10月8日th、2020 AMDは、Zen3アーキテクチャに基づく新しいRyzen5000シリーズデスクトッププロセッサを発表しました。この発表は、今年最も期待されていたPCハードウェアの発表の1つでした。 2017年に元のZenアーキテクチャがリリースされて以来、AMDは毎年のアーキテクチャの改善という点で急上昇しています。今年も例外ではなく、AMDはRyzenプロセッサの歴史の中で最大の世代の飛躍を提供すると主張しています。この新しいアーキテクチャが特別な理由は何ですか？ Zen3によってもたらされるアーキテクチャの改善について詳しく見ていきましょう。
AMDは2020年10月8日にZen3アーキテクチャを発表しました–画像：Wccftech
Zenアーキテクチャの基本
AMDのRyzenプロセッサは、Intelがデスクトッププロセッサで使用している主要な競合製品とは大きく異なる独自の設計を使用しています。 Ryzenプロセッサは、実際には、大きな単一のチップではなく、複数の小さなチップレットに基づいています。これらの異なるチップレットは、「インフィニティファブリック」と呼ばれる接続を介して相互に通信します。 AMDは、Infinityファブリックを、AMDプロセッサの異なるチップレット間の高速接続を可能にするハイパートランスポートのスーパーセットとして説明しています。これは、単一のチップではなく、高速リンクを介して相互に通信する複数の小さなチップレットが基板上にあることを意味します。
このデザインには長所と短所があります。最大の利点はスケーラビリティです。チップレット設計は、AMDがより多くのコアをより小さなパッケージにパックできることを意味します。したがって、CPU市場の予算セグメントでもコア数の多いオプションが可能になります。この設計の主な欠点は待ち時間です。コアは互いに物理的に分離されているため、データがインフィニティファブリックを通過するのに時間がかかるため、レイテンシが少し長くなります。これは、ゲームなどの遅延の影響を受けやすいアプリケーションのパフォーマンスは、通常、Intelのシングルチップ設計よりも低いことを意味します。
Zen2の実装
Ryzen 3000シリーズプロセッサは、主流のデスクトップ市場で大成功を収めました。これらのCPUは、TSMCの7nmプロセスに基づいて構築されたZen 2アーキテクチャに基づいており、Zenアーキテクチャの設計にいくつかの非常に興味深い改善が加えられました。 Zen 2は、CPUコアをそれぞれ4つのコアコンプレックスに結合し、32MBのL3キャッシュのプールをそれぞれ16MBのキャッシュの2つの小さなプールに分割しました。これらのコアコンプレックス（CCX）は、Zen2のプロセッサラインナップの基盤でした。各4コアコンプレックスは、レイテンシーを改善するために重要な16MBのL3キャッシュに即座にアクセスできました。つまり、Zen 2は、ゲームなどの遅延の影響を受けやすいアプリケーションではIntelと非常に競争力があり、マルチスレッドワークロードではIntelを大幅に上回っていました。
さまざまなCCXユニットをInfinityFabricを介して相互接続する必要があったため、ある程度の遅延が予想されていました。それにもかかわらず、Zen2はZen +よりも15％IPC（Instructions Per Clock）の改善を提供し、より高いコアクロックも誇っていました。この世代はAMDにとって重要でした。現在、彼らはIntelとの競争に戻ってきており、急速な革新とIntelの自己満足により、改善の大きな可能性を秘めています。
AMD Zen2ベースのRyzen3000シリーズプロセッサはマルチCCX設計を使用しました–画像：Hexus
Zen3のターゲット
AMDは、非常に明確な目標を念頭に置いてZen3の開発に着手しました。彼らはすでに競争のマルチスレッド側を支配しているので、彼らがまだインテルに少し遅れている唯一の領域はゲームです。 Zen 3は優れていましたが、非常に高いクロック速度と低遅延を提供する青いチームの設計により、Intelからゲームの王冠を奪うことはできませんでした。可能な限り最高のフレームレートを求める純粋なゲーマーにとって、答えは依然としてIntelでした。したがって、この世代のAMDの目標は明確でした。
- コア間の遅延を改善する
- コアクロック速度を上げる
- クロックあたりの命令数（IPC）を増やす
- 効率の向上（ワットあたりのパフォーマンスの向上）
- シングルスレッドのパフォーマンスを向上させる
