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» 2007年05月01日 00時00分 公開

16ビットプロセッサは生き残れるか (4/4)

[Robert Cravotta,EDN]
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苦境からの脱出

 低コスト、低消費電力であるということは、8ビットプロセッサが備える大きな差異化要因である。当然のことながら、設計チームが16ビットから32ビットに設計を移行するときのトレードオフを検討する際には、これと同じことが16ビットプロセッサにも言える。一般に16ビットプロセッサをターゲットとする設計のほうが、32ビットプロセッサをターゲットとする設計に比べると使えるメモリー容量が少ない。システム全体を見れば、16ビットコアと32ビットコアのチップサイズ上の差はなくなってきてはいるものの、それぞれのコアの付近に配置できるメモリーの容量によって、これらのプロセッサの価格をどれほど近づけられるかが決まってくる。

 多くの組み込みシステムでは、特に下位アーキテクチャのプロセッサを使った場合、スリープ/スタンバイモードを利用して消費電力を抑えられる可能性が高い。ただし、16ビットプロセッサと32ビットプロセッサの価格差を吸収するために、微細化でチップ面積を縮小しても、リーク電流が増えるとその効果が打ち消されてしまう。クロックゲーティング技術を用いても、リーク電流の問題を解決することはできない。この問題を解決する唯一の方法は、低速だがリーク電流の少ないトランジスタを使うか、完全にシャットダウンして必要なときだけ回路に電力を供給できるようにするかだが、そうすると32ビットプロセッサは一層複雑になり、コストも高くつく。8ビットプロセッサで16ビット演算を実行するときのように、データサイズとプロセッサのデータ幅が合っていないと、コアが実行できる全体的な処理量と、それらのタスクを実行するために必要となる電力量にも大きな影響が出る。

 16ビットプロセッサ市場には8ビットプロセッサの「8051」や32ビットプロセッサのARMコアに相当する代表的なプロセッサが存在しない。このことが、16ビットアーキテクチャはいずれ市場から消えてなくなるという仮説を後押しするもう1つの理由となっている。しかし、この事実はさして重要ではない。16ビットプロセッサは32ビットプロセッサの攻勢から逃れ、特定用途向けに十分に最適化された状態で生き残ることができるはずだ。問題は、それがどのような用途であるかということだろう。

 現在では自動車/産業制御の用途が最新の16ビットプロセッサの主要な市場になっている。ほかに16ビットプロセッサが得意とする分野となるのは、消費電力を抑えると同時に、8ビットプロセッサが不得意とする大量のデータ処理やペリフェラルタスク制御が必要とされる用途である。例えば、電気、水道、ガスの使用量を測定するメーターや、レストラン、小売店で使われるPOS端末などの携帯機器がこれに含まれる。

 近年では数多くの半導体メーカーがDSC(digital-signal controller)と呼ばれるハイブリッドプロセッサを製造するようになった。これらのチップは、DSPとマイクロコントローラの特徴を1つの命令ストリームで実現する。通常、DSCは休むことなく演算ユニットに命令を送り続け、高速コンテキストスイッチによって周辺機能を制御することができる。また、これらのチップには、演算ユニットがアイドル状態に陥ることを避けるための自律的なペリフェラル制御機能が組み込まれていることが多い。そしてこれらのチップのほとんどに16ビットアーキテクチャが採用されている。

 16ビットプロセッサとDSCが適している新しい用途としては、家庭用の携帯型医療器具や携帯型監視機器、インテリジェントビル向けの分散監視/制御機器などが挙げられる。これらの用途の大半は、無線/有線のネットワーク機能を必要とする。8ビットプロセッサの場合と同じように、16ビットプロセッサの終えんを予測している人々が前言を撤回するかどうかは、もうしばらくたってみないと分からない。

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