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テクノロジー事業へ向けたOutputブログ (たまにabc!?)

【テック投資】Armの戦略と半導体のIPとLSIを、理解しよう!

おはようございます🌞
メッチョ半導体です!
半導体事業を見据え、勉強した事をOutputしています。

 

今回は、

【テック投資】Armの戦略と半導体のIPとLSIを、理解しよう!

Arm ロードマップ

 

『まずは通信のIP』
「IPとIPアドレスの違い(通信)」

1.通信IPとは!?
・データの送受信について、規格したルール。
・IP正式名称、Internet Protocol。
・IPのルールに基づき、通信が行われている。

2.TCP/IPの役割
・IPだけが通信プロトコルでは、ない。
・IPとTCP、セットで通信が行われる。
TCP→Transmission Control Protocol

IPアドレス
…ネットワーク上にある機器を識別する為に、割り当てられた「インターネット上の住所」(の様なもの)。

・IP
…IPとは通信を行う際の、プロトコルの事。通信IP内に「IPパケット」があり、「IPパケット」の中の「IPヘッド」内に上記インターネット住所にあたる「IPアドレス」情報が収められている。

 

半導体におけるIP』

と、上記のIP説明これは通信ネットワークにおける『IP』の事。半導体分野における『IP』とは、「Intellectual Property」の略で、知的財産の事。「マクロ」とも呼ばれ、MPU(マイクロプロセッサ)やメモリ等の設計に欠かせない『設計データ』の事。この設計データ全般の知的財産が半導体における『IP』にあたる。

 

つまり、半導体におけるArm IPとは…Arm仕様のCPU仕様書やCPU設計図の事。

 

msyksphinz.hatenablog.com

 

『マイクロプロセッサ(MPU)とは!?』

MPUとは、要は半導体そのものの事。
CPU実行に必要な算術回路、論理回路、制御回路を含む電子デバイスの事。

MPU半導体全般の事を指す

・CPU=半導体の中にある演算装置・制御装置の事

CPUとMPUって何が違うの?(初心者向け)

 

半導体のメモリとは!?』
半導体の回路を電子的に制御して、データを一時的に記憶・保存する半導体回路装置の事。

 

半導体のメモリに関しては、こちらのメッチョ半導体ブログで。

handoutai.hatenablog.com

 

『Armのビジネスモデル』

Armはマイクロプロセッサ(MPU)やCPU、メモリ等の設計・開発に必要な「設計データ」を研究・開発・改良を行い、販売を行う『IPベンダー』。販売先(GoogleAppleAmazonルネサスエレクトロニクスNVIDIA等)へArm仕様のCPU仕様書やCPU設計図を販売し、ライセンス収入とロイヤリティ収入を得るビジネスモデル。

 

Arm

 

【IPベンダーの意義】

テクノロジー業界は、常に新しい商品を如何に早く市場へ投入出来るかが市場競争力に繋がる重要なポイント。Armの様にIPに特化した企業がIP(半導体の設計データ)の研究開発を行い、IPライセンスを販売する事で、半導体全体の工程の分業化が可能になり、「作業の効率化」「時間の短縮」を図る事が出来る。「互換性」「信頼性」もIPプロバイダー側(Arm側)で確認済みの為、新製品の設計における不具合リスクを低減する事も出来る。

 

IPプロバイダーとは!?

semicon.jfe-shoji-ele.co.jp

 

LSIとは!?】

■システムLSI(SoC)
様々な半導体コアを、1つのチップに集積した高性能半導体の事。

■システムLSI(SoC)
1つのチップ(半導体)の上に様々な半導体コアを搭載した高性能半導体
半導体のPKG(パッケージ)を剥がすと、チップの上には...

CPUコア、メモリ、GPUトランジスタDRAM様々な機能が集積されている。

システムLSI(SoC)は超高性能の為、LSI1つでその製品、システムの中枢を担う事が出来る。

有名なのはAppleの『M1』
→1個の半導体チップ上に...
・CPU
GPU

DRAM、メモリ
トランジスタ
ダイオード

等の様々な機能を実装している。

www.youtube.com

機能が複雑で高性能。その製品専用のLSI(SoC)半導体を作る。


・例:Macbook Air専用 システムLSI(SoC)
・例:Macbook Pro専用 システムLSI(SoC)

 