Zen 2はすでにマルチコアアプリケーションで非常に堅実なパフォーマンスを発揮していたことを考えると、AMDがこの世代のCPUのシングルスレッドパフォーマンスにほぼ専念するのは簡単でした。
Zen3の改善
AMDは、10月8日の「ゲームの始まり」ライブストリームで、新しいCPUとZen3アーキテクチャについて話しました。th。 AMDは、Zen3がZenアーキテクチャの歴史の中で最大の世代の飛躍であると主張しています。新しいRyzen5000 CPUは、依然としてTSMCの7nmプロセスに基づいていますが、内部で多くのアーキテクチャの改善を誇っています。
8コアの複雑な設計
間違いなく、新しいアーキテクチャでの最大の改善点は、まったく新しいレイアウトでした。 AMDはZen2のマルチCCX設計を廃止し、代わりに8コアすべてが32MBのL3キャッシュ全体にアクセスできる単一の8コアコンプレックス設計を採用しました。この再設計は、ゲームなどの遅延の影響を受けやすいアプリケーションに大きな影響を及ぼします。
再設計された8コアコンプレックスにより、32MBのL3キャッシュ全体がすべてのコアで利用可能になりました–画像：AMD
すべてのコアがキャッシュおよび他のコアと直接接触しているため、データのダイ全体が一方の側からもう一方の側に移動する必要がないため、レイテンシが大幅に向上します。この再設計により、チップの実効メモリレイテンシも改善され、シングルスレッドタスクのパフォーマンスが向上します。
IPCの改善
Zen 3がもたらす改善は、コアコンプレックスのレイアウトの改善だけではありません。 AMDは、Zen 2よりも19％IPCが向上していると主張しています。これは大きな数字です。 IPCまたはInstructionsPer Clockは、CPUがクロックサイクルごとに実行できる作業量を示します。 19％の改善は、Ryzenが2017年に最初に発売されて以来、IPCで見られた最大の飛躍です。前世代のZen 2プロセッサも、Zen +アーキテクチャに比べてかなり大幅な15％のIPC改善をもたらしました。
このIPCの改善は、AMDがブーストクロックに関して5 GHz未満にとどまることで、Intelの超高コアクロックと競合できることを意味します。 AMDはまた、この大幅なIPCの増加への貢献者について概説しました。販促資料によると、主な要因は次のとおりです。
19％のIPCの改善は、AMDのこれまでで最大の世代の飛躍です–画像：AMD
- キャッシュプリフェッチ
- 実行エンジン
- 分岐予測
- マイクロオペレーションキャッシュ
- フロントエンド
- ロード/ストア
効率の向上
TSMCの7nmプロセスの驚異的な密度により、AMDは、同じ平均消費電力を維持しながら、さらに多くの電力をRyzenチップに詰め込むことができました。 AMDは、Ryzen 5000シリーズチップは3000シリーズと同じ7nmプロセスで構築されていると主張していますが、プロセスは洗練されており、結果として得られるチップはより効率的です。
ワットあたりのパフォーマンスが2.4倍に向上したことで、AMDは消費電力を抑制しました–画像：AMD
AMDはまた、より高いブーストクロックと改善されたIPCを備えているにもかかわらず、Ryzen 95900Xと5950Xはそれぞれ前世代の3900Xと3950Xと同じ量の電力を消費すると大胆に主張しています。 AMDの販促資料は、元のZenアーキテクチャに比べて「2.4Xパフォーマンス/ワット」の改善を引用しています。この数値は、5900Xおよび5950Xの消費電力に関するAMDの主張と一致しています。これは、現在、クロックが高くなっていますが、以前のバージョンと同じTDP番号を使用しているためです。
洗練されたシリコン、より高い時計
Ryzen 3000シリーズの寿命の終わりに、AMDは「XT」ブランドのシリーズに3つのCPUを追加するリフレッシュをリリースしました。 Ryzen 5 3600XT、Ryzen 7 3800XT、およびRyzen 9 3900XTは、基本モデルとまったく同じCPUでしたが、クロック速度が高くなっています。製品の寿命が尽きると、製造プロセスが成熟し、シリコンの品質が向上します。これは、シリコンがより高くブーストし、クロックをより長く保持できるCPUを生成することを意味します。これがまさにCPUのXTラインナップが可能になった経緯です。
