インテルはComputex 2023で、同社の新型Meteor Lakeチップに搭載されるAI特化型VPUシリコンに関する新たな詳細を発表しました。また、今後発売予定のMeteor Lakeチップ向けにAIエコシステムを実現するための取り組みも概説しました。インテルは、インテルとTSMCの技術を1つのパッケージに統合した、初の混合チップレットベース設計を採用したMeteor Lakeプロセッサを年末までにリリースする予定です。このチップは、まずノートPCに搭載され、ローカルAIワークロードにおける電力効率とパフォーマンスに重点を置いていますが、異なるバージョンの設計がデスクトップPCにも搭載される予定です。
AppleとAMDは既に、自社のチップに強力なAIアクセラレーションエンジンを組み込むことで前進を遂げており、MicrosoftもWindowsにカスタムAIアクセラレーションエンジンを活用するための新機能を実装すべく尽力しています。先週、Intel、AMD、MicrosoftがPCにおけるAI時代の到来について発表したことを受け、Intelは、コンシューマー向けPCチップに独自のカスタムアクセラレーションブロックを搭載し、新たなAIワークロードにどのように対応するかについて、より詳細な説明を行いました。
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IntelはMeteor Lakeチップの新たなレンダリング画像をいくつか公開しており、ハードウェア全体の設計についてはHot Chips 2022で既に取り上げています。これらのチップは、Intel 4プロセスノードと、GPUやSoCタイルなどの他の機能にTSMC製のN5およびN6プロセスチップレットを多数活用する最初のチップとなります。この画像では、チップが4つのユニットに分割され、CPU、GPU、SoC/VPU、I/OタイルがIntelの3D Foverosパッケージング技術を使用してインターポーザー上に垂直に積み重ねられていることがわかります。また、記事の最後には、Hot Chipsカンファレンスで発表された、より詳細なアーキテクチャの詳細を説明したスライド資料を掲載しています。
ここでの焦点はVPUユニットですが、Intelが本日の発表のために共有した簡略化されたイラストである最初の画像に惑わされないでください。タイル全体がVPU専用ではありません。そうではなく、I/O、VPU、GNAコア、メモリコントローラなどのさまざまな機能を備えたSoCタイルです。このタイルはTSMCのN6プロセスで製造されていますが、Intel SoCアーキテクチャとVPUコアを備えています。VPUユニットはこのダイ領域全体を占めるわけではなく、これは良いことです。もし占めているとしたら、少なくとも当初は、Intelはダイ領域の約30%を、あまり使用されないユニットに割り当てていたことになります。ただし、以下で説明するように、開発者がVPUコアを最大限に活用するために必要なアプリケーションエコシステムを有効にするまでには、しばらく時間がかかります。
上記のアルバムには、IntelのHot Chipsプレゼンテーションから、I/Oダイの機能を同社公式のグラフィックで表現した画像を掲載しました。また、「図8」とラベル付けされたスライドも掲載しました。このブロック図は、Meteor Lakeの設計を概説するものと広く考えられているIntelの特許から引用されており、このチップについて既に分かっている内容と概ね一致しています。
Intelは、既にチップに搭載されている低消費電力AIアクセラレーションブロック「Gaussian Neural Acceleration」を引き続き搭載します。このブロックは、図のSoCタイルに「GNA 3.5」と表示されています（詳細は後述）。また、新しいMovidiusベースのVPUブロックを構成する「VPU 2.7」ブロックも確認できます。
Intelのスタイリッシュなレンダリング画像と同様に、この特許画像も単なるグラフィックレンダリングであり、ダイの実際の物理サイズとは相関性がありません。メモリコントローラ、PCIe、USB、SATAといった外部インターフェースに加え、メディアエンジンやディスプレイエンジン、電源管理機能も多数搭載されていることから、VPUコアがSoCタイル上のダイ面積をそれほど占有できないことは容易に理解できます。現時点では、Intelがこのエンジンに割り当てているダイ面積は不明です。
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| インテル Meteor Lake タイル/チップレット | メーカー / ノード |
| CPUタイル | インテル / 「インテル 4」 |
| 3D Foveros ベースダイ | インテル / 22FFL (インテル 16) |
| GPU タイル (tGPU) | TSMC / N5 (5nm) |
| SoCタイル | TSMC / N6 (6nm) |
| IOEタイル | TSMC / N6 (6nm) |
