AMDがZen 3を正式発表：Ryzen 5000はIPC19%向上、1080pゲームでの優位性を約束

画像

1

の

2

AMDはZen 3マイクロアーキテクチャに関する多くの新たな詳細を共有したが、同社は今後の説明会でさらに多くの情報を共有すると述べている。

AMDは、Zen 2アーキテクチャの抜本的な再設計と称する作業に着手し、全く新しいマイクロアーキテクチャから通常期待されるような性能向上を実現しました。実際、同社のIPCは約19%向上しており、「Zen後」世代（Zen+、Zen 2）における単一世代としては最大のIPC向上となっています。近年、Intelのデスクトップチップでもこれほど大幅なIPC向上は見られていません。初期のSkylakeアーキテクチャでは同様の性能向上が見られましたが、それ以降の性能向上はほぼ横ばいとなっています。

AMDは、2つの8コアチップを4.0GHzで固定し、25のワークロードを測定した幾何平均を算出することで、19%というIPCという数値を導き出しました。この驚異的なIPC向上を実現するには、キャッシュサブシステム、フロントエンド、分岐予測器、実行エンジン、ロード/ストア要素など（これらに限定されません）を含む、設計のフロントからバックまで、一連の変更が必要でした。これらはすべて、シングルスレッド性能の向上と命令レベル並列性（ILP）の向上に重点が置かれています。その結果、シングルスレッドとマルチスレッドの両方の整数および浮動小数点ワークロードにおいて、全体的に性能が向上しました。ただし、AM4ソケットによって課せられる142Wの電力制限により、一部のマルチスレッドワークロードでは性能向上の範囲が制限されます。

プロセスノードに関しては、AMDはRyzen XTシリーズで使用したのと同じTSMC 7nmの強化版を使用していると述べていますが、詳細はまだ明らかにしていません。AMDは7nm向けに「独自のレシピ」を使用していると依然として述べていますが、TSMCの7nm+（EUVノード）は使用していないと明言しています。つまり、AMDはZen 2の標準N7を改良設計ルールで使用しているか、チップがN7Pノードを使用していることを意味します。 

AMD の最終目標は、すべてのワークロードで「文句なしのクラス最高のパフォーマンス」を実現することであり、ゲームパフォーマンスは特に重点が置かれていたため、キャッシュ階層が変更されました。 

Zenアーキテクチャの大きな変更については、1年前、偶然AMDのプレゼンテーション資料に掲載された情報から知ることができました。これは設計における最も重要な変更点の一つです。Zen 2プロセッサと同様に、Zen 3は12nmプロセスによるI/Oダイと、1つまたは2つのチップレットを組み合わせたMCM（マルチチップモジュール）を採用しています。上の画像では、大型のI/Oダイと、8コアの小型チップレット2つが確認できます。 

Zen 3 Ryzen 5000チップのうち、6コアまたは8コアのチップにはチップレットが1つ搭載されていますが、12コアまたは16コアのチップにはチップレットが2つ搭載されています。これも、AMDがZen 2アーキテクチャで採用したアプローチと同じです。

しかし、各チップレットの内部設計は劇的に変化しました。Zen 2アーキテクチャ（左）では、各Zenコンピューティングチップレット（CCD）には2つの4コアクラスターが搭載され、それぞれ独立した16MBのL3キャッシュスライスにアクセスしていました。つまり、チップレット全体では32MBのキャッシュを搭載していたものの、分割設計のため、すべてのコアがチップレット内のすべてのキャッシュに均等にアクセスできるわけではありませんでした。

隣接するL3キャッシュスライスにアクセスするには、コアはInfinityファブリックを経由してI/Oダイにリクエストを発行し、他のクアッドコアクラスタと通信する必要がありました。I/Oダイは、同じチップレット内であっても、リクエストを2つ目のクアッドコアクラスタにルーティングしました。リクエストを処理するには、データはファブリックを経由してI/Oダイに戻り、さらにクアッドコアクラスタに戻る必要がありました。