Zen 3 CPUでは、AMDは同じ成熟した製造プロセスと高品質のシリコンを使用して、同じ7nmノード上に5000シリーズCPUを構築しました。これにより、AMDは前世代のXTシリーズよりもはるかに高いブーストクロックをプッシュすることができました。より高いブーストクロックと、より高いIPCおよびコアレイアウトの再設計により、AMDはシングルスレッドパフォーマンスの課題に取り組む準備ができました。 4つのRyzen5000シリーズプロセッサのアドバタイズされたクロック速度は次のとおりです。
3つのRyzen5000シリーズCPUのアドバタイズされた仕様–画像：AMD
- AMD Ryzen 5 5600X：3.7 GHzベース、4.6GHzブースト
- AMD Ryzen 7 5800X：3.8 GHzベース、4.7GHzブースト
- AMD Ryzen 9 5900X：3.7 GHzベース、4.8GHzブースト
- AMD Ryzen 9 5950X：3.4 GHzベース、4.9GHzブースト
チップレット設計の利点
AMDがこのような実質的な世代間の飛躍を可能にした多くの要因がありました。最大のものの1つは、チップ自体の設計、つまりCPUダイの「チップレットスタイル」レイアウトです。この設計には、世代の改善に関して多くの重要な利点があります。
- スケーラビリティ： コアが基板上のチップレット内に配置されているため、AMDは過熱のリスクなしに、より多くのコアを同様のパッケージに詰め込むことができます。インテルの競合する設計では、すべてのコアが互いに非常に接近して配置されているため、適切に構成されていないと、熱の問題が発生する可能性があります。一方、AMDは、このチップレット設計を使用して、主流のデスクトッププラットフォームで6コア、8コア、12コア、さらには16コアのプロセッサを作成することに成功しています。これは、AMDがこの設計によりコアカウントの優位性を確立したことを意味します。
- 開発のしやすさ： この設計のもう1つの大きな利点は、明らかに開発が容易なことです。 Zen 3アーキテクチャの開発プロセス中に、AMDはZen 2とまったく同じ基本設計を使用し、それを変更しました。これは、設計がすでにある程度完成しており、AMDが対象としている主要な領域を簡単に改善できることを意味しました。
- 同時5nm開発： AMDはまた、5nmアーキテクチャに基づくRyzenCPUの将来の計画も順調に進んでいると指摘しました。これは、チップレット設計アーキテクチャにより、AMDが複数の開発ストリームを同時に実行できるためです。 AMDは、7nmプロセスに基づくZen3およびZen2アーキテクチャと同様に、5nmプロセスが計画どおりに到着すると確信していました。
AMDは、5nmプロセスも設計中であると主張しています–画像：AMD
期待される結果
Zen3ベースのRyzen5000シリーズプロセッサは、マルチスレッドワークロードだけでなく、ゲームでも業界のリーダーになることを約束します。 2006年以来初めて、AMDは（AMDの主張によると）絶対的な最高のゲームパフォーマンスを求めてIntelを公式に廃止しました。 AMDはまた、Ryzen 9 5950Xを搭載したデスクトップチップの中で最高のシングルスレッドパフォーマンスを備えていると主張しており、Ryzen 95900Xがそれに続いています。 Zen3によってもたらされたアーキテクチャの改善から期待される結果を見てみましょう。
ゲームにおけるリーダーシップ
IPCが19％向上し、コアクロックが増加し、コアコンプレックスシステムが再設計されたことで、AMDはこの世代のゲームパフォーマンスを大きく飛躍させました。 Zen 2はIntelの製品とかなり競争力がありましたが、Zen3はすべてのゲームワークロードでIntelを完全に打ち負かす予定です。 AMDは、Ryzen 9 5900Xは、ゲームにおいてRyzen 9 3900Xよりも平均して約26％高速であると主張しています。これはたった一世代で成し遂げられる大きな飛躍です。
さらに、AMDは、ゲームにおいてRyzen 95900XがCorei9-10900Kよりも高速であるとも主張しています。これは、AMDファンや一般的なPC愛好家にとって非常に大きなニュースです。これは、ゲームとマルチコアアプリケーションの両方で、上位のAMDCPUが上位のIntelCPUを上回っていることを意味します。彼らがまだ古風な14nmアーキテクチャに固執しているというIntelのケースを助けません 彼らの次世代ロケットレイクプロセッサ 14nmであると噂されています。一方、AMDはZen2とZen3で7nm製品を提供するすべてのシリンダーで稼働していると同時に、明らかに順調に進んでいる5nm計画にも取り組んでいます。これは、IntelのデスクトップCPU市場シェアに深刻な影響を与える可能性があります。
