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プレイステーション5のCPUにも採用されている「マルチチップ・モジュール(MCM)」について|PS5関連用語

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プレイステーション5のCPUにも採用されている「マルチチップ・モジュール(MCM)」について|PS5関連用語

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今回は、プレイステーション5のCPUにも採用されている「マルチチップ・モジュール(MCM)」についてご紹介します。

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マルチチップ・モジュール(MCM)の歴史について

MCM技術は、1970年代にIBMが磁気バブルメモリのMCMを開発したことに始まります。この技術は、複数の集積回路(IC)のダイやモジュールを一つのパッケージに統合することで、高性能化とコスト削減を実現することを目的としています。

実用化にはいるマルチチップ・モジュール(MCM)技術
1990年代に入ると、MCMは研究段階から実用化段階に移行しました。MCMの基板としては、薄膜配線基板であるMCM・Dの他にもMCM・L、MCM・Cなどが開発され、性能とコスト要求に応じて最適な基板を使い分けることが重要になりました。
インテルCPUに採用される
2000年代には、インテルがPentium ProやPentium D Presler、Xeon Dempsey、Clovertown、Core 2 Quad(Kentsfield、Yorkfield)、Broadwellマイクロアーキテクチャ、Meteor Lakeマイクロプロセッサなど、多くのプロセッサでMCM設計を採用しました。
AMDもMCMをアプローチ
AMDもMCMアプローチを取り、2010年の12コアサーバー向けCPU「Magny・Cours」では、6コアのダイを2個パッケージに収めました。さらに、ZENアーキテクチャ世代では、8コアのダイ4個を1つのパッケージに収めて32コア/64スレッドの「Naples」を作り上げました。
AppleやAMDのRyzenやEPYCにも採用される「MCM」
MCM技術は、現在も進化を続けており、AppleのM1 UltraやM2 Ultra、AMDのRyzenやEPYCなど、最新のプロセッサでもこの技術が採用されています。これらの進歩は、MCMがもたらす性能向上、小型化、コスト削減の利点を活かしており、今後も多くの電子デバイスで採用されることが予想されます。

マルチチップ・モジュール(MCM)設計について

MCM設計は、複数の集積回路(IC)のダイやモジュールを一つのパッケージに統合する技術で、これにより、デバイスの性能向上、小型化、コスト削減が可能になります。MCMは、異なる機能を持つ複数のチップを一つのパッケージにまとめることで、チップ間の通信速度を高め、消費電力を削減することができます。
MCM設計の利点

MCM設計の主な利点は以下の通りです。

・ 高密度実装:小さなスペースに多くの機能を組み込むことができます。
・ 高速化:チップ間の距離が短くなるため、信号の伝達速度が向上します。
・ 低消費電力:チップ間の接続が短くなることで、消費電力が削減されます。
・ コスト削減:複数のチップを一つのパッケージに統合することで、製造コストを削減できます。

MCM設計の課題

MCM設計の課題としては、複数のチップを統合することによる熱管理や、異なるチップ間での信号整合性の確保などが挙げられます。これらの課題に対処するためには、高度な電気設計や熱設計が必要となります。

マルチチップ・モジュール(MCM)設計の主な採用例

マルチチップ・モジュール(MCM)設計の具体的な例として、以下のようなものがあります。

1. IBMのPOWER5プロセッサ:

IBMのPOWER5は、複数のプロセッサコアとキャッシュメモリを一つのパッケージに統合したMCM設計を採用しています。これにより、高速なデータアクセスと処理能力の向上が実現されています。

2. AppleのM1 Ultra:

AppleのM1 Ultraは、複数のチップレットを統合して一つの大きなチップとして機能させるMCM設計を採用しています。これにより、高い計算性能と効率を実現しており、パーソナルコンピュータやワークステーションでの使用に適しています。

3. AMDのRyzenとEPYCプロセッサ:

AMDのRyzenとEPYCシリーズは、複数のCPUダイを一つのパッケージに統合することで、コア数を増やし、マルチタスク処理能力を高めています。これにより、サーバーや高性能コンピュータでの使用に適しています。

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