システムLSI(SoC)は開発に多くの時間と費用がかかる為、大きな需要が容易に予測できる”人気製品”でないと中々開発しにくい半導体ArmはこのシステムLSI(SoC)の設計も行っている。

 

LSIの種類』
通信制御系LSIスマホ、携帯電話用LSI
・電源系LSIデジタル家電ほぼ全てに採用
・音響系LSI…スピーカー等、立体的な音の調整が得意なLSI
・画像処理用LSI…液晶、ディスプレイ用のLSI
・センサー系LSI…温度、電波等の処理が得意なLSI
人工知能LSI…AI用、高速で自由度が高いLSI
・モーター制御系LSI…モーター制御が得意なLSI
・情報制御系LSI…車間距離や障害物の感知が得意なLSI

これがLSI(SoC)。LSIの中に「CPU」「GPU」「メモリ」「DRAM」等の様々な機能が集積、実装された高性能半導体チップの事。

 

www.seamos.co.jp

 

【Armの戦略】

www.youtube.com

『Armの強み』
スマホCPUで世界シェア99%以上
・小型、低電力で高性能なCPU
・世界中に広がるArmネットワーク

 

『Armが得意な分野・CPU』
・AI.ML…AI、機械学習系CPUの開発・設計
・Automotive…自動運転系CPUの開発・設計
EDA半導体設計用ソフトウェアCPUの開発・設計
・IOT…電化製品系CPUの開発・設計
・IC.LSI集積回路系CPU(超高性能)の開発・設計

Arm ロードマップ

 

こうした分野別のIPを開発・設計し、半導体企業IDMファブレス企業へライセンスを販売。

 

Arm戦略としては...

①.スマホCPUシェア99%以上の維持・拡大

②.クラウド・自動運転・IOT・EDALSI分野等のCPU開発での更なるシェア拡大

③.世界中に広がる強固なArmネットワークの更なる強化・拡大   ...等が挙げられる。

Arm ネットワーク

Arm CPU 各分野シェア

IDM

IDM…開発・設計・販売を全て行う一気通貫型の半導体企業
Intel
Samsung

diamond.jp

 

ファブレス

ファブレス…工場を持たない開発・設計に特化した半導体企業

・Arm

NVIDIA
Apple

tensyoku-bias.com

 

 

 


Arm ML(機械学習)用IP

pc.watch.impress.co.jp

 


【メッチョ所見】
Armの補強・補完が目的の半導体ベンチャー設立は、IP設計段階で重要になってくるEDA(半導体設計用ソフトウェア)分野の強化の可能性がやはり高そう。あとは以前も触れた、特許や法律面の強化でのArm保護。今回は、単純なエンジニアの囲い込みは??...どのみち長期戦・長期的視野に立った戦略の筈。投資スキルはそこそこ上がっているので、(そう遠くない)後々の半導体事業の為にも、エンジニア的勉強あるのみ!!

今回は、以上です!!

 

#SBG系 #投資
#半導体 #経営経済 #AI・AGI
#ESG強化 #NAVディスカウント解消

 

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【テック投資】グラフィックボード(GPU)を、理解しよう!

おはようございます🌞
メッチョ半導体です!
半導体事業を見据え、勉強した事をOutputしています。

 

今回は、

【テック投資】グラフィックボード(GPU)を、理解しよう!

 

 

グラフィックボード.1



 

 

まずは、基礎おさらい。

 

 

『CPUとGPUの違い』

Armが得意なCPU…
プログラムを動かす為にデータを計算したり、メモリやハードディスクに命令を出す半導体の中心部にある部品の事。計算・命令・制御等の複雑な処理をこなす。パソコンやスマホ等の電子機器の処理能力に大きく関わる為、『コンピューターの頭脳』と呼ばれている。

 

CPU=中央処理装置と呼ぶ
正式名称は『Central Processing Unit』

 

 

 

NVIDIAが得意なGPU
画像処理が得意な半導体。3Dゲームや動画編集・グラフィック等を扱うタスクに用いられる。大量のデータを並列に処理する事が得意。AI処理も大量のデータを処理する必要がある事から最近はCPUだけでなく、GPUも使われている。

 

 

GPU=画像処理装置と呼ぶ。
正式名称は『Graphics Processing Unit』

 

 

プログラミングに例えると...
if文の処理が得意➤CPU
※if文 もし~なら○○

for分の処理が得意➤GPU
※for文 繰り返し処理

 