AMD Ryzen 5000シリーズプロセッサは、Intelの製品よりもゲームが高速です–画像：AMD
シングルスレッドパフォーマンスの向上
AMDはしばらくの間、マルチコアのパフォーマンスが向上していますが、最新のゲームではすべてのコアが効果的に使用されていないため、必ずしもゲームのパフォーマンスが向上するとは限りません。多くのゲームには、「ワールドスレッド」と呼ばれることが多い支配的なスレッドがあり、最も頻繁に使用されます。ワールドスレッドは、レイテンシーとシングルコアパフォーマンスに非常に敏感です。 AMDのアーキテクチャの再設計のおかげで、レイテンシが大幅に削減され、この支配的なスレッドのパフォーマンスが大幅に向上しました。これにより、AMDはゲームシナリオで主導権を握ることができました。
これは、AMDのシングルスレッドパフォーマンスがIntelよりもはるかに優れていることも意味します。実際、AMDはRyzen 9 5950Xで640の印象的なシングルコアCinebenchスコアを披露し、それに続いてRyzen 95900Xで631のスコアを披露しました。これらの改善は、Zen 3アーキテクチャのアーキテクチャコアの複雑な再設計、遅延の削減、およびブーストクロックの向上によっても可能です。 Ryzen 5000シリーズプロセッサのシングルスレッドパフォーマンスの詳細については、 この記事。
AMD Ryzen 9 5900Xは、Cinebenchで631の記録的なシングルコアスコアを保持しています–画像：AMD
さらに高いマルチスレッドパフォーマンス
マルチスレッドパフォーマンスセグメントに対する優位性を継続しているAMDは、Zen3ベースのRyzen5000シリーズプロセッサで再び印象的な数字を披露しました。特に、12コアのRyzen 95900XとRyzen9 5950Xは、コアの多いワークロードで比類のないパフォーマンスを発揮します。 AMDはまた、内部でいくつかの調整を行い、5950XがCAD作業用の最速のデスクトッププロセッサになることを初めて可能にしました。 AMDはそれを最高のゲームプロセッサであり、コンテンツ作成に最適なプロセッサであると考えており、その声明に異議を唱えるのは難しい。 AMDは、3950Xよりもワークロードのレンダリングで12％優れたパフォーマンスを発揮すると主張しました。これにより、このプロセッサは、デスクトップコンピューティングが提供する最高のものを目指して努力する人々にとって絶対的な獣になります。
インテルの警報ベル？
AMDがRyzenのプロセッサラインナップをほぼ目がくらむほどの速さで改善していることは間違いありません。彼らは世代から世代へと大幅なパフォーマンスの向上をもたらし、Zen3はこれまでで最大の飛躍となることを約束しています。 Ryzen 3000シリーズプロセッサは、コア数と価格の点で優れた価値を提供しましたが、1つの主要なワークロードであるゲームでインテルに遅れをとっていました。 AMDは、レンダリング、エンコーディング、ビデオ制作、ストリーミングなど、デスクトップ市場の他のほぼすべての側面で強力なリードを確立していましたが、真に誰もが認めるクラス最高のプロセッサになるには、ゲームでIntelを追い抜く必要がありました。
Ryzenプロセッサの驚くべきアーキテクチャ設計、TSMCの7nmプロセス、AMD開発チームによる見事な計画と実行のおかげで、彼らはついにZen3でそれを実現しました。今回の発表はIntel本社で警鐘を鳴らしているに違いありません。 Intelは巨大な会社であり、これに対応しない方法はありませんが、開発のスピードに関しては確かにAMDに遅れをとっています。 Intelがクリアしなければならない主なハードルは、Skylake以来ずっと使用している14nmの古いプロセスです。
インテルのアーキテクチャロードマップ–画像：Wccftech
Intelは10nmプロセスに関して十分に文書化された問題を抱えているため、そのアーキテクチャに基づくデスクトップチップをまだ展開することはできません。ただし、Intelが10nmアーキテクチャに基づくコードネーム「TigerLake」の最近のラップトップCPUのリリースに成功すると、潮流はすぐに変わる可能性があります。これらのラップトップチップは、前世代に比べてパフォーマンスと効率の両方が大幅に向上しており、IntelがこのプロセスをデスクトップCPUに移植するために取り組んでいる可能性があります。 Intelが10nmプロセスを機能させることができれば、今後数年間はCPUパフォーマンス愛好家にとって非常に興味深いものになるでしょう。
