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5nm? 7nm? プロセスルールって結局なんだろう??

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ダイワンテレコム八千代店です!

新型iPhoneの発表が待ち遠しいですね。iPhoneといったら本体の美しさと、その性能の高さに惹かれます。そこで今回は、iPhoneをはじめとするスマートフォンの性能の指標についての説明と、それに深く関連する「プロセスルール」についての簡単な解説をさせて頂きます。

 

<<スマートフォンの性能について>>

 

まずスマートフォンの性能は何で決まるのかについてですが、スマートフォンにはSoC (System on a Chip)と呼ばれる部品があり、その名の通り以下の重要な部品を一つのチップに集約したものになります。例えば、スマートフォンの頭脳となるCPU、画像や映像、ゲームなどの3D計算を行うGPU、4G通信や最近であれば5Gの通信を行うモデムなどがぎっしりと詰まっています。スマートフォンで求められるのは、動作時にもたつきがなく快適に動く処理性能と、小さな電池で可能な限り長時間動作できるような高い電力性能です。

この両立を実現するのは大変な事ですが、半導体を微細化することによってそれを成し遂げています。Appleやサムスン電子、Intel、AMDなどの半導体大手の各社はその技術開発でしのぎを削っている状態です。次にその微細化について見ていきましょう。

 

<<プロセスルールってなに???>>

コンピューターやスマートフォンなどの性能を詳しく調べていくと、性能向上には半導体の微細化が伴っているということがわかります。そこでよく目にするプロセスルールとは何かについて説明します。

プロセスルールは簡単に言えば、半導体の配線の太さだといえます。

5nmや7nmというのはその太さのことで、なんとインフルエンザウイルスの20分の1の大きさです!とても小さいですね。

同じような回路ならば、配線を細く作ればチップそのものを小さくすることができます。

逆に言えば、同じ面積ならばより多くの回路パターンを配線する事ができるということになります。CPUなどはトランジスタという部品を多く用いて計算を行います。その性能はトランジスタの個数が多いほど高いものになります。そこで、同じ面積でもより多くのトランジスタを詰め込むことができるということになるので性能が良くなるのです。

また、トランジスタ一つ一つが小さくなることによって消費電力も改善されます。小型化するとトランジスタのスイッチング速度(電気が流れている状態、流れていない状態の切り替えの速さ)が速くなることによって無駄な電力が減らせます。これについては詳しく書くと長くなりすぎてしまうので割愛させて頂きます。また、小さくなることによって回路に流れる電流そのものを減らすことにもなります。それも消費電力を抑えることに役立ちます。

 

 

このように、微細化がSoCの性能向上に深くかかわっていることがお分かりいただけたと思います。ますます微細化が進んで、そろそろ限界が来ているとまで言われていますが、どんどん進化することに期待したいですね!発表を待つばかりのiPhone12のSoCは5nmプロセスが採用されているとの情報です。バッテリーの持ちや、性能向上は大いに期待できると思います。私もスマートフォンを買い替えたいと思っているので、実際にどのようになるのか楽しみです。

ここまでの閲覧ありがとうございました!

 

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