ArmとApple Siliconの歴史と勝利

数十年前、Appleは自社製品とテクノロジー業界全体に革命をもたらす道を歩み始めました。Apple Siliconの始まりと、今後の展望をご紹介します。

アップルコンピュータは創業当初から、コア部品を他社製に依存してきました。Apple Iの心臓部にはMOSテクノロジー社の6502チップが搭載されていましたが、回路基板を含むその他のハードウェアの大部分は共同創業者のスティーブ・ウォズニアックが設計しました。

Appleは成長を続ける中で、多くの技術を発明し、特許を取得し続けましたが、マシンを動かす主要なチップであるCPUの供給は常に他社に依存していました。長年にわたり、Appleのチップサプライヤーはモトローラ、そして後にインテルでした。

振り返ってみると、Appleが様々なレベルで競合関係にあった企業とのこうした必要不可欠な関係は、共同創業者兼CEOのスティーブ・ジョブズが望んでいたものではなかったことは明らかです。Appleはモトローラやインテルのスケジュールに翻弄され、時には出荷の遅延に見舞われ、それがMacの売上を圧迫しました。

Apple Siliconへの序章

ジョブズが1997年にアップルに復帰する以前、アップルはAdvanced RISC Machines（後にArm Holdings PLCに改称）という会社にNewtonハンドヘルド用のチップを設計させていました。ジョブズはCEOに就任すると、PDAファンの激しい抗議にもかかわらず、すぐにこのデバイスを廃止しました。

幸運にも、ArmはiPodプロジェクトでAppleと再び協業する機会を得ました。このプロジェクトでは、リーダーのTony Fadell氏が高効率・低消費電力チップに特化したチップサプライヤーを探すなど、様々な課題に直面しました。2001年後半に発売された初代iPodには、デュアルArmプロセッサコアを搭載したPortplayer PP5502システムオンチップ（SOC）が搭載されていました。

数年後、Appleは初代iPhoneにサムスンが設計したArmベースのSOCチップを採用しました。AppleはArmの株式を取得し、同社との関係を深めました。

黒いタートルネックを着たスティーブ・ジョブズが、リンゴに似たロゴの一部が表示された背景でスマートフォンを提示している。

アップルの共同創業者スティーブ・ジョブズ

2000年代半ばになると、Appleのノートパソコンは、消費者が選ぶコンピュータとしてiMacを大きく凌駕し始めました。Palm Pilotのようなモバイルデバイスは、外出先での情報アクセスに新たなレベルをもたらし、iPhoneの登場はその欲求を確固たるものにしました。

Apple のノートパソコンは、最終的にはもっと電力効率の高いチップに移行する必要があることは今では明らかだが、当時はそうした研究が行われているのは Apple の秘密の「スカンクワークス」研究室の奥深くだけだった。

2005年6月、ジョブズはAppleのMac全ラインナップをIntelベースのチップに移行すると発表しました。MacはMotorolaのチップに遅れをとっていたため、売上は再び減少しました。

長年の顧客は、このような大きな移行の影響を懸念していましたが、Appleの舞台裏での努力は、Rosettaと呼ばれるエミュレーションソフトウェアによって報われました。これは、顧客の既存のPPCベースのプログラムを新しいマシンでもスムーズに動作させる重要な技術でした。

初期のいくつかのトラブルを除けば、大きな移行は順調に進み、顧客は再び Apple に期待を抱くようになりました。

この動きは、Appleのポータブルデバイスにスピード向上以上のものをもたらした。Intelチップの効率向上により、バッテリー寿命も向上した。新しいMacはWindowsをより効率的に実行できるようになり、両方のプラットフォームを必要とする、あるいは使いたいユーザーにとって大きな販売上のメリットとなった。