 

 

NVIDIAってどんな企業!?】

NVIDIA』 (Fabless)


GPUGPU世界シェアは脅威の92%越え

 

主要事業はGPUの開発・設計。Arm同様、工場を持たないファブレス企業。GPU世界シェアは脅威の92%超え。株価も、ここ10年で100倍以上に急上昇。現在の時価総額は、約2.19兆ドル。日本円にすると300兆円超え。GPUはゲーム等の高度な画像処理に重要な半導体コア。並列且つ高速にデータを処理する事が得意。AI分野でも大量のデータを処理する必要性がある事から、CPUと同時にGPUが用いられる事も多くなってきている。近年のAIブームも最近のNVIDIA株好調を後押ししている。

NVIDIA 株価

NVIDIA Corp (NVDA) Stock Price & News - Google Finance

NVIDIA YouTube

www.youtube.com

NVIDIA HP

人工知能コンピューティングで世界をリードする - NVIDIA

 

 


【グラフィックボード(ビデオカード)とは!?】

グラフィックボード.2

 

『グラフィックボード概要』
・PCとGPU接続するパーツ。
・グラフィックボードの中にGPUが搭載されている。
・グラフィックボードとビデオカードは一緒、同じ物。
・グラフィックボードの略称はグラボ。ざっくりGPUと呼ばれる事もある。
・グラフィックボードは画像、映像処理に特化したパーツ。
・パソコンの映像を画面に綺麗に映し出す事がグラフィックボードの役目。

 

 

『グラフィック処理とは!?』
CPUでの様々な処理の結果を、ディスプレイに表示する事をグラフィック処理と呼ぶ。このグラフィック処理が得意なのが、グラフィックボード。GPUが搭載されている為、グラフィックボードをGPUと呼ぶ事もある。

 

 

『グラフィックボード主な構成部品』


GPU (グラフィックボードの頭脳)
・VRAM (メモリ)
・ファン (冷却用)
・入出力端子

 

 

『ダイ』
GPUの中に「ダイ」というコア入っている。
GPUのコア部分
・画像、映像データの処理を行う。
・ダイが多い程、高性能なGPUになる。

 

 

GPUコアの種類』
「CUDAコア」
NVIDIAが開発しているGPUコア

 

「SPコア」
AMDが開発しているGPUコア
正式名称:Streaming Processor

 

Tensorコア」
AI処理に特化したGPUコア
AIを使用する事で、低解像度の画像からより高解像度の映像・画像が出力可能

 

「RTコア」
レイトレーシングを担当するGPUコア

レイトレーシングの説明は下記☟

【グラフィックボード周辺でよく使う単語】

 


レイトレーシング
レイトレーシングとは、人・物・光源の位置からリアルタイムで影を生成するコア。リアルタイムの影の生成で現代ゲームのリアル感は格段にUPしている。画像は綺麗になるが、GPUに負荷がかかる点がデメリット。

影 ゲーム画像

 

フレームレート(fps)
…1秒間の画像表示単位。
例:60fps…1秒間に60枚
例:120fps…1秒間に120枚

 

映像はパラパラ漫画の様に沢山の映像を高速に表示させる事で、動いている様に見せている。fpsの値が高いほどぬるぬる感が高い=滑らかな映像になる。

 

fps

【CPUとGPUの連動】

『CPU・GPU周辺構成半導体部品』


マザーボード
・CPU…全体の制御と演算を行うコア。コンピュータの『頭脳』にあたる。
DRAM(メモリ)…VRAMへデータ送信する。

 

GPU(グラフィックボード)」
Giga Thread Engine…L2 Cacheから受け取ったデータをSMへ指令処理する。
SM…グラフィック処理を行うコア部分。
・L2 Cache…Giga Thread Engineへデータを渡す。超高速なのが特徴。
・VRAM(メモリ)…DRAMから受け取ったデータの一時保存場所。L2 Cacheへ。

 

グラフィックボード解説

www.youtube.com

 

 

 


【メッチョ所見】
今日からブログで発信。メインは当然、半導体。せっかく勉強した知識を忘れない様にたまに投資も発信。ジャンル関係なく、よさげなイベント等にも積極的に参加予定。超間近な半導体事業を見据えて、勉強だけでなく”頭を使って”なるだけ行動量も増やします!

 

今回は、以上です!

