UCIe Consortiumは2026年11月12日、チップレット間の接続規格「UCIe 4.0」を公開した。今回の改訂では、計算用SoCとメモリ用ロジックダイをパッケージ内で接続する新たな仕様が加わり、メモリ制御を計算側から分離できるようになった。チップレットとは、複数を組み合わせて一つのパッケージに収める小型の半導体ダイであり、UCIeはそれらを接続するための共通規格だ。

UCIe 4.0の特徴は、データ転送だけでなく、複数のダイの状態監視や障害発生時の復旧に関する機能も強化されたことにある。UCIe 2.0では管理・試験・デバッグの共通基盤が導入され、3.0では48/64 GT/sの高速転送などに対応した。4.0ではこれらの技術を基盤として、メモリ接続の効率化とシステム管理機能の標準化がさらに進められている。

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メモリ制御を別のダイに分離する「UCIe.mem」

新たに導入された「UCIe.mem」は、計算用SoCとメモリ用ロジックダイをUCIe-SまたはUCIe-Aで接続するための仕様だ。HBMやLPDDRとの通信を担うメモリコントローラーはロジックダイ側に配置されるため、計算用SoCにメモリ制御回路を組み込む必要がなくなる。この構成では、既存のUCIeの物理層やアダプター、適合性評価、パッケージ基盤をそのまま活用できる。

計算用SoCとメモリ用ロジックダイの間では、DRAMの低レベル信号を直接やり取りするのではなく、メモリへの要求と応答を転送する。256バイトの転送単位である「フリット」内の16バイト枠に、2件の要求または4件の応答を格納する符号化方式を採用し、ヘッダーや確認応答などのオーバーヘッドを削減する。UCIe Consortiumの技術解説によると、64、128、256バイトのペイロードを用いた読み出し中心の通信では、データ転送効率が約94%に達する。発表資料に記載された上限93.75%も、四捨五入すれば約94%となる。

同コンソーシアムは、UCIe.memの帯域密度が約2.5 TB/s/mmに達するとも説明している。これはダイの縁1 mm当たりの転送帯域を表す指標であり、チップ全体で利用できる実効メモリ帯域とは異なる。

接続密度と電力効率も改善

UCIe 4.0では、転送速度そのものよりも、接続密度と電力効率の改善に重点が置かれている。48/64 GT/sの転送速度は前世代のUCIe 3.0ですでに導入されており、4.0ではこの速度帯に対応するUCIe-Sの接続用バンプ配置を改良した。コンソーシアムによると、ダイ端の長さ当たりの帯域密度が約20%、面積当たりの帯域密度が約10%向上している。技術解説では、ダイ端の寸法を1143 µmに共通化したことも説明されている。

電力効率の改善に向けては、64 GT/s向けに任意の「協調最適化プロファイル」が追加された。このプロファイルは、接続相手のダイの特性が既知であり、互換性のある製造プロセスを使用し、電源レールを共有する構成を前提としている。UCIe-Sでは、さらに短距離通信向けに最適化された配線も必要となる。UCIe-SとUCIe-Aの両方に適用でき、QDRや直接サンプリング、信号振幅の低減などの技術を利用する。

コンソーシアムの発表資料では、このプロファイルによってエネルギー効率が30〜80%改善するとされている。一方、技術解説では、所定の条件を満たす場合にリンクの消費電力を30〜80%削減できると説明している。いずれもダイ間の通信リンクに関する公表値であり、システム全体の消費電力が同じ割合で減少することを意味するものではない。

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チップレットの状態監視とリセットを標準化

異なるメーカーのチップレットを一つのパッケージに組み合わせる場合、セキュリティ管理や試験方法の違いが課題となる。UCIe 4.0では、こうした環境でも各ダイの状態を共通の方法で確認できるよう、管理機能が拡充された。

