英ARM は5月16日(米国時間)、組み込み向けの最新プロセッサコア「Cortex-R4」の概要をSpring Processor Forum(SPF)で明らかにした。最近のARMプロセッサと同様に、論理合成可能な(シンセサイザブル)コアとして提供される。

ARMはこれまで、最新アーキテクチャに基づくプロセッサファミリ「Cortex」ではローエンドの組み込み向けプロセッサ「Cortex-M3」と、ハイエンドのアプリケーション向けプロセッサ「Cortex-A8」を開発し、ライセンス供与を始めていた。今回発表したCortex-R4は、組み込み向けプロセッサのミッドレンジ品と位置付けている。

SPFの講演では、Cortex-R4の主な用途をハードディスクドライブ(HDD)、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、自動車のシャシー/ブレーキシステム、モバイル機器の無線モデム、インクジェットプリンタ、ホームゲートウエイと説明した。一定の演算処理性能と高い割り込み性能を必要とする、リアルタイム制御システム用のプロセッサであることが分かる。

Cortex-R4の開発では、既存の組み込み向けプロセッサが抱える数多くの課題を解決しようと試みている。その結果Cortex-R4は、Thumb-2命令セットの実行に特化してチューニングしてある、外部メモリ(TCM)に高速アクセスを要求しない、といった特徴を備えるようになった。これらの特徴については後述するとして、Cortex-R4の内部構成を先に見ていこう。

Cortex-R4は、ARMの最新アーキテクチャであるARMv7命令セットがベースの32ビットRISCプロセッサである。2命令を同時発行するスーパースカラー構造を採用した。パイプラインの段数は8段とかなり長い。にもかかわらず、割り込み応答性能は既存のARM9Eファミリに比べると大きく向上した。

Cortex-R4がアクセスする外部メモリへのタイミング要求は、ARM9Eファミリよりも緩やかになっている。ARMプロセッサでは通常、外部メモリにキャッシュ(ほかのプロセッサでは2次キャッシュに相当)ではなく、密結合メモリ(TCM:Tightly Coupled Memory)と呼ぶ高速RAMを利用する。密結合メモリに対するタイミング要求を緩やかにすることでRAMの容量当たりのコストを下げ、ユーザーがより大きな容量の密結合メモリを同じ半導体チップに搭載できるようにすることを狙った。

Cortex-R4が想定した命令セットThumb-2は、ARMが開発した独自の縮小命令セットである。プログラムの格納に必要なメモリ(ROM)容量を減らすとともに、実行性能の低下を抑えることを狙った。従来の縮小命令セットであるThumb-1と同じメモリ容量で、ARM命令セットに近い性能を実現した。今回のSPFでは、コスト低減を優先して実装した場合と、性能を優先して実装した場合で、Thumb-2の効果を示してみせた。

最後に、Cortex-R4の実装例を示そう。処理性能は1.6D(Dhrystone)MIPS/MHzである。90nmプロセスで製造したときにCortex-R4は400MHzで動くので、600DMIPSを超える性能を実現できることになる。消費電力は0.4mW/MHz未満。なおARMのニュースリリースによると、Cortex-R4は米Broadcomを含む3社にライセンスされた。