AMDのRyzen 3000シリーズプロセッサは2ヶ月前に登場し、実世界におけるパフォーマンスの驚異的な向上と、価格対性能比の劇的な向上によって価格体系を覆しました。しかし、多くのユーザーが定格のブースト速度を得られていないという報告があり、発売は暗い影を落としています。AMDは今週、ファームウェアに特定の状況でパフォーマンスを低下させる問題が見つかったこと、そして9月10日に修正版をコミュニティに公開することを発表しました。
興味深いことに、インテルはその後、AMD がチップの周波数を下げる理由は明らかに信頼性にあるが証明されていないと主張するレポートを引用し、この問題についてさらに追及した。
Ryzenのクロック周波数と寿命の関係についてIntelが主張していた内容については、既に調査を進めており、AMDからもファームウェアに問題があることを認める前にコメントを得ていました。本日は、これらの主張を調査するために実施したテストの一部をご紹介します。
Ryzen 3000の寿命に関する懸念
Ryzen 3000プロセッサのブースト動作については既に調査を行っており、その過程でAMDによって確認されたいくつかの重要な発見がありました。最も重要な発見は、Ryzen 3000シリーズプロセッサには高速コアと低速コアが混在しており、すべてのコアが定格のシングルスレッドブースト周波数に到達できるわけではないということです。また、Ryzen対応の新しいWindows 10スケジューラは、スレッド数の少ないワークロードで最も高速なコアをターゲットにしていることもわかりました。
伝説のオーバークロッカーであり、ASUSのエンジニアでもあるシャミーノ氏がOverclock.netフォーラムに投稿したコメントに基づき、この問題をさらに調査することにしました。このコメントは、上記のスライドでIntelが引用した記事のきっかけとなったものと同じです。シャミーノ氏によると、AMDは長期的な信頼性指標を自社の期待に沿わせるためにブースト周波数を引き下げたとのことです。
新しいBIOSが出るたびに、ブーストに関する質問が何度も繰り返されます。AGESAの1003のブースト状態を変更する新しいバージョンはテストしていません。1004でさえも同様です。変更点があれば、具体的に述べます。以前はブーストに関してアグレッシブすぎる対応をしていましたが、現在のブースト動作は長期的な信頼性に対する彼らの自信に沿ったものであり、このスタンスに変更があったという話は聞いていません。ただし、将来的に「よりカスタマイズ可能な」バージョンが登場するという話は聞いています。
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注目すべきは、シャミノ氏がこの発言を自身のプライベートフォーラムアカウントから行った点です。そのため、AMD、あるいはASUSがチップの寿命を延ばすためにブースト周波数を下げたかどうかについて、これを決定的な発言と捉えることはできません。これはおそらくシャミノ氏の意見でしょう。また、シャミノ氏はAMDが将来的にブーストメカニズムの「よりカスタマイズ可能な」バージョンを提供する可能性があると主張しましたが、それが既存の設定にどのように変更されるかは不明です。
しかし、Shamino 氏のコメントは、正体不明のマザーボード ベンダーに勤務する著名なハードウェア評論家であり愛好家コミュニティのメンバーでもある The Stilt 氏の以前の投稿により、さらに興味深いものになっています。
[...]Ryzen 3000 SKUの元の制限は次のとおりでした:- 3600 = 4100MHz (80-95°C) / 4200MHz (< 80°C)- 3600X = 4200MHz (80-95°C) / 4400MHz (< 80°C)- 3700X = 4200MHz (80-95°C) / 4400MHz (< 80°C)- 3800X = 4300MHz (80-95°C) / 4550MHz (< 80°C)- 3900X = 4400MHz (80-95°C) / 4650MHz (< 80°C)その後、高温制限はさらに75°C (80°Cから)に引き下げられたようです。新しいSMU には「MiddleTemperature」制限も導入されていますが、PBO が有効になっていると無効になります。HWInfo ではこれらの制限 (融合された値) も表示できます。
Stiltは、AMDがブースト動作の温度閾値を80℃から75℃に引き下げたと主張しました。これにより、チップが高温になった際にブースト動作が抑制されます。これはチップの経年劣化の性質上、重要な違いですが、ここではできるだけ分かりやすく説明します。