スライドの右側では、チップレットに32MBの統合型L3キャッシュが1つ搭載され、チップレット内の8つのコアすべてが共有キャッシュにフルアクセスできるようになっていることがわかります。これにより、コア間キャッシュレイテンシだけでなく、チップレット内のコア間レイテンシも改善されます。

8つのコアすべてが単一のコンピューティングチップレット内のL3キャッシュにアクセスできますが、デュアルチップレットのZen 3チップでは、コアがもう一方のチップレットとそのL3キャッシュと通信する必要がある場合もあります。その場合、コンピューティングチップレットからのリクエストは、I/Oダイを経由した信号を介してInfinity Fabricを通過する必要があり、レイテンシが発生します。

それでも、各チップレット内の2つの4コアクラスター間の外部通信レイヤー全体が削除されたため、Infinity Fabricのトラフィックは当然ながら大幅に減少します。これによりファブリック上の競合が減少し、スケジューリングとルーティングが簡素化されるだけでなく、このタイプのトラフィックに利用可能な帯域幅も増加する可能性があります。これらの要因により、2つの8コアチップレット間の転送速度（つまり、レイテンシの低減）が向上し、I/Oダイのオーバーヘッドも一部削減される可能性があります。他にも、特にメインメモリのレイテンシに関してメリットがあるのではないかと考えますが、AMDからの詳細な発表を待ちたいと思います。ただし、デフォルトのファブリック速度は変更されていないことは分かっています。 

ゲームはメモリサブシステム、つまりオンダイキャッシュとメインメモリ（DDR4）の両方に大きく依存しているため、これらすべてが重要です。利用可能なキャッシュリソースプールが大きいほど、より多くのデータをコアの近くに保持できるため、メインメモリへの高レイテンシアクセスが削減されます。さらに、キャッシュレイテンシが低いほど、コアがL3キャッシュと通信する時間が短縮されます。この新しい設計は、ゲームなどのレイテンシに敏感なアプリケーション、特にキャッシュに頻繁にアクセスする主要なスレッドがある場合（よくあることですが）、非常に大きなメリットをもたらします。 

当然のことながら、Infinity Fabricのトラフィックが減少することで電力効率は向上しますが、それはAMDがこのアーキテクチャから得たワット当たり性能の向上のほんの一部に過ぎないでしょう。IPCの向上やその他のSoCレベルの最適化がここに影響しているのは明らかです。それでも、最終的な結果として、AMDはRyzen 3000チップと同じTDPの熱的および電気的特性を維持しながら、より高いパフォーマンスを実現できたのです。 

画像

1

の

2

AMDは、消費電力は1ワットも増加していないと発表しています。AM4ソケットの最大消費電力は依然として142Wです。これは当然のことながら、効率性が大幅に向上することを意味します。AMDの上記のグラフは、第1世代Ryzen 7 1800Xと比較したものですが、7nmのZen 2アーキテクチャへの移行により、2倍の改善が見られます。この世代のチップでは、従来の14nmプロセスから7nmプロセスに移行したことを考えると、これはそれほど驚くべきことではありません。 

より重要な削減は、「同じ」7nmノードからより高い効率を引き出すことによるものですが、これははるかに困難であり、より優れた設計手法とアーキテクチャの改善の両方を組み合わせる必要があります。これらの要因の結果として、AMDはRyzen 9 5900Xで、Zen 2搭載のRyzen 9 3900XTと比較して、世代間でさらに24%の効率向上を実現したと述べています。これもまた印象的です。Intelの最新のComet Lakeチップは、消費電力をかなり増やす必要があったにもかかわらず、パフォーマンスの向上ははるかに低かったのです。

考え 

画像

1

の

3

AMD の Zen 3 は Zen マイクロアーキテクチャの 4 番目のバージョンであり、Ryzen が市場に登場してからわずか 4 年間にわたって、絶え間なくオンタイムの最適化が続けられた結果、苦戦を強いられていた Intel からついにパフォーマンスの王座を奪い取ったようです。 