新たなTRoCsは、各ダイのライフサイクルやセキュリティ状態、テストインターフェースの設定情報を、既存のレジスタアクセス機構を通じて報告する。Security Directorとも呼ばれる信頼の起点（RoT）は、暗号技術を用いたチャレンジ・レスポンス方式によって、報告された状態を検証する。この仕組みにより、情報の偽装や再送、中間者攻撃への対策を強化できる。

管理通信のセキュリティも強化された。管理パケットは途中のダイやインターポーザーを経由する場合があるため、UCIe 4.0では既存の管理転送プロトコル（MTP）に双方向の完全性保護を追加し、送信元の確認や改ざん、再送の検出に対応した。管理者と管理端点の間で確立されるセッションは、パッケージ全体（SiP）または個々のダイがリセットされた後に更新される。鍵の確立にはNIST SP 800-56Cに基づく方式を採用し、管理端点に乱数源がある場合とない場合の両方に対応するほか、必要に応じて通信内容の機密性も保護できる。さらに、識別子や設定情報、セキュリティ資格情報を製造後や稼働中に供給するための共通の仕組みも導入された。

リセット動作についても、複数のダイで共通の手順を利用できるようになった。Cold Resetは電源投入時の既定状態に戻す操作で、Warm Resetではベンダーが指定した状態を保持できる。公開ホワイトペーパーの6ページでは、個々のチップレットに求められるリセット動作と、パッケージ全体の実装に委ねられる範囲が区別されている。

対象 標準化される機能と実装側に委ねられる範囲
個々のチップレット 電源投入時の動作、Cold/Warm Resetの共通動作、必須のリセット入力と電気的・時間的要件、リセットの開始・状態・原因を記録するレジスタを規定する。Warm Resetで保持する状態はベンダーが定義する。
パッケージ全体（SiP） リセットの発生要因、接続構成、制御手順は各実装に委ねられる。

つまり、UCIe 4.0は個々のチップレットのリセット動作を標準化する一方、複数のダイをどのような順序でリセットし、システム全体を復旧させるかについては、各メーカーの設計に委ねている。

状態監視については、管理側が各ダイへ定期的に問い合わせる方式に加え、必要に応じてイベント通知を利用できるようになった。これにより、状態確認に伴う通信量や遅延を抑えられる。通知先の発見や設定、イベントの配信、任意の確認応答やログ記録に対応し、大量の通知が集中することを防ぐ頻度制限も備える。通知の遅延目標は、隣接ダイ間の1サイドバンド区間を通るメッセージ方式で1 µs未満、物理的に隣接するダイ間の優先サイドバンドイベントで100 ns未満とされている。ただし、これらは所定の条件下での設計目標であり、実測によって確認された性能値ではない。

通信障害時の故障通知と稼働中の信号監視に対応

UCIe 4.0では、通常の通信経路が利用できなくなった場合でも重大な障害を通知できるよう、専用の一方向オープンドレイン信号が追加された。この信号はUCIeの主通信路と副通信路から独立しており、電源も必要に応じて分離できる。これにより、通常の通信機能が停止した状況でも、重大な故障を他のダイや管理側へ通知する仕組みを構築できる。

信号品質の監視機能も強化されている。従来からのCRC、レーン単位のエラー検査、リンク訓練後のアイマージン報告に加え、稼働中にアイマージンを測定する機能が任意で追加された。アイマージンは受信側が信号を正しく識別できる余裕を表す指標であり、新機能では通常のリンク動作を停止せずに測定できる。得られた情報は、システム全体の状態監視や機能安全の仕組みに活用できる。

UCIe 4.0は、すべての旧バージョンとの後方互換性を維持しており、仕様書は一般にも申請により提供される。ただし、今回の発表や技術解説では、対応製品の投入時期や量産計画は具体的に示されていない。今後は、UCIe.memを採用した製品でどのようなメモリ構成が実現するか、協調最適化プロファイルの条件を満たした際にどの程度の電力削減が得られるかが注目される。また、異常の検出から個々のダイのリセット、パッケージ全体の復旧までを各メーカーがどのように実装するかも、実用性を評価するうえで重要なポイントとなる。