独立に向けて

振り返ってみると、ジョブズと彼の新しい経営陣は、他社への依存を最小限に抑えることでAppleを強化するという明確な計画を立てていました。長期的な目標はAppleが自社でチップを設計することであり、Armのアーキテクチャはその使命の鍵となりました。

iPhone発売からわずか1年後の2008年、Appleは自社製チップ製造計画の第一弾として、その具体化に着手した。同年4月、同社はパロアルトに拠点を置くチップ設計会社PA Semiconductorを2億7800万ドルで買収した。

その年の6月までに、ジョブズはAppleが独自のiPhoneとiPod用チップを設計すると公言しました。これはサムスンとインテルの両社にとって残念なニュースでした。

サムスンはAppleのチップ設計・製造業者としての役割を維持したいと考えていました。IntelはAppleに対し、iPhoneに自社の低消費電力Atomチップセットを採用するよう熱心に働きかけましたが、Appleが拒否したことに衝撃を受けました。

初期のiPhoneモデルは、Samsungが設計・製造したArmベースのチップを搭載していました。しかし、2010年にAppleが初の自社設計モバイルチップであるA4を発表したことで状況は変わりました。A4は初代iPad、そしてiPhone 4で初めて採用されました。

このチップは、第4世代のiPod Touchや第2世代のApple TVにも採用されました。チップの製造は引き続きサムスンに委託されていましたが、それも長くは続きませんでした。

翌年、Appleは台湾セミコンダクター・マニュファクチャリング・カンパニー（TSMC）にチップの独自製造を委託し始めました。Appleは現在もTSMCをチップ製造拠点として利用しており、一部のチップについてはTSMCの全生産能力を買収するケースも少なくありません。

Appleが自社製チップを採用する上で有利な2つの大きな要因は、制御性とカスタマイズ性です。これらが、QualcommやSamsungといった競合のモバイルチップに対してAppleに大きな優位性を与えています。

ArmのRISCテンプレートを使用することで、Appleは使用するチップの設計を完全に制御できるようになりました。つまり、例えば機械学習やAI処理能力を急速に向上させる必要がある場合など、Neural Engineなどのチップ機能を追加、変更、最適化することが可能になります。

第二に、Appleのチップは、モバイルデバイス、Mac、あるいはApple TVのような他の製品に搭載されているものであっても、使用されているソフトウェアやオペレーティングシステムと完全に調和しています。これは、Androidベースのデバイスメーカーのほとんどが競合できない要素です。

Googleは自社のPixelスマートフォンシリーズ向けに独自のチップ設計を開始したが、Samsungは現在、モバイルデバイスにQualcommのチップを採用しており、Samsung独自の機能に合わせてカスタマイズすることはできない。他のAndroidデバイスメーカーも同様だ。

だからこそ、Appleのチップは、ライバルのシステムがRAMやプロセッサコア数で勝り、その他の面で優位に立っているように見えても、通常はライバルのシステムに匹敵、あるいは凌駕するのです。Appleは、バッテリー寿命の最適化といったハードウェア機能とソフトウェアのイノベーションを、ほぼ他社の追随を許さないレベルで融合させています。

Apple Silicon Macへ

2012年には早くも、Appleが自社設計のArmベースチップをMacノートブックシリーズに導入する計画があるという噂が流れ始めました。iPhoneの成功を考えると、論理的な展開のように思えましたが、実現には何年もの専念したエンジニアリング作業が必要になるでしょう。

予告はなかったものの、そのような移行がすでに進行中であることが明らかになり始めました。

Apple Silicon向けApple開発者移行キット

AppleInsiderが2018年に報じたように、この時点ではほぼすべてのスマートフォン、そしてMicrosoftでさえもArmアーキテクチャを採用していました。噂されていたIntelからの移行は、皮肉なことに、2005年のIntel への移行と同じくらいスムーズに進むでしょう。

案の定、2019年、IntelはついにMacに自社のチップがもうすぐ必要なくなるという公式発表を受けました。この時点でAppleはiPhoneにA12チップを搭載しており、ベンチマークではデスクトップクラスのパフォーマンスを示していました。

