CPUとは？
CPUは、Central Processing Unitの略で、ほとんどの計算が行われるコンピュータの頭脳とでも言えるものです。メモリからデータをフェッチし、命令を実行し、データに対して論理演算または算術演算を行います。処理速度が速いほど高価になります。マイクロプロセッサやコンピュータプロセッサなど、CPUを表すさまざまな名称がありますが、これらはすべて同じものを指していると認識してください。
私たちが日常的に使う多くのデバイスには、携帯電話でのウェブ閲覧からコンピュータでのビデオゲームの実行まで、CPUが搭載されています。CPUはコンピュータシステムの核となる要素ですが、機能に基づいてコンポーネントを分離し、中央のインターフェース回路基板を介してそれらを接続するマザーボードベースのアーキテクチャのごく一部です。データを保持するためのメモリドライブ、音楽をデコードして増幅するためのオーディオチップ、画像やビデオをレンダリングするためのグラフィックプロセッサが必要です。そして、2018年現在、販売されているほとんどのノートパソコンやスマートフォンはx86アーキテクチャをベースにしています。
x86アーキテクチャとマイクロプロセッシングにおけるその重要性
半導体業界で最も支配的なプロセッサベースのアーキテクチャの1つであるx86アーキテクチャは、1978年にIntel Corporationによって開発され、今日使用されている複数のマイクロプロセッサのバックボーンとなっています。これは、プロセッサがオペレーティングシステムを介して提供されるさまざまな命令をどのように処理および実行するかを定義する論理フレームワークとして機能し、命令セットアーキテクチャ（ISA）のファミリーとして機能します。
x86アーキテクチャを際立たせているのは、ソフトウェアおよびアプリケーションの後方互換性、効率的な製造、そしてレガシーサポートです。ソフトウェアコストはハードウェアコストを上回るため、ゼロからソフトウェアを構築するのは非常に費用がかかります。x86は、x86命令セットへの追加や拡張をサポートしつつ、前世代との互換性を維持しているため、費用対効果の高い製造に最適な選択肢となっています。
Advanced Micro Devices（AMD）のような他の主要な競合CPUメーカーも、その優れた性能のためにx86を採用しています。AMD AthlonとIntel Coreは、今日までで最も人気のあるx86プロセッサの一部です。Athlonシリーズは2005年に製造中止されましたが、Intel Coreプロセッサブランドは2006年に市場に投入され、新世代を通じて継続的にサポートされており、今日のロードマップでも積極的にサポートされています。 「古い」技術が数十年も続くことは稀ですが、それは起こり得ます。そしてこのケースでは、多くの市場セグメントが、ノートパソコン、パーソナルコンピュータ、計算集約型ワークステーション、高性能サーバーなどの垂直市場をサポートするためにx86コンピューティングプラットフォームの基盤を必要としているため、IntelとAMDはx86を引退させることができないようです。
IntelとAMDのCPU比較
ソケットCPUとは？
CPUソケットは、マザーボード上の単一のコネクタであり、CPUとの機械的接続および電気的インターフェースを提供します。これにより、CPUの比較的スムーズなアップグレードと交換が可能になりますが、唯一の欠点は、厚さと重量が増すことです。
ソケットは、CPUチップ専用に特別な形状をしたマウントで、正しいチップ挿入を保証し、ユニット移動時の損傷を防ぎます。最新のCPUソケットのほとんどは、パッケージの裏側に正方形のピンが配置されたピン・グリッド・アレイ（PGA）か、ソケットにピンが配置されたランド・グリッド・アレイ（LGA）のいずれかに基づいています。LGAは、チップをソケットに挿入する際に脆弱なピンを損傷するリスクが低いですが、PGAアーキテクチャは、ピンが曲がった場合にまっすぐにするのが容易です。いずれにせよ、どちらのCPUソケットタイプが優れているかについて決定的な答えはありません。