十分な時間があれば、世界最大の山でさえ浸食されます。CPU内部の、想像を絶するほど小さなナノメートルサイズのトランジスタを拡大して見てみましょう。これらのトランジスタは毎秒数十億回（5.0GHzでは毎秒50億サイクル）の高速スイッチングをしており、最適な動作条件下でも浸食されることは容易に理解できます。トランジスタを接続する非常に微細な配線（ワイヤー）も同様です。
電流や熱密度の増加など、いくつかの要因は摩耗速度を速め、エレクトロマイグレーション（電子が電気経路をすり抜ける現象）を加速させます。周波数を上げるとチップに供給される電力が増加し、発熱量も増加するため、一般的に周波数が高くなると経年劣化が加速し、寿命も短くなります。これらの問題は、チップ内部のトランジスタが小型化（AMDは7nmプロセス、Intelは10nmプロセス）するなど、微細化が進むほど顕著になります。これは、チップがより小さなトランジスタとインターコネクトにより多くの電流を流すようになるためです。
冷蔵庫の中の牛乳パックのように、チップにも使用期限があります。その使用期限を予測し、ある程度の精度で管理するのが、優秀な半導体エンジニアの仕事です。しかし、工場から出荷されるシリコンチップ一つ一つがそれぞれ異なる特性を持っていることを考えると、これは容易なことではありません。トランジスタを高周波数・高温度でスイッチングさせると、チップ自体とその周囲の構造の摩耗速度が速まるため、これはエンジニアがチップの寿命を管理するために用いる主要な手段の一つです。
つまり、頻度を減らすと老化のプロセスを遅らせ、寿命を延ばすことができます。
つまり、AMDが新しいBIOSバージョンで周波数を下げたのは寿命に関連しているというシャミノ氏の仮説は、論理的な結論と言えるでしょう。また、高温時に周波数を下げるために温度しきい値が変更されたというThe Stilt氏の主張も、非常に妥当性が高いと言えます。なぜなら、これはプロセッサが経年劣化（発熱と電力消費の増加）に対して最も脆弱な時期における摩耗率の低下にもつながるからです。しかし、AMDからの適切な説明がなければ、これが今回の変更の主要因なのか、それともより複雑な方程式の一側面なのか、それとも全く関係がないのかは分かりません。
2019年8月27日、AMDにコメントを求め、AMDが新しいマザーボードファームウェアでRyzen 3000のブースト周波数を低速化して、製品寿命要件を満たしたかどうかを尋ねました。AMDは2019年8月28日に以下の公式声明を発表しました。
AMDは、これまですべてのプロセッサと同様に、AGESAのアップデートでも改善と最適化を提供することに尽力しています。現在、お客様とパートナーの皆様にはAGESA 1003ABBが最新リリースとして提供されています。以前お知らせしたとおり、今後のAGESAバージョンで機能強化が利用可能になった際には、アップデート情報を提供いたします。
覚えておいてください、私たちがこの声明を受け取ったのは、AMDがファームウェアに問題を発見したことを明らかにする前、そしてIntelが発表資料でこの報告を引用する前でした。AMDの声明が私たちの疑問に全く答えていないことは注目に値します。
AMDからこの件について公式な説明を得ようと試みたが行き詰まり、残された唯一の方法は、様々なファームウェアリビジョンにおける温度閾値の変更をテストして確認することだった。CPUにはSSDのような摩耗インジケーターがないため、信頼性への影響を検証することはできない。しかし、最も論理的な出発点は、動作をブーストするための意図的な変更があったかどうかを判断することだ。
Ryzen 3000 の BIOS および SMU バージョン別のブースト周波数温度制限
繰り返しになりますが、これらのテストは、Ryzen プロセッサのブースト温度しきい値に意味のある変更があったかどうかを確認することに厳密に限定されています。
最初のステップは、温度設定の変化が確認できるかどうかを確認することです。そのために、HWInfoを使用してCPUの高温クロック制限を確認しました。グラフからわかるように、このしきい値は75℃ではなく80℃と表示されています。複数のマザーボード、複数のチップを搭載した複数のバージョンのマザーボードファームウェアをテストしましたが、すべての構成で同じ80℃の温度制限が表示されました。
これは、この値が製造時にチップにプログラムされ、ヒューズ値として組み込まれているためです。これらの測定値は、AMDが少なくともある時点で、チップが80℃に達するまで通常のパラメータ内でブーストし続けることを意図していたことを証明しています。しかし、チップが実際に使用する設定は明らかにされていません。
システム管理ユニット（SMU）はプロセッサ内部の小型ユニットで、チップ内の複数のパラメータを変更でき、高温制限を含む複数のパラメータをオーバーライドできます。しかし、これらのオーバーライド値はユーザーや監視ツールには公開されないため、実際に使用されている値を確認することはできません。SMUはBIOSアップデートプロセス中にインストールされる複数のバージョンに更新されており、AMDはRyzen 3000の発売前後で複数のSMUバージョンをリリースしています。最新バージョンでは、変更された温度制限が採用されているとされています。