2020年6月22日、Apple CEOのティム・クック氏はWWDCで、今後2年間かけてAppleが自社設計のApple Siliconチップに移行すると発表しました。クック氏は、移行を容易にする「Rosetta 2」を搭載するマシンでIntelベースのMacソフトウェアを実行できるようになることを強調しました。

大きな窓とテーブルのある部屋で、黒いシャツを着たティム・クックがノートパソコンを置いたテーブルに座り、手でジェスチャーをしている。

MacBook Proの前に立つApple CEOティム・クック

最初のM1 Mac（Mac mini、MacBook Pro 13インチ、そして13インチMacBook Air）は、同年11月に登場しました。Mac ProはM1世代を完全に飛び越え、最後の飛躍を遂げたマシンとなりました。そしてついに、昨年6月に新しいM2 Ultraチップを搭載してデビューしました。

発売が遅れたMac Proを除き、残りのMacシリーズは約束された2年以内にMクラスチップに移行しました。Armベースのテクノロジーへの移行に伴う「成長痛」は、過去の移行に比べればはるかに軽微でした。

ユーザーは M1 Apple Silicon Mac に非常に好意的な反応を示し、2020 年の Intel ベースのマシンと比較してこの製品ラインがもたらす速度とパワーの大幅な向上を称賛しました。Intel と AMD は追いつくために懸命に取り組んできましたが、消費者向けマシンに関しては、Apple Silicon が今や他のマシンを評価する新たなベンチマークとなっています。

Apple Siliconが競争力を維持する方法

M1以来、Appleファンは毎年のように2桁の性能向上が見られることに慣れてきました。最新のMクラスチップと後継機を比較する場合も、各バージョンを下位モデルと比較する場合も、そしてさらに新しいバージョンが登場するたびに、その差は歴然としています。

永遠に続くわけではありませんが、Apple が自社のハードウェアに完璧にカスタマイズされたチップを設計する能力は、大きな利点であることが証明されています。

これは、Appleのチップ設計者がより注力すべき領域に注力できることを意味します。そして、6月にはその詳細が明らかになるでしょう。Appleは間違いなく、機械学習とAI技術のさらなる活用に対応するため、次世代チップにおいて既存のニューラルエンジンの速度、演算能力、そして複雑さを拡張していくでしょう。

以前、AppleのMacBookシリーズは、バッテリー駆動でも電源駆動でも、同じ高速動作を維持できることを指摘しました。ほとんどのノートパソコンは、電源に接続した状態でのみ最高速度で動作し、ファンがうるさく回ります。

CPU および GPU コア数、トランジスタ数、M1 および M2 チップとの比較などのパフォーマンス統計を示す M3 チップのグラフィック表現。

新しいMacBook AirのYouTubeレビューでは、Photoshop、Lightroom、Final Cut Proといった「プロ向け」アプリでさえ、ファンレスでありながら軽度から中程度の作業であれば問題なく動作することに驚きの声を上げています。これは2年前でさえ、レビュー担当者にとってほとんど考えられないことでした。

完全に成功したわけではないものの、追いつくために英雄的な努力をしてきた他のチップメーカーにも敬意を表すべきだろう。例えば、クアルコムはiPhone 15 ProとPro Maxに搭載されているA17 Proに対抗することを目指したSnapdragon 8 Gen 3を発表した。

5G 接続、AI アクセラレーションの向上、バッテリー寿命、ビデオ会議、セキュリティ強化などの Qualcomm Snapdragon 8cx Gen 3 機能のグラフィカルなプレゼンテーション。

A17 ProとM3の現在の最も近い競合は、QualcommのSnapdragon 8 Gen 3です。

これは良いことですが、秋に発売されるiPhone 16には、今や恒例となった2桁のパフォーマンス向上が続くであろう新チップが搭載されるでしょう。特に、M3のGPU性能は、わずか3年でM1から50%向上していることは注目に値します。

