今後数年間で数十億台のスマートデバイスが世界中に増えることが予想される中、24時間365日接続されるIoTデバイスを実現するためには、エネルギー効率が非常に重要です。これまで、ほとんどのIoT設計は40nm以上のジオメトリで実装されてきましたが、今日、多くのArmパートナーがこれらの成熟したテクノロジーから22nmに移行しています。
なぜ22nmプロセスがIoTにとって魅力的な選択肢なのか？IoT設計の測定において、生の性能は適切な尺度ではないことを念頭に置けば、40nmあるいはそれ以上のプロセス・ノードから22nmに移行することには、明らかに性能上の利点がある。その代わりに、最適な尺度は、与えられた計算タスクに対するエネルギーである。22nmが輝くのはこの点である。
ライジング・スター：22nmの超低消費電力と超低リーク電流
TSMCの22nm技術は、業界をリードする28nmプロセスに基づいて開発されたもので、性能、消費電力、面積のスケーリングを必要とする幅広いアプリケーションに適したファウンドリ・ソリューションです。TSMCの28nmプロセス・テクノロジは、高性能と低消費電力の利点に加え、28nm設計エコシステムとのシームレスな統合により、市場投入までの時間を短縮することができます。これにより、製品はより高い性能を実現し、エネルギー使用量を削減し、何年にもわたって環境に優しい状態を維持できるようになりました。
TSMCの22nm超低消費電力（22ULP）および22nm超低リーク（22ULL）技術は、28nm技術から派生したものです。28nm 高性能コンパクト（28HPC）技術と比較して、22ULP 技術は電力削減と速度向上を大幅に改善します。これらは、ノートパソコンやデジタルTV（DTV）など、特定のモバイル・アプリケーションやコンシューマー・アプリケーションで一般的に必要とされる機能です。新しいULLデバイスとULL SRAM（スタティック・ランダム・アクセス・メモリ）は、IoTやウェアラブルの設計に不可欠な大幅な電力削減を実現します。
SoC設計者は製品に応じて、性能重視の22ULPプロセスか、低消費電力でIoTに特化した22ULプロセスかを選択できる。アームは、TSMCの12種類のビットセルをベースに、22ULおよび22ULP向けにTSMC協賛の15種類のSRAM/RFコンパイラを作成しており、さらに多くのコンパイラを計画している。22UL向けのコンパイラは、低漏洩および低電力要件に最適化されており、いくつかの省電力機能を提供する。設計者は22ULLで設計する際、性能重視のGLビットセル・ファミリーと低消費電力のULLビットセル・ファミリーのいずれかを選択できる。22ULPコンパイラーはGLビットセルをベースにしています。
TSMC 22ULLとArm IoTソリューションで設計されたAmbiq
TSMC 22ULLは、所定の計算タスクに必要なエネルギーが50%を大幅に下回るため、IoTアプリケーションに最適な技術です。ワイヤレス接続とスマート・センシング技術の大手ライセンサーであるAmbiqは、TSMC 22ULL 技術とArm IoTソリューションを、同社の最新製品ポートフォリオであるApollo4 SoCファミリーに搭載しました。Apollo4 SoCファミリーは、インテリジェントなエッジIoTデバイスを実現する超低消費電力SoCの新たな基準を設定し、あらゆるバッテリー駆動のエッジデバイス向けに、システム機能の向上と消費電力の削減という完璧な組み合わせを提供します。
Apollo4 SoCファミリーは、TSMC 22ULプロセス、浮動小数点ユニット（FPU）付き32ビットArm®Cortex®-M4コア、およびArtisanフィジカルIPを利用し、MRAMから実行する比類のない低消費電力スリープモードを実現します。Ambiqの超低消費電力ダイナミック・パフォーマンス・スケーリング技術であるAmbiqturboSPOT ®により、クロック周波数は最大192MHzに達します。AmbiqのSPOT®プラットフォーム上に構築され、CPUとメモリを高い周波数で動作させる高周波数（HP）動作モードを可能にします。高速化された2/2.5Dグラフィックス、MIPI DSI、最大640×480、32ビットカラー、常時オンボイスコマンドアプリケーション向けの超低消費電力アナログマイクをサポートするApollo4 SoCファミリーは、スマートウォッチ、フィットネスバンド、リモートコントロール、予測健康・メンテナンスツール、スマート家電など、バッテリー駆動のエッジデバイス向けのアプリケーションプロセッサとコプロセッサの両方の役割を果たすよう設計されています。
新たなレベルの柔軟性
TSMC 22ULLとArm IoT製品は、新たなレベルの柔軟性を提供し、メーカーは幅広いアプリケーションを設計できる。しかし、柔軟性はそれだけにとどまらない。SoC設計者は、複数のペリフェラル・オプションに対応する多種多様なロジック・デバイスを使用することで、TSMC 22nmプロセスを使用して、GHz帯の性能重視設計や100MHz未満の超低消費電力設計を行うことができます。下図は、GLビットセルを使用した22ULP、GLビットセルを使用した22UL、ULLビットセルを使用した22ULについて、高密度ビットセルを使用したコンパイラの電力性能範囲を示しています。これら3つのコンパイラには、それぞれ3つの周辺オプションもあります。
このTSMC 22nmプロセスの柔軟性とArm ArtisanフィジカルIPを組み合わせることで、Cortex-M4を搭載した低消費電力のAmbiq Apollo4 SoCなど、幅広いIoTアプリケーションを実現できます。Cortex-M55や Ethos-U55などの新しいArmコアを利用する設計では、要求の厳しいエッジAIアプリケーションでさらに大きなメリットを得ることができます。
現在、100社以上の顧客がTSMC 22nmプロセスでArmフィジカルIPを積極的に使用している。Armの目標は、パートナーの成功を支援することです。フィジカルIPおよびPOP IP設計のニーズについては、今すぐArmにお問い合わせください。