温度しきい値の変更は SMU ブラック ボックスの背後に隠されたままなので、AMD が調整を行ったことを証明するにはいくつかの実験を行う必要があります。
テストにはGigabyteのX570 Aorus Masterを使用しました。他の多くのマザーボードベンダーとは異なり、Gigabyteは発売前にレビュアーに配布されたNPRP（AMD承認）BIOSを現在も公開しています。また、同社のウェブサイトには、オリジナルのBIOSリリースと最新版が掲載されています。さらに、同社は最近Overclock.netにベータ版BIOSを公開しており、こちらもテストする予定です。
Ryzen 7 3700Xの最大ブースト周波数4.4GHzは、F4 BIOSで一瞬現れましたが、このブーストはあまりにも短時間で発生し、ほとんど意味をなさないものでした。それどころか、チップのピーククロックは、どのBIOSリビジョンでも4.375GHzが最も多く見られました。
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| ギガバイト BIOS リビジョン | 最大記録周波数 | SMUバージョン | アゲサ |
| F4 | 4.4GHz | 46.32.0 | 1.0.0.3 |
| N11 (レビュアーのBIOS) | 4.375GHz | 46.37.0 | 1.0.0.2CA |
| F5 | 4.375GHz | 46.40.0 | 1.0.0.3ABB |
| F5P | 4.375GHz | 46.40.0 | 1.0.0.3ABB |
関係筋によると、80℃の制限を設けたSMUリビジョンは、レビュー担当者に提供されたBIOSバージョンを含め、公開されたことは一度もなかったという。しかし、AMDはバージョン46.37.0で温度しきい値を75℃に調整した後、SMUバージョン46.38.0と46.39.0でも温度制限を調整し続け、徐々に制限を下げてきた。これらの変更は最新のバージョン46.40.0にも引き継がれるはずだ。
テスト結果は他のマザーボードでは異なる場合があり、ブースト時の挙動はチップの品質によって異なる可能性があることに留意してください。ただし、AMD提供のサンプルによるこれらの結果は、今回の目的には十分であると思われます。
Ryzen 3000のブースト周波数の温度限界をテスト
テスト自体はシンプルです。Corsair H115iのすべてのファンとポンプをフルスピードで稼働させた状態でテストを開始しました。次に、シングルスレッドのCinebenchテストを開始し、Ryzen 7 3700Xサンプルで達成可能な最大ブーストを明らかにしました。このテストは、チップがワークロード中に「自然な」状態に落ち着くまで60秒間実行した後、ファンとポンプを外し、チップの温度を95℃まで上昇させました。これはAMDの7nmプロセッサの最大温度定格であり、前世代の100℃と比較して低い範囲です。つまり、AMDはそれほど多くの熱的余裕を持っていないということです。
この試験技術により、温度上昇に伴う周波数の変化を記録できます。全てのパラメータを分離するために最善を尽くしました。この試験の性質上、冷却ソリューションや周囲温度は考慮していません。前回の記事（1ページ下部）で概説した一般的な試験方法に従いました。
F4 BIOSを使ったテスト結果をご紹介します。これは発売前に公開されていた、Ryzen 3000対応のオリジナルBIOSです。テスト結果を拡大表示し、実行開始から100秒をカットし、周波数軸と温度軸の両方を制限していることにお気づきでしょう。ゼロ以外の軸を使うとパフォーマンスの差が誇張されてしまう可能性があるため、あまり使いたくありません。しかし、テストの特定の部分におけるクロックレートの比較的小さな変動を詳しく調べる必要があるのです。この記事の後半では、同じテストのフルレングスのグラフをゼロ軸で掲載します。
左軸に8つのコアすべての周波数を、右軸に温度をプロットしました。温度は上昇する赤い線で示し、注目すべき温度である75℃と80℃に最初に達した箇所を示すマーカーを追加しました。このBIOSには、AGESAバージョン1.0.0.3とSMUバージョン46.32.0が付属しています。75℃に達した後、温度が短時間変動していることがわかりますが、75℃を2秒以上超えるとチップは約4.125GHzにダウンシフトします。
AMDはコンピューティングダイ全体に数千個の温度センサーを配置しているため、ブースト動作に影響を与える可能性のある局所的なホットスポットの記録は確認されていません。また、個別のテスト間では実行ごとに多少のばらつきがありますが、このパフォーマンス傾向は持続しています。