AMDの性能主張が完全に実現しなくても、最悪の場合でも、製品スタックの複数のポジションでゲーミング性能が同等になる可能性はある。しかし、AMDにとって必要なのはそれだけだ。同社のRyzenプロセッサは、愛好家にとって重要な他のほぼすべての指標で既にトップに立っている。より小型で高密度な7nmプロセスノードと、洗練され成熟したZen 3アーキテクチャを組み合わせることで得られる、消費電力、コスト、効率、冷却のメリットは、もはや無視できない。

Zen 3が期待通りの性能を発揮すれば、AMDにとって唯一の制約はTSMCの生産能力になりそうです。AMDは、少なくともRocket Lakeが登場するまでは、生産したRyzen 5000チップをすべて販売するでしょう。また、Intelの新しい14nm設計がAMDの7nmチップに追いつくかどうかはまだ分かりません。AMDの500シリーズおよび400シリーズのマザーボードパートナーのエコシステムには、比較的手頃な価格の選択肢が豊富にあるため、マザーボードの供給に問題が生じるとは考えられません。

その点では、AMDは発売時にRyzen 5000チップの需要が間違いなく高まると予想されます。同社は、NVIDIAの悪名高いAmpereの発売を悪化させた、購入ボットによる問題を回避するために小売業者と協力していると述べています。また、AMDも発売時の品不足から逃れられず、Ryzen 9 3950Xは発売後数ヶ月間は比較的入手が困難でした。

AMDの発表は、少なくともパフォーマンスデータの観点からはフラッグシップチップに焦点が当てられており、これは良いビジネス判断と言えるでしょう。しかし、シングルダイのRyzen 5および7プロセッサは、その価格帯では並外れたパフォーマンスを発揮すると期待されます。繰り返しになりますが、AMDの在庫確保能力は極めて重要です。同社はRyzen 3 3300Xおよび3100チップの深刻な品不足に悩まされており、発売から5ヶ月も経った今でも小売店から品薄状態が続いています。

市場シェアの拡大という点では、AMD の Zen 3 チップは明らかに愛好家や DIY 層で比類のない普及率を享受するでしょうし、Zen 3 ベースの APU (まだ明確なタイムラインはありません) の登場により、OEM 市場での魅力が広がるでしょう。 

AMDがZen 3アーキテクチャをThreadripperラインナップに加えたら、一体どんなことが可能になるのか想像するだけでも恐ろしい。Intelの競合製品Cascade Lakeチップは、HEDTセグメントで既に圧倒的な差をつけられており、業界筋によると、次世代Intel HEDTプラットフォームは開発中止になったという。AMDは次世代Threadripperチップのタイムラインをまだ発表していないが、Threadripperが既に圧倒的なリードを誇っていることを考えると、次世代Threadripperチップが切実に必要とされているのかどうかは不明だ。

IntelはRocket Lakeチップを2021年第1四半期の発売に向けて準備を進めていますが、それはホリデーシーズンのずっと後になります。5年ぶりとなるデスクトップPC向けのIntel初の新マイクロアーキテクチャを搭載するかどうかに関わらず、ホリデーシーズンの買い物客がRocket Lakeを待ち望むとは考えにくいでしょう。結局のところ、デスクトップPC向け10nmチップを経済的に生産できないというIntelの不手際が、ついに露呈したのです。2021年にまたしても14nmチップ（Rocket Lake）を投入するということは、Intelがいかに遅れをとっているかを如実に物語っています。

いつものように、今のところAMDの新チップを評価するにはマーケティングデータしかなく、最終的な判断基準は常に私たちのラボに届くシリコンにあります。しかしながら、Zen 3の発表には感銘を受けずにはいられません。もしZen 3が期待通りの性能を発揮すれば、Athlon 64時代以来、AMDが圧倒的な優位性を築くことになるかもしれません。

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。