IntelがUnderfox経由で最近公開した特許は、同社の将来のグラフィックスアクセラレータ設計の要となる可能性があり、マルチチップモジュール（MCM）アプローチを採用しています。Intelは、複数のグラフィックスプロセッサが連携して単一のフレームを提供すると説明しています。Intelの設計は、ワークロードの階層化を示唆しており、主要なグラフィックスプロセッサが全体のワークロードを調整します。そして同社は、MCMを全体的なアプローチとして位置づけ、パフォーマンスの無限の追求におけるダイサイズの拡大によって生じる製造性、拡張性、電力供給の問題からシリコン設計者を解放するための必須ステップとして位置付けています。
Intelの特許によると、複数のグラフィックス描画呼び出し（命令）が「複数」のグラフィックスプロセッサに渡されます。その後、最初のグラフィックスプロセッサは基本的にシーン全体の初期描画パスを実行します。この時点では、グラフィックスプロセッサは可視性（および遮蔽）データを作成しているだけで、何をレンダリングするかを決定しています。これは、現代のグラフィックスプロセッサでは高速な処理です。次に、この最初のパスで生成されたタイルの一部が、他の利用可能なグラフィックスプロセッサに送られます。この初期可視性パスに基づいて、各グラフィックスプロセッサは、各タイルに含まれるプリミティブや、レンダリング対象がない場所などを示す、タイルに対応するシーンを正確にレンダリングする役割を担います。
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したがって、Intel はタイルベースのチェッカーボード レンダリング (今日の GPU で使用されている機能) と分散頂点位置計算 (初期フレーム パス外) の統合を検討しているようです。最終的に、すべてのグラフィック プロセッサがパズルのピースである 1 フレーム (シェーディング、ライティング、レイトレーシングを含む) をレンダリングすると、それらの貢献がまとめられ、最終画像が画面に表示されます。理想的には、このプロセスは 1 秒間に 60 回、120 回、または 500 回実行されることになります。このように、マルチダイ パフォーマンスのスケーリングに対する Intel の期待が明らかにされています。次に、Intel は、SLI または Crossfire モードで動作する AMD および Nvidia グラフィック カードのパフォーマンス レポートを使用して、従来のマルチ GPU 構成における潜在的なパフォーマンス向上を示しています。ただし、もちろん、そのパフォーマンスは常に本格的な MCM 設計よりも低くなります。
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しかし、Intelの特許はアーキテクチャレベルの詳細については曖昧であり、可能な限り広範囲をカバーしています。これはこの分野ではよくあることです。例えば、複数のグラフィックプロセッサが連携して動作する設計や、グラフィックプロセッサの一部のみを含む設計も可能としています。この手法は、「シングルプロセッサのデスクトップシステム、マルチプロセッサのワークステーションシステム、サーバーシステム」に加え、モバイル向けのシステムオンチップ（SoC）設計にも適用されます。Intelが「具体化」と呼ぶこれらのグラフィックプロセッサは、RISC、CISC、またはVLIWコマンドからの命令を受け入れるとさえ説明されています。しかし、IntelはAMDの戦略をそのまま取り入れているようで、MCM設計の「ハブ」機能には、メモリとI/Oコントローラを集約した単一のダイが含まれる可能性があると説明しています。
半導体の小型化のペースが鈍化し（そして今後も鈍化し）、企業は良好な歩留まりを維持しながら性能を拡張する方法を模索せざるを得ません。同時に、アーキテクチャの革新も求められ、半導体製造プロセスはますます複雑化、特殊化しています。必要な製造工程数、マスク数が増加し、最終的には極端紫外線リソグラフィー（EUV）アプリケーションの統合が進んでいます。私たちはここしばらく、この方程式の収穫逓減の法則に悩まされてきました。トランジスタ密度を高めることはますます困難になり、ダイ面積をさらに拡大するとウェーハ歩留まりに悪影響が出るからです。唯一の解決策は、複数の小型ダイを組み合わせることです。完全に機能する800mmのダイを1つ作るよりも、400mm角のダイを2つ作る方が簡単です。
例えばAMDは、MCMベースのRyzen CPUで第一世代以来大きな成功を収めてきました。同社は現在もMCMベースのGPUを提供していますが、次世代のNavi 31とNavi 32にはその技術が搭載される可能性があります。また、Nvidiaも、新しいComposable On Package GPU（COPA）設計アプローチに従い、将来のグラフィックス製品向けにMCM設計を積極的に検討していることがわかっています。この競争は、AMDがZenを発表する前から長い間続いていました。MCM GPU設計を最初に導入する企業は、高い歩留まりがより高い利益、またはより低い市場価格を促進するため、競合他社に対して優位に立つはずです。そして、近い将来、AMD、Intel、Nvidiaの3社すべてが同じTSMC製造ノードを契約することになるため、わずかな優位性でも市場に大きな影響を与える可能性があります。
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Francisco Pires 氏は、Tom's Hardware のフリーランス ニュース ライターであり、量子コンピューティングに関心を持っています。
