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7nmプロセス、Zen 2、X570チップセット
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- ページ2: 7nmプロセス、Zen 2、X570チップセット
- ページ3: Ryzen 3000のIPC測定と消費電力
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- 13ページ:結論
TSMC 7nmプロセス
AMDはRyzen 3000シリーズプロセッサにTSMCの7nmプロセスを採用しました。AMDの初代RyzenプロセッサはGlobalFoundriesの14nm GPPノードでデビューしましたが、2000シリーズCPUはGlobalFoundriesの12nm LPプロセス技術に移行しました。この移植設計はトランジスタ性能の向上に貢献しましたが、ダイ面積やトランジスタ密度には影響を与えませんでした。その結果、Pinnacle Ridgeの約48億個のトランジスタと213mm 2 の 面積は、初代Ryzenと同じままでした。
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対照的に、TSMCの7nmプロセスは真のシュリンクを実現し、トランジスタ密度を2倍に高めています。AMDによると、このプロセスによりCCXを12nmプロセスと比較して29%縮小することができ、L3キャッシュ容量の倍増や、同一パッケージ寸法内でコア数を倍増させるといったZen 2の機能強化に大きく貢献しました。また、TSMCは今回、コンピューティングチップレットからI/Oコントローラーとメモリコントローラーを削除し、パッケージの小型化を実現したことも特筆すべき点です。
AMDはまた、このプロセスにより、12nm LPプロセスと同じ電圧でコア周波数が最大350MHz向上すると主張しています。この新プロセスはエネルギー効率の面でも優れており、12nm LPプロセスと比較してワット当たりの性能が最大75%向上しています。AMDはまた、7nmノードは、Intelの老朽化しているものの高度に洗練された14nm++プロセスと比較して、ワット当たりの性能が最大58%向上するとも述べています。ただし、Ryzen 3000チップには依然として12nm I/Oダイが搭載されており、チップ全体の消費電力に寄与していることに留意してください。
AMD によれば、Zen 2 マイクロアーキテクチャによる IPC スループットの 15% 増加が、Ryzen 3000 シリーズ チップで見られるパフォーマンス向上の 60% を占め、残りの 40% は 7nm プロセスと周波数の向上によるものだという。
Zen 2 マイクロアーキテクチャ
Zen のモジュール式でスケーラブルな設計は、コストと市場投入までの時間の面で AMD に多くの利点をもたらし、アーキテクチャのきめ細かな調整によって驚異的な結果を生み出しました。
AMD は IPC を約 15% 向上させ (ただし、ワークロードによって異なる場合があります)、L3 キャッシュ サイズを 2 倍にしてデータを実行ユニットにできるだけ近づけ、浮動小数点帯域幅を 256 ビットに拡張して浮動小数点パフォーマンスを 2 倍にして AVX2 命令によるパフォーマンスを向上しました。
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主な改良点としては、マイクロオペレーション（4K）とL3キャッシュ（32MB）の倍増が挙げられます。これは、L1命令キャッシュが若干縮小されたことで実現しました。L1命令キャッシュは、初代Ryzenの4ウェイ連想の64Kブロックから、8ウェイ連想の32Kブロックに拡張されました。AMDはまた、トランスレーション・ルックアサイド・バッファ（TLB）を2,000エントリに強化しました。
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AMDは現在、2段階分岐予測器を搭載しています。パーセプトロン分岐予測器が第1段階を担当し、パフォーマンス向上のためにより大きなルックアップテーブルを備えた新しいTAGE分岐予測器が第2段階として機能します。これは、ストールを減らすことでスループットを向上させる、より大規模なL1およびL2分岐ターゲット予測器（BTB）と組み合わせられています。AMDによると、改良された分岐予測器はフロントエンドで余分なエネルギーを消費しますが、予測ミス率が30%低下したことで、最終的にはバックエンドのエネルギーをさらに節約できます。3つ目のアドレス生成ユニット（AGU）は、メモリを消費する実行コアにメインメモリからデータを供給します。
X570チップセットの登場
AMDのRyzen 3000シリーズプロセッサは、電力供給と放熱を主な要因として、複数の要因に基づいてパラメータを調整する動的アルゴリズムを搭載しており、パフォーマンスを最大限に引き出すことができます。そのため、AMDのPrecision Boost Overdrive（PBO - 次ページ）や自動オーバークロック機能を使用する場合、マザーボードの選択はパフォーマンスの向上に大きく影響します。X570マザーボードのエコシステムは、前世代のX470モデルと比較して高価ですが、AMDによると、Ryzen 3000シリーズプロセッサはX470マザーボードを使用すれば標準設定でフルパフォーマンスで動作します。PCIe 4.0インターフェースへのアクセスが犠牲になるだけです。
X570チップセットは、Ryzen 3000シリーズプロセッサに搭載されている12nm I/Oダイの14nmバリアントであり、その技術を巧みに再利用することでコスト削減を実現しています。このチップセットもAMDが完全生産していますが、X470チップセットはASMediaが供給しており、ASMediaはRyzen 3000シリーズプロセッサ向けチップセットの一部生産を継続すると発表しています。AMDは、メモリコントローラの周波数向上の可能性を活用するため、プロセッサのインパッケージI/Oダイにはより小型の12nmプロセスを採用しています。これによりメモリデータ転送速度が向上しますが、チップセットダイにはメモリコントローラを無効化した、より経済的な14nmバリアントを採用しています。
ほとんどのX570マザーボードには、チップセットをアクティブに冷却するためのファンが搭載されており、X470チップセットの消費電力6Wに対して、現在では約11～15Wにまで低下しています。これは、PCIe 4.0インターフェースがフル負荷時に大量の電力を消費するためです。このような小型ファンは騒音が大きい傾向がありますが、当社のマザーボードチームはX570マザーボードの第一弾レビューに鋭意取り組んでおり、より詳細な情報を提供できる予定です。
Ryzen 3000シリーズチップは、AM4ソケットを搭載したほとんどの旧世代マザーボードと互換性がありますが、一部のアップデートはベンダーの裁量に委ねられています。そのため、すべてのX370およびB350マザーボードに新しい第3世代Ryzenチップを搭載することはできず、A320のアップグレードパスは完全にブロックされています。BIOSアップデートの適用はベンダー間で不均一であり、各製品スタック内の異なるマザーボード間でも不均一であるため、X370またはB350マザーボードのCPUサポートリストを確認し、第3世代Ryzenをサポートしていることを確認する必要があります。
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X470およびB450マザーボードは依然として市場に多数出回っていますが、サプライチェーン上にしばらく流通しているマザーボードの中には、第3世代Ryzenプロセッサを搭載する前にBIOSアップデートが必要となるものもあります。過去の事例からもわかるように、Ryzenプロセッサを搭載していない場合や、BIOS Flashbackのような帯域外BIOSアップデート機能が搭載されていないマザーボードでは、必ずしもアップデートが不可能な場合があります。AMDはまた、Ryzen 3000プロセッサを標準搭載するすべてのマザーボードに、アップデートを簡素化するための新しいバッジが付属すると発表しました。
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ポール・アルコーンはTom's Hardware USの編集長です。CPU、ストレージ、エンタープライズハードウェアに関するニュースやレビューも執筆しています。