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こちらは、Ryzen 3000のテスト用にレビュアーに提供されたN11 NPRP（AMD承認）「レビュアーBIOS」の4回の実行結果です。このBIOSは、1.0.0.2 CA AGESAコード（そうです、初期BIOSよりも古いAGESAです）と46.37.0 SMUリビジョンを組み合わせています。マザーボードベンダーはレビュアーにこれらのBIOSバージョンをテスト用に推奨していましたが、私たちを含め、ほとんどのメディアは、発売前の最後の数時間で提供された新しいAGESA 1.0.0.3 BIOSバージョンを選択しました。
Gigabyte が公開している N11 NPRP BIOS で SMU バージョンを指定していることは注目に値しますが、念のため、公開されている BIOS (下 2 つの結果) と、SMU バージョンが記載されていない AMD がホストするレビュー担当者向けダウンロード フォルダーに含まれる BIOS (上 2 つのテスト実行) の両方でテストしました。公開されている N11 BIOS (下左) で実行した 1 回の実行では、75C のしきい値を超えた後もそれほど積極的なブースト動作は見られませんでしたが、次の実行 (右下) では AMD ポータルで提供されている BIOS と同じ動作が見られました。つまり、これは実行ごとのばらつきによるものと考えられます。
いずれにせよ、この傾向は否定できません。F4 BIOSとは対照的に、N11 BIOSを搭載したRyzen 7 3700Xは、75℃のしきい値に達した後も4.2GHz以上を維持し、ピーククロックは実行ごとに変動します（4.25GHzから4.225GHz）。チップが80℃のしきい値を超えてからピーククロックが4.2GHzまで低下します。つまり、このBIOSは、長時間のワークロードにおいて以前のバージョンよりも高速であることを意味します。
クロック速度の向上は225MHzから250MHzと比較的小規模ですが、Der8eurの調査で明らかになったように、ピーク速度に達していない多くのユーザーは、このわずかな差によってパフォーマンスが低下しています。これらの差は比較的小さいとはいえ、1秒あたり2億2500万サイクルから2億5000万サイクルという差があり、これは約4秒間で10億サイクルの増加に相当します。さらに、トランジスタとインターコネクトは3年間の保証期間中にさらに多くのサイクルを消費することになります。
言い換えれば、高熱／高電流密度のピークストレス時に発生するこれらの小さな変化が、長期的な信頼性に大きな影響を与える可能性があると想定するのは妥当でしょう。もちろん、これが温度閾値調整の意図であるとは限りませんが、可能性としてはあり得ます。また、AMDはブーストアルゴリズムを調整することで、より的を絞った有効パフォーマンス範囲を提供しているだけであり、これらの変化は信頼性指標とは全く関係がない可能性もあります。
次のステップは、BIOSの現在の状態を確認することです。ここでは、Gigabyteの最新BIOS、AGESA 1.0.03 ABBを搭載したF5 BIOSをテストしています。GigabyteのWebサイトではSMUリビジョンは明記されていませんが、これは46.40.0です。チップの温度が76℃に達した後、4.2GHzまで低下し、80℃を過ぎてもその状態を維持していることがわかります。
これは、N11 の「レビュー担当者用 BIOS」とは明らかに異なり、あまり望ましくありません。つまり、スレッド数が少ないワークロードではチップの動作が遅くなり、チップの温度が 75 度を超えるとピーククロックに達しません。
最後に、Gigabyteが数日前にOverclock.netに投稿したベータBIOS、F5Pの結果です。この最新リビジョンをテストし、AGESA修正前の最後のBIOSとなるであろうこのBIOSに目に見える変化があるかどうかを確認しています。チップは77℃を5秒間超えるまで4.2GHz以上を維持します。繰り返しますが、これはレビュー用BIOSよりも遅いです。
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お約束通り、「ゼロ」軸のアルバムをお届けします。前述の通り、全体的な視点から見るとこれらの差は小さいように見えるかもしれませんが、長期的な信頼性の観点からは非常に大きな影響を与える可能性があります。また、これらの小さな差の多くは、AMDのお客様から寄せられた様々なブーストクロックレポートの代表的なものです。
考え
インテルがこれらの変更についてAMDを攻撃したとして非難するのは簡単です。特に、インテルが引用しているレポートが根拠のないものであることを考えればなおさらです。AMDとインテル、そして他の多くの企業による、好ましくないマーケティング戦略は目にすることに慣れていますが、インテルは、証明されていない理論を自社のロゴと共に宣伝することは本質的に危険であることを認識すべきです。それは、実際には何の根拠もないかもしれないレポートに信憑性を与えてしまうからです。インテルは、競合製品の信頼性に疑問を投げかけるような発言には、実証済みの指標を裏付けるよう努めるべきです。
