Snapdragon 835 を支える頭脳

スマートフォン内部の最後の 1 平方ミリメートルの空間には、スマートフォンを動作させるための電子機器が詰め込まれています。それでも、プロセッサ、メモリ、グラフィックス チップ、セルラー モデムなどのコア コンポーネントは、通常の切手ほどの大きさの単一チップ上に詰め込まれています。

これはエンジニアリングの恐るべき偉業であり、長年にわたる作業と計画の集大成です。すべてはどのようにしてまとまるのでしょうか?私たちは、市場で最も強力なスマートフォン システムオンチップ (SoC) である Qualcomm® Snapdragon™ 835 Mobile Platform の背後にあるエンジニアリング チームに、まれにアクセスして調査することができました。

Samsung などの企業が数か月ごとに主要な新しいスマートフォンをリリースするため、内部のコンポーネントは製図段階から製品化まで急速に移行すると思われるかもしれません。実際、Snapdragon 835 などの SoC は何年も前から計画されており、携帯電話メーカーが自社のスマートフォンがどのようなものになるのか最初の手がかりを得るよりずっと前に計画されています。

「通常起こることは、モデム、グラフィックス、ビデオ、メモリなどのチップのサブシステムがあり、それを何年も前から開始することです」とクアルコムの製品管理担当上級副社長、キース・クレシン氏は語った。 。 「市場のニーズに近づくにつれて、それらの異なるコアを使用するか、わずかに変更して、それらを統合してチップを製造します。」

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「1年未満では何もできません」とクレシン氏は付け加えた。 「すでにサブシステムが開発されていたとしても、それらをすべてまとめて統合してソフトウェアを実行するには、1 年以上かかります。したがって、これらのチップの計画を開始するのは数年後です。」

たとえそのような小さなシステムオンチップを1つでも製造するためにクアルコムが相談し、協力しなければならない企業のリストは気の遠くなるようなものだ。もちろん、通常 18 か月前に携帯電話に何を搭載するかを検討し始めるスマートフォン メーカーと、モバイル ネットワークもあります。さらに、実際にチップを製造する製造パートナー、バッテリーメーカー、画面や携帯電話内のその他すべての部品を製造する企業もあります。また、携帯電話のモデムが使用できる無線スペクトルの部分や、デバイスが放出できる熱の量を決定する国際規制当局の膨大なリストも忘れてはなりません。

「それ自体が大変な努力です」とクレシン氏は語った。 「それがなかったら、携帯電話を世界中に出荷するのは非常に困難だったでしょう。」

さらに、クアルコム内にはチームがあり、緊密に連携し、互いに競争する必要があります。 SoC のさまざまな部分にはそれぞれ専門のエンジニアリング チームがあり、その部分を可能な限り最高のものにするために全員が競い合っています。しかし、使用できるバッテリー電力が限られており、チップ自体のサイズに厳しい制限がある場合、SoC のどの部分を優先するかを誰かが決定する必要があります。

「すべてのテクノロジー製品マネージャーは、最高のグラフィックス、最高のビデオ、最低の遅延、最高の電力など、すべてが最高であることを望んでいます」とクレッシン氏は述べています。 「しかし、現実的なトレードオフを行う必要があります。チップの開発中に当社の主任エンジニアと協力してこれらのトレードオフを調整するのが、計画リーダーとプロジェクト マネージャーの仕事です。」

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Snapdragon 835 には妥協点がほとんどないというわけではありません。CPU には 8 つのコアがあり、前世代の 2 倍です。 4K ビデオを完璧な 60fps で再生できます。 Quick Charge 4 テクノロジーにより、5 分間の充電で 5 時間のバッテリー寿命を回復できます。そして 4G モデムは 1G ビット/秒でデータをダウンロードできるようになりました。これは、純粋なファイバー ブロードバンド接続ですら匹敵するのが難しい速度です。携帯電話機は大型化し続けているにもかかわらず、これらすべてを前世代よりも小さなパッケージで実現します。

携帯電話のサイズが成長し続けることを考えると、クアルコムにはより大型で強力なチップを製造する余裕はないのでしょうか?いいえ。第一に、端末メーカーが余分なスペースを自社で埋めたいと考えているため、第二に、チップが大きくなるとバッテリーの消耗が早くなり、バッテリー寿命が消費者にとって「最優先事項」であるためだと、クレッシン氏は述べています。

しかし、消費者は、マイクを常に動作させる必要がある音声アシスタントや、仮想現実ヘッドセット内でスマートフォンを使用できる機能などの機能も求めています。クアルコムは、より多くの電力とより長いバッテリー寿命という相反する要求のバランスをどのように取っているのでしょうか?クレッシン氏は「非常にきめ細かい熱管理が必要だ」と述べ、クアルコムがSoCの個々のコンポーネントとチップ全体に対して厳しい電力制限を設定していると説明した。

「チップに熱ストレスがかかるのは、4G 経由でファイルを転送し、Wi-Fi と Bluetooth を実行し、オンラインでゲームをプレイし、CPU と GPU にストレスを与え、マシンが動作することです。バックグラウンドで学習しています」とクレッシン氏は言いました。

「すべてのシステムが動的に最大値に達した場合、チップが過熱しないようにするためのスロットル メカニズムが存在します。ほとんどのモバイル デバイスは積極的に冷却されていません。そのため、チップが生成できる熱の量と、多くの場合皮膚の近くにあるデバイスの表面に熱が移動できる量について、非常に厳しい電力パラメーターがあります。私たちは常にその枠内に留まるようにする必要があります。」

一方、当然のことながら、2020 年以降のスマートフォンに搭載される SoC に関する作業はすでに進行中です。 835 は 10 ナノメートルのプロセス (ナノメートルは 10 億分の 1 メートル) をベースにしており、ロードマップによれば、2020 年までにプロセスは 5 ナノメートルにまで縮小される予定です。つまり、発熱と消費電力が少なく、さらに高速なプロセッサーが期待できるということです。

「チップ担当者として、私たちはここに座っており、3年から5年後の計画を立てています」とクレッシン氏は語った。 「その期間内では、個々のプロセスの縮小を通じて電力の利点と物理的なサイズの利点を引き続き得ることができます。 5年を超えると、それを見るのははるかに難しくなります。」

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