ピン・グリッド・アレイとランド・グリッド・アレイ
現在、ほとんどのCPUには複数の処理コアが含まれており、これらはソケットCPU設計で活用できます。これらのコアは個々のプロセッサとして機能し、不必要な遅延なしに複数のシステムを同時に実行できます。ソケットCPUは、単一のダイに追加のコアを追加する機能を備えており、複数の複雑なプロセスを同時に実行できるだけでなく、システムの速度を向上させ、全体的なパフォーマンスを向上させます。コアは、PCIEやUSBポートなどの外部機能のさらなる専門化のために、専用のPCHにコマンドを送信できます。一方、現在のSoCはPCHを統合しており、複数のコアを保持するために必要なアーキテクチャがありません。
熱設計電力 (TDP) と産業用コンピュータにおけるその重要性
ソケットCPUはより高い性能で動作するため、通常、より高い熱設計電力（TDP）を持っています。TDPが高いと、ヒートシンクとファンによる追加の冷却が必要になります。これは、熱が高すぎるとシステム障害を引き起こし、速度が低下し、重要なアプリケーションに影響を与える可能性があるためです。
Premioの産業用コンピュータの主な利点の1つは、LGAソケットCPUと受動冷却によるファンレス設計です。堅牢なアルミフィン付きシャーシは、放熱するためのヒートシンクとして機能するだけでなく、CPUのような重要なコンポーネントから有害な熱を伝達します。ソケットCPUのマルチコア性能を活用し、ファンレス受動冷却設計を統合することで、堅牢な環境でのコンピュータ導入は、性能とミッションクリティカルな信頼性を提供できます。
システム・オン・チップ (SoC) とは？
システム・オン・チップ (SoC) は、コンピュータのすべてのコンポーネントを単一の基板システムに統合した集積回路です。CPUに加えて、グラフィックプロセッサ (GPU) やメモリ (RAMおよびROM) などの高度な周辺機器がコンポーネントに含まれます。ソケットCPUはPGAまたはLGAアーキテクチャのいずれかを選択できますが、SoCは通常、ボール・グリッド・アレイ (BGA) を採用しています。これは、ソルダーボールをCPUのパッドに適用し、マザーボード上の接点に物理的に溶融させるプロセスで、PCB製造プロセスのPCBA部分で行われます。この設計は、モバイルコンピューティング (スマートフォン) や堅牢な産業用コンピュータで、電力、重量、サイズを削減するために一般的です。
SoCはハードウェアとソフトウェアを統合しているため、スペースが少なく、消費電力も少なくなります。堅牢な産業用コンピュータのコンパクトなシステム統合は、IoTゲートウェイやエッジコンピューティングでさまざまなアプリケーションにおいて、より優れた信頼性と機能性を提供します。モバイルコンピューティングは、ワイヤレスネットワーク機能用のオンチップキャッシュと、リアルタイム計算能力用のデジタルカメラハードウェアも利用しています。
画像はEmbedded Computing Designより
Premio産業用コンピュータのSoCとソケットオプション：
ここまで、ソケットとSoCデスクトップ設計の根本的な違いについて主に説明してきました。それに加えて、ソケットとSoC組込みコンピューティング設計には、より堅牢で専門的で、産業用アプリケーションにおける特定のワークロードに合わせた別の専門知識もあります。
組み込みソケットCPUは、より高い温度閾値で動作し、より多くのコアでより高い性能を提供します。一方、組み込みSoCは、消費電力がかなり低いですが、当然ながら計算能力も低くなります。SoC設計の効率的で最適なサイズは、低電力コンピューティング性能を必要とする産業用アプリケーションやIoT導入において、より高い柔軟性を提供します。Premioは、組み込みチップとフルサイズのソケットCPUの間で、より高い柔軟性と拡張性を可能にするために、当社の産業用コンピュータの両方のタイプの設計をオプションとして提供しています。当社のすべての組み込み産業用コンピュータの詳細については、こちらをご覧ください。