インテルは、ゲーミング分野では依然としてパフォーマンスのリーダーシップを維持していると強調していますが、Ryzenはハイボリュームのミッドレンジで最も大きな力を発揮しており、そこではインテルは同等の優位性を発揮できません。Core i9-9900KSはほとんどのワークロードで強力なパフォーマンスを発揮すると期待されていますが、ミッドレンジにおけるインテルの弱点を補うものではありません。これらの弱点は、結局のところ、利益率維持のために機能を絞り込んできたことに尽きます。インテルがミッドレンジ向けの新ラインナップを発表した際に、この応酬が繰り広げられるのを見るのは楽しみです。
マーケティング上のゴタゴタはさておき、AMDが信頼性指標を抑制するために温度制限を調整したかどうかは判断が難しい。しかし、当社のテストでは、同社が当初75℃に制限を引き下げた後も、変更が加えられていることが確認されている。また、「レビュー担当者用BIOS」は最新リリースよりも高速で、より高いブーストクロックを長時間維持できることは間違いない。多くのチップはN11の「レビュー担当者用BIOS」を使用してもブースト時の潜在能力を最大限に発揮していないため、AMDの修正案は、当初の80℃というブースト温度制限に戻すことにあるのかもしれない。ただし、この制限は公式には実環境で確認されていないとのことだ。
AMDがチップの信頼性予測に合わせるために閾値を調整したとしたら（これは大きな「もし」ですが）、80℃の制限に戻れば故障率は上昇するでしょう。しかし、だからといってRyzenチップが大量に故障するわけではありません。チップの寿命は、RMA（交換修理）数を許容可能なレベルに維持するために厳密に管理されており、通常は企業への財務的影響によって決定されます。変更は、最終的には時間の経過とともに故障数を比較的わずかに増加させる可能性があります。現時点では、Ryzenブランドへのダメージは言うまでもなく、虚偽広告に対する集団訴訟よりも、故障率がわずかに増加する方がはるかに望ましいでしょう。
また、AMD の故障率計算は、同社が Windows 10 スケジューラを使用して、ワークロードをより高速なコア (オペレーティング システムが優先コアと見なす) にターゲット設定していることを考えると、非常に複雑である可能性が高いです。
基本的な事実として、一部のコアは他のコアよりも早く摩耗します。特に、他のコアよりも頻繁に使用されている場合、その傾向は顕著です。コアはアクティブでないときには低電力状態/低周波数に切り替わることが多く、摩耗を軽減する点に留意してください。しかし、スケジューラが特定のRyzenコアを他のコアよりも優先的にターゲットとするため、他のコアよりも常にアクティブなコアの摩耗が早まる可能性があります。IntelもTurbo Boost 3.0機能で同様の戦略を採用しているため、これは全く未知の領域ではありませんが、非常に複雑な故障率マトリックスに影響を与える要因であることは間違いありません。（偶然にも、次期Windows 10 Insiderビルドには、パフォーマンスと信頼性を向上させるために、優先コア間でワークロードをより効率的にローテーションするスケジューラの別の変更が含まれていますが、これがRyzenプロセッサ向けに既に行われた変更のより広範な実装を単に表しているだけなのかどうかはまだ不明です。）
結局のところ、ユーザーが定格クロック速度に到達できない理由はAMDの温度調整だけではありません。古いバージョンのWindowsを使用しているユーザーが推奨コアを正しく設定していない、あるいは単にユーザーによる一般的なミスが原因の可能性もありますが、しきい値の変更が要因となっていることはほぼ間違いありません。AMDはこれらのチップをシリコンの限界まで絞り込んでいるため、調整の余地はほとんどありません。
念のため申し上げますが、レビューとベストCPU記事の両方で示した推奨事項は変わりません。Ryzen 3000シリーズプロセッサは、メインストリームデスクトップに新たなレベルのパフォーマンスと価値をもたらします。しかし、私たちは購入した製品が定格仕様を満たすことを期待しています。そのため、AMDが修正に取り組んでいることを嬉しく思います。
AMDが9月10日に発表する修正プログラムに、熱しきい値のさらなる調整が含まれるかどうかを判断するための確かな情報が得られました。新しいBIOSやSMUのリビジョンがリリースされるまで詳細は分かりませんが、リリース時にはテストベンチで対応する予定です。
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。