 

#SBG系 #投資
#半導体 #経営経済 #AI・AGI
#ESG強化 #NAVディスカウント解消

 

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【テック投資】CPUと半導体メモリの仕組みを、理解しよう!

おはようございます🌞

今回は、


【テック投資】CPUと半導体メモリの仕組みを、理解しよう!

Arm CPU

【CPUとは!? (基礎おさらい)】

『CPU』
プログラムを解釈して、その命令に従ってデータを計算したり、メモリ・ハードディスク・ディスプレイ・マウス等に命令を出す半導体の中心部にある部品の事。計算・命令・制御等の複雑な処理をこなす。パソコンやスマホ等の電子機器の処理能力に大きく関わる為、『コンピューターの頭脳』と呼ばれている。

 

プログラム(ソフトウェア)・・・装置をどう制御するかCPUに教える指示書

 

 

正式名称は、Central Processing Unit。

 

『CPUの種類』(%は世界シェア) 

スマホCPU…Arm (99%以上)
・パソコンCPU…Intel(約70%)・AMD(約20%)

 

【コンピュータの構成要素】

『コンピュータ、5つの構成要素(5大要素)』

 

①.入力装置…マウス、キーボード、カメラ、ゲームコントローラー等
コンピュータにデータや命令を入力する装置

 

 

②.記憶装置…メモリ、ハードディスク等

●主記憶装置…メモリ

「役目」
CPUと補助記憶装置のデータの橋渡し役。
CP・スマホ・家電等の電子機器ほぼ全てに内蔵されている。
「長所」
電気で管理する為、処理速度が速い。
「短所」
電源を切ると、データが消えてしまう。

※CPUと補助記憶装置の性能差を埋める為の半導体の”1”部品
※補助記憶装置から取ってきたデータの一時的(短期的)な保管場所
※CPUや出力・入力装置と密接に連動している

 

 

 

「メモリ管理」
メモリは容量に上限がある為、プログラムでメモリの確保&解放を管理する必要有。
ガベージコレクション…コンピュータが自動でメモリ管理をする機能の事。

 

💻ガベージコレクションを実装しているプログラミング言語
Java、C#、PythonPHPJavaScript

💻ガベージコレクション実装していないプログラミング言語
C言語C++、Rust

 

ガベージコレクション実装無し言語では手動でメモリ確保、解放を行う必要有。
例:C言語なら確保は”malloc()” 解放は”free()”

 

ja.wikipedia.org

                                              半導体メモリ (主記憶装置)

 

 

●補助記憶装置…ハードディスク、USB等
「役目」
光・磁気で管理している。データの長期保管場所。
「長所」
電源を切っても大容量の保存(記憶)が可能。
「短所」
入出力のスピードは、遅い。

別名:ストレージ、データの長期保存が役目
※ストレージは「保管庫」「貯蔵」の意味

 

ハードディスク (補助記憶装置)

 

※豆知識:データの読み込み速度比較
・CPU…1ns(1億分の1秒)
・メモリ…100ns(100万分の1秒) 速いが小容量

・ハードディスク…1ms(1000分の1秒) 遅いが大容量

 

 

③.演算装置…CPU
四則演算やデータ同士の比較等を行うの演算処理CPU。

④.制御装置…CPU
命令の実行、周辺機器への動作の制御を行う制御処理CPU。
コンピュータ全体の司令塔の役割を果たす。コンピュータの『頭脳』。

・演算装置と制御装置の2つの事を『CPU』と呼ぶ。

 

Arm、Armv9をベースとした新CPUとGPUを発表 - ケータイ Watch

 

 

 

 

⑤.出力装置…ディスプレイ、プリンター等
人間が認識できる様にデータを出力する装置

これらは、コンピュータの5大装置・5大機能とも呼ばれている。これらが相互にデータの通信と制御を行い、コンピュータを動かしている。

 

ディスプレイ (出力装置)

 

【入力から出力までの流れ(簡単に)】
1.入力装置 (カメラ・キーボード・マウス)
↓↓↓
2.記憶装置 (半導体メモリ・ハードディスク)
↓↓↓
3.CPU(演算装置) 「コンピュータの頭脳」
↓↓↓
4.CPU(制御装置) 「コンピュータの頭脳」
↓↓↓
5.出力装置 (ディスプレイ・プリンター)

 

 

 


