12 Bionicには、Apple独自のGPU、カメラや画像処理タスクに最適化されたカスタム設計のイメージシグナルプロセッサ、そして機械学習タスクを高速化するために特別に設計されたニューラルエンジンなど、専用のコプロセッサユニットも搭載されています。

さらに、AppleのA12 SoCには、同社が独自に設計した統合メモリコントローラ（IMC）が搭載されています。これはプロセッサへのデータの入出力を処理します。IMCは複数の処理ユニットを備えているため、ARM CPU、Apple GPU、ISP、Neural Engine間でメモリを共有する統合メモリアーキテクチャを構築します。

AppleのIMC設計により、大規模なデータセットを一般的なコンピューティング機能とGPUやNeural Engineで高速化できる特殊なタスク間で移動させる際に、異なるメモリストア間でデータをコピーする必要がなくなります。モバイルデバイスでは、個別のデータストア間のパスは、それら間で共有される統合メモリアーキテクチャよりもはるかに遅くなります。さらに、A12には、デスクトップコンピュータには当てはまらない、エネルギー効率などの他の考慮事項も最適化されています。

AppleのA12 SoCは、Face ID生体認証を含む機密性の高いデータを扱うための専用ストレージを備えたセキュアコンピューティングユニットであるSecure Enclaveを搭載している点でもユニークです。A12には、SSDへの書き込みを管理するApple独自のストレージコントローラや、HEVCを使用した高解像度ビデオのキャプチャと再生を高速化する暗号化およびメディアエンコーディングなど、その他のカスタム機能も搭載されています。

AppleのカスタムSoCは、iOSデバイス全体の高速化に留まらず、コンピューティングの特定領域に特化した機能も提供し、データ書き込みからカメラの最適化、画像キャプチャ、データプライバシーまで、幅広い機能を実現します。Appleは過去1年間、Aチップの多くの機能をMacに導入してきました。T2チップはA10チップの派生版で、Touch IDに対応するSecure Enclaveを搭載し、暗号化、画像処理、Touch Barなどの機能もサポートしています。

Appleのカスタムシリコンの統合設計

Apple は、サプライヤーから既製のチップを入手して、それを最大限に活用する方法を考え出すのではなく、セキュリティや画像処理機能に取り組むチーム、拡張現実、クリエイティブ向けプロアプリ、ゲームなどの取り組みなど、それぞれに特定のボトルネックがあり、パフォーマンスを阻害する可能性のあるグループからの継続的なフィードバックを受けて、設計チームがカスタム シリコンを事前に開発していることに気付きました。

昨年のArs Technicaとのインタビューで、Apple のマーケティング責任者 Phil Schiller 氏は、同社のシリコン設計者が他のグループと定期的に会合を持ち、彼らのニーズを将来のハードウェア設計にどのように取り入れることができるかを検討していると述べた。

「計画中ですが、もっと詳しい情報が必要です」とシラー氏は修辞的に述べた。「具体的に何をしたいのか、どのように機能させたいのか？ボトルネックは何か？最終的に精巧に構築されたシステムの一部となるシリコンの開発をどこから始められるのか？」

シラー氏はさらに、「こうした会議は週に複数回開かれています。年に一度、スケジュール調整のためだけに大規模な会合を開くようなものではありません。毎週、増え続ける議題について議論を重ねています。議題は限定されたものではなく、増え続けているのです」と付け加えた。

これらの具体化された目標は、Appleの新しいチップが発売される何年も前からその設計に影響を与えています。その結果、Appleは新しいチップが発売され次第、すぐに使えるよう、完全に実装されたハードウェアアクセラレーション機能を展開することができます。昨年、Appleの新しいカメラ機能、AR、そしてMemojiは、新しいiPhoneにすぐに搭載できる状態で出荷され、「アクティベート」を待つことなく使用できました。

Googleはメディアの好意的な報道が多かった一方で、Appleは長年にわたり全てのiPhoneにISP（インターネット・プロテクション・システム）を搭載してきました。ISPは実質的にカメラシステムの一部として機能し、ユーザーとサードパーティ製アプリの両方で機能します。新型iPhoneが登場するたびにISPはさらに進化し、より高画質の写真、より高いフレームレート、より優れた露出、そしてカメラアプリ内外での画像処理能力を向上させる様々な進化が実現しています。

Appleは、近々発表する新型iPhoneで、新しいカメラ機能、AR強化、メモリとストレージ、新しい処理能力、そして数億人のiPhone購入者によって推進されているシリコンの進歩によるその他の利点をサポートするカスタムシリコンにおける、この1年間の取り組みについて詳しく説明する予定だ。