｢Mac Studio｣でデビューしたアップルの謎の半導体｢M1 Ultra｣を深掘りする - Business Insider Japan

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アップルは3月9日未明、クリエイター向けデスクトップ｢Mac Studio｣を発表した。

出典：アップル

アップルが2022年春の新商品を発表した。多くの人にとっては｢iPhone SE｣の新機種が気になるところかもしれないが、最も大きな｢新機軸｣だったのはMacだ。

新機種となる｢Mac Studio｣では、アップルとして最も高速なCPUとなる｢M1 Ultra｣が搭載された。

プロが求めるハイエンドなデスクトップを目指し、2021年秋に発売したプロ向けノートPCである｢MacBook Pro｣の上位モデルに搭載した｢M1 Max｣を超える性能を実現している。

M1 Ultraはどの辺が｢ウルトラなつくり｣になっているのだろうか？

M1 Maxを｢2つ使って性能を出す｣力わざ

アップル・ハードウエアテクノロジー担当シニアバイスプレジデントのジョニー・スルージ氏は、2021年秋からずっと隠していた｢M1 Maxの秘密｣を明かした。

出典：アップル

｢M1 Maxを発表した段階で、1つ明かさなかった秘密がある｣

アップルでプロセッサー関連技術の責任者を務める、ハードウェアテクノロジー担当シニアバイスプレジデントのジョニー・スルージ（Johny Srouji）氏は、発表会の映像の中でそう語りかけた。

彼らが隠していた秘密とは、M1 Maxよりも性能の高いプロセッサーである｢M1 Ultra｣をつくるための方法だった。

デスクトップ型Mac｢Mac Studio｣向けのプロセッサーである｢M1 Ultra｣。アップルは｢史上最もパワフルなプロセッサー｣だという。

出典：アップル

M1 Ultraの秘密は、アップルが公開した写真を見るとすぐにわかる。M1 Maxを並べて2つ使っているのだ。

これによって、CPUコアもGPUコアも、映像の圧縮に使う専用コアも、数がすべて倍になる。

左から、M1・M1 Pro・M1 Max、そしてM1 Ultra。UltraがM1 Maxを縦に並べたものであるのがよくわかる。

出典：アップル

｢2つプロセッサーを並べるだけならカンタンなのでは｣

と思いがちだが、実はそうでもない。

同じマザーボードの上に複数のCPUを搭載し、処理を振り分けながら高性能化するアプローチは、性能重視のPCやサーバーで一般的に使われている。

だが、このパターンでは処理の際に2つのCPUの間をデータが行き交うことになるので、効率的な設計が難しい。交通整理のために消費電力が上昇し、処理速度も思ったほどは上がらない。

マザーボード上に単純にプロセッサーを並べただけでは、性能の点でも消費電力の点でも不利な要素が多い。

出典：アップル

かといって、1つのプロセッサーをどんどん巨大にして性能を上げていけるか、というと、これも難しい。

現実問題として、既存のM1 Max自体が巨大なプロセッサーだから、単純に規模を大きくして、より大きな半導体を作るのは、製造技術的にもコスト的にも無理がある。

スルージSVPは、｢M1 Maxよりも大きなプロセッサーをつくるのは難しい｣と話す。

出典：アップル

そこでアップルは、2つのチップを並べて使いつつも、効率を落とさないテクノロジーを導入した。それが｢UltraFusion｣という仕組みだ。

M1 Maxに搭載済みだった｢高性能化への布石｣

M1 Ultra＝2つのM1 Maxの中央に見える｢継ぎ目｣のような部分がUltraFusionだ。

出典：アップル

UltraFusionはプロセッサーを構成する半導体チップ（ダイ）同士をつなぐ｢インターコネクト｣と呼ばれる伝送技術だ。

前出のように、2つのプロセッサーをつなげて使う場合には、相互のプロセッサー同士でデータがやりとりできる｢道｣が必要だ。そして、この道はとても混雑しやすい。

UltraFusionは、それをある種の力技で解決している。簡単にいえば、｢圧倒的に広くて短い道なら渋滞しにくい｣ということ。

配線は短いほど速度面でも消費電力の面でも有利になる。｢同じパッケージ｣の中に入れてしまう前提で設計することで、最短に近い距離で｢広い専用道｣をつくってしまう、というのがUltraFusionだ。

UltraFusionでは1万以上の信号線を接続し、2つのダイの間での通信帯域は｢2.5TB/秒｣。この速度は、M1 Maxとメインメモリーの間をつなぐ経路（400GB/秒）の6倍以上、M1 Ultraのメモリー帯域（800GB/秒）の4倍に達する。

UltraFusionの帯域は｢2.5TB/秒｣。低遅延であり、つながったプロセッサーを使っても動作が遅くならないようつくられている。

出典：アップル

ただ、それを実現する方法がかなり特殊だ。

あらかじめ組み合わせて使う前提で｢発表済みのM1 Maxに、最初からもう1つM1 Maxをつなぐことを前提とした機能を入れておいた｣という。

これが、スルージ氏のいう｢M1 Maxの秘密｣だ。

組み込まれていたのは、2つのM1 Maxをつなぐ仕組みだけではない。

2つのプロセッサーがあると、ソフト的には開発が面倒になる。そこでM1 Ultraは、2つ並んだプロセッサーが｢ソフトからみると1つに見える｣仕組みを導入している。

M1 Maxに、自分自身が搭載しているCPUやGPUだけでなく、｢UltraFusionでつながったもう1つのM1 Maxの中のCPUやGPU｣をコントロールする機能を載せていたのだ。

ソフトはそこにアクセスすることで、2つのプロセッサーに搭載されたCPUコア・GPUコアを｢1つのプロセッサーに搭載されたもの｣として動作するようになっていたわけだ。

M1 Maxは最大10のCPUコアを搭載しているが、M1 Ultraは10＋10、20のCPUコアを搭載した｢1つのプロセッサー｣として働く。

出典：アップル

M1からM1 Pro、M1 MaxからM1 Ultraへの流れは非常に一貫性が強い。M1開発の当初から、｢エントリー向け｣｢プロ向けノート｣｢ハイパワーデスクトップ｣というエリアを分け、そこにうまくはまる設計と構造を組み立てているわけで、まさに｢深謀遠慮｣だ。

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