【CPUとメモリの仕組み(簡単に)】

●CPU(制御装置) 主構成要素
・プログラムカウンタ
…次の命令アドレス この値をメモリに参照する。
・命令レジスタ
…命令の保存場所。 小さい記憶領域。 メモリから情報を読込む。
・命令解読機
…命令レジスタに入った命令を解読する機器部分。
・クロックジェネレータ
…クロック信号をジェネレート(生成)する装置の事。

 

※クロック信号とは!?
…制御CPUと演算CPUの動作を合わせる為の周期的な信号の事。

…人間で例えるならダンスの手拍子。手拍子が速い程、ダンス全体も速く同期する。

 


※クロック周波数(Hz.GHz)
…単位「Hz」 1秒間に何回クロック信号が送られたかの単位。
※例:1GHz=1秒間に10億回クロック信号を発信
※クロック信号のテンポを速くする→CPUは高速になる=高性能CPU

 

CPU構造解説画像・せかチャンYouTubeより

 

●メモリ (主記憶装置)
命令・データ・アドレスが一時的に保管されている半導体内のデータ保管場所。
①.まず、CPU(制御装置)からの命令を受け補助記憶装置からデータを取ってくる。

②.CPU(制御装置)やCPU(演算装置)に受け取ったデータを渡していく。

 

 

メモリ (主記憶装置)はCPUと補助記憶装置の緩衝地帯的な役割。

このメモリ (主記憶装置)がある事で、非常に速いデータの受け渡しが可能になる。

 

 

 

上記・CPU構造解説画像例 (せかチャンYouTube)
READ A.100
…汎用レジスタAにアドレス100を読み込む
READ B.101
…汎用レジスタBにアドレス101を読み込む
ADD A.B
…汎用レジスタAとBを足す
WRITE 102.C
…アドレス102にCの値を書き込む
STOP
…一連の計算終了

 

※命令の書き方はCPUやメモリによって異なる

 

 

●CPU(演算装置) 主構成要素汎用レジスタ…汎用的に使用可能。小さい記憶領域の事。
算術論理演算装置…CPU内の計算機器。

CPU(演算装置)はメモリ(主記憶装置)から取ってきたデータを汎用レジスタへ格納。入ってきたデータを演算(計算)し、メモリ(主記憶装置)へ出力する事が主な機能。

 

CPUとメモリの仕組み

www.youtube.com

【番外編:コンピュータの処理効率を上げる技術】
『ビット数』
「ビット数=CPUの中で一度に扱える情報量の事
ひと昔前は32ビットが主流だったが、今は64ビットが主流。CPUが扱える情報量が増えた事で、一度でより複雑でより多くの情報を処理できる様になっている。

 

『クロック周波数を上げる』
クロック周波数を上げるとコンピュータの処理速度も上がる。ただ、デメリットとして電力消費量が多くなったり、CPUの発熱量も多くなりがち...2024年現在、この「クロック周波数を上げる」技術、CPU性能向上方法は今、技術的な限界に近づいている。

 

『マルチコアプロセッサーを使う』

「マルチコアプロセッサー
プロセッサー…CPUの事
コア…核 (CPUの演算・制御機能)
マルチ…複数の意味

 

つまり、マルチコアプロセッサーとは核 (演算CPUや制御CPU)を複数持たせた「CPU」の事。当然、核が複数存在すれば、計算能力や制御能力が上がりコンピュータの性能も各段に向上する。

 

デュアルコア(Core)・・・2個のコアを搭載したCPU

クアッドコア(Core)・・・4個のコアを搭載したCPU

マルチコア(Core)・・・数に関係なく複数のコアを搭載したCPU

 

 

『スレッド』

スレッド・・・CPUの制御装置”だけ”を増やす技術の事。

複数の制御装置を機能させる事で、演算装置を休まず働かせる事が出来る。

 

結果→コンピューターの性能が上がる。

 

※演算装置が増えている訳では無いので、Coreの増加程には性能向上しない。

 

ja.pngtree.com

 

【メッチョ所見】
詳しい人からすれば、基礎中の基礎かも知れませんが今日はここまで。CPUとメモリ(主記憶装置と補助記憶装置)の関係性やどういう連動が行われているのかがイメージできる様になった事は良かった。Arm製品の理解度も少しは増していきそう!基礎からですが、今日のポイントを忘れない内にCPUとGPUの構造的な違いについてもやっていきます。

 

今回は、以上です!

 

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