Apple のもう一つの大きな利点は、特にポータブルデバイスにおいて、世界最長のバッテリー寿命につながるエネルギー効率です。

Snapdragon 8 Gen 3は、Appleのアプローチと同様に、パフォーマンスコアと効率コアを組み合わせた7つのCPUコアを搭載しています。Snapdragon 8 Gen 3のグラフィックスは、Adreno 750 GPUによって処理されます。

Snapdragonチップは前世代機から驚くほど進化しました。しかし、発売後のベンチマークテストでは、Qualcommのいわゆる「Apple打倒」チップは期待に応えきれていません。

iPhone 15 ProとSnapdragon 8 Gen 3搭載スマートフォンのGeekbenchベンチマーク結果

Nubia Red Magic 9 Pro、ASUS ROG Phone 8 Pro、Samsung Galaxy S24 Ultraといった新デバイスのGeekbenchシングルコアおよびマルチコアテストの結果は、シングルコアおよびマルチコア処理性能においてA17 Proに迫る結果となりました。ただし、「近い」だけでは十分ではありません。

未来はとても明るい

チップの性能を向上させるために、膨大な電力を投入するのは簡単です。Intel、AMD、そして今ではQualcommの最高級コンシューマー向けデスクトップおよびラップトップ向けチップでさえ、Apple Siliconと同等の消費電力で互角に戦えないというのは、いまだに驚くべきことです。

M3 は通常、シングルコアテストではそれらすべてを上回っており、Apple の現在のチップは AI および機械学習のベンチマークですでに Samsung および Qualcomm の現在のチップに非常に近い 3 位に位置しています。

ベースM1、M2、M3モデルのシングルコアおよびマルチコアテストにおけるGeekbenchスコアの変化

これらはすべて、A18 ProとM4チップに期待されるAI/機械学習の大幅な強化以前の話です。繰り返しになりますが、Appleはこれらすべてを実現しながら、スマートフォンやノートパソコンのユーザーにとって極めて重要な、はるかに優れたバッテリー駆動時間を実現しています。そして、ほぼすべてのケースにおいて、バッテリー駆動時と同等のパフォーマンスをバッテリーでも実現しています。

確かに、Appleのオールインワンチップ設計には、一部のユーザーにとって弱点があります。RAMとオンボードGPUは後からアップグレードできず、チップ自体も特定のマシン内でアップグレードできるように設計されていません。これらは、Appleには提供できない、他のコンピュータメーカーならではの強みです。

Appleは、eGPUやその他のPCIグラフィックスオプションをMac Proタワーに統合する方法についても、あまり関心がないようです。最近の専用デスクトップの売上低迷を考えると、Appleにとって優先度は高くないのでしょうが、本当に必要としている人にとっては痛手です。

Appleは最近、M3世代にレイトレーシングやメッシュシェーディングといったグラフィック機能を追加しました。これにより、Appleデバイスと専用グラフィックカードを搭載したPCとの差はいくらか縮まりました。

M4のご紹介

Appleが「機械学習」と呼び、業界全体が「AI」と略すものへの業界の移行を考えると、今後登場するM4チップは、この分野での追い上げとなる可能性が高い。Appleの次世代チップはWWDCで発表され、秋以降に新型Macに搭載される見込みだ。

M4はM3の単なる改良版ではなく、より大型のニューラルエンジンと様々なAI機能強化に対応するために再設計されると予想されています。前世代と同様に、M4には少なくとも3つのバリエーションが用意される予定です。

Mac miniやエントリーレベルのMacBook Airなどの製品に搭載されているベースモデルのM4は、コードネーム「Donan」で呼ばれています。M4 Proは現在コードネーム「Brava」で呼ばれており、MacBookやMac miniのアップデートされたハイエンドモデルに搭載される予定です。

次期Mac StudioにはM4 Maxが採用される可能性が高く、Mac Proは最終的に改良され、コードネーム「Hidra」のM4 Ultraと呼ばれるモデルに搭載される予定です。M4ファミリーは、依然として3nmプロセスで製造されると予想されていますが、「AI」アップグレードの一環として処理能力が大幅に向上する兆候が見られます。