VPUは持続的なAIワークロード向けに設計されていますが、Meteor LakeにはCPU、GPU、そして様々なAIワークロードを実行できるGNAエンジンも搭載されています。Intelによると、VPUは主にバックグラウンドタスク用で、GPUはより高負荷な並列処理を担当します。一方、CPUは低レイテンシの軽量推論処理に対応します。一部のAIワークロードはVPUとGPUの両方で同時に実行可能で、Intelは開発者がアプリケーションのニーズに応じて異なるコンピューティングレイヤーをターゲットにできるメカニズムを提供しています。これにより、最終的には低消費電力でより高いパフォーマンスが実現されます。これはAIアクセラレーションVPUを使用する主な目標です。
Intelのチップは現在、音声および動画処理機能のための低消費電力AI推論にGNAブロックを使用しており、GNAユニットはMeteor Lakeに残ります。しかし、Intelは既にGNAに特化したコードの一部をVPUで実行し、より良い結果を得ていると述べており、これはIntelが将来のチップで完全にVPUに移行し、GNAエンジンを削除することを強く示唆しています。
Intelはまた、Meteor Lakeが統合メモリサブシステムを可能にするコヒーレントファブリックを搭載していることも明らかにしました。これは、コンピューティング要素間でデータを容易に共有できることを意味します。これは、CPU AI分野におけるAppleのMシリーズやAMDのRyzen 7040チップなど、他の競合製品と概念的に類似した重要な機能です。
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ここでは、AIアクセラレーションアプリケーションのPCへの導入を促進する、広大なソフトウェアおよびOSエコシステムの実現に向けたIntelの取り組みを紹介するスライドを見ることができます。Intelの売り文句は、AIを主流に押し上げる市場プレゼンスと規模を誇り、x86ハイブリッドAlderおよびRaptor LakeプロセッサをWindows、Linux、そしてより広範なISVエコシステムでサポートするに至った協業の成果を強調していることです。
業界は、最新のオペレーティングシステムやアプリケーションにAIアクセラレーションを導入する際にも同様の課題に直面するでしょう。しかし、AIワークロードをローカルで実行できる機能があっても、開発者が独自の実装が難しいために機能をサポートしてくれなければ、あまり意味がありません。ローカルAIワークロードを容易にサポートするための鍵となるのは、MicrosoftとAMDが推進する機械学習向けアクセラレーションライブラリであるDirectMLです。IntelのVPUはDIrectMLだけでなく、ONNXとOpenVINOもサポートしており、Intelはこれらのライブラリが自社のシリコン上でより優れたパフォーマンスを発揮するとしています。しかし、ONNXとOpenVINOでは、最大限のパフォーマンスを引き出すために、ソフトウェア開発者によるより的を絞った開発作業が必要になります。
ChatGPTのような大規模言語モデルなど、今日のより高負荷なAIワークロードの多くは、データセンターで引き続き実行される強力な計算能力を必要とします。しかし、Intelは、コストの増加に加え、レイテンシとプライバシーへの懸念も生じていると主張しています。音声、ビデオ、画像処理などの一部のAIアプリケーションは、PC上でローカルに処理できるようになるため、レイテンシ、プライバシー、そしてコストが改善されるとIntelは述べています。
Intelは、リアルタイムのビデオおよびオーディオ処理、Unreal Engineのリアルタイムモーションキャプチャなど、ローカルAIアクセラレーションの恩恵を受けられる様々なワークロードを挙げています。Intelはまた、Meteor LakeのGPUとVPUで同時に実行されるStable Diffusionと、VPUのみで実行される超解像処理のデモも行いました。ただし、このデモではパフォーマンスの観点からの基準が示されていないため、他のソリューションと比較した相対的なパフォーマンスを保証することはできません。さらに、すべてのStable Diffusionモデルがプロセッサ上でローカルに実行できるわけではなく、個別のGPUアクセラレーションが必要になります。
現在、多くの一般的なアプリケーションが何らかの形でローカルAIアクセラレーションをサポートしていますが、その選択肢はまだ非常に限られています。しかし、Intelと業界全体による継続的な開発努力により、AIアクセラレーションは今後さらに普及していくでしょう。
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Hot Chipsのプレゼンテーションで、アーキテクチャの詳細を説明したスライドをいくつかご紹介します。Intelによると、Meteor Lakeは今年中のリリースに向けて順調に進んでいますが、まずはノートパソコン向けにリリースされる予定です。
現時点では、Meteor LakeデスクトップPCチップは、比較的ローエンドのCore i3およびCore i5モデルに限定され、消費電力は控えめな35Wおよび65Wとされていますが、Intelはまだ正式な発表を行っていません。今年後半の発売が近づくにつれて、より詳しい情報が明らかになることを期待しています。
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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。
