AMD は、待望のゼロから設計された x86 プロセッサ マイクロアーキテクチャである Zen に関する情報を少しずつ提供し続けています。
ZenはAMDにとって大きな意味を持つ、いや、むしろ大きな意味を持つ必要がある。なぜなら、従来のBulldozerマイクロアーキテクチャは、IntelのCoreシリーズによって、いわばブルドーザーのように押し潰されたからだ。そのため、AMDはコンピューターメーカーの支持を得て、顧客を自社のテクノロジーに呼び戻すために、Zenの成功を必要としている。
エル・レグ氏は、水曜日の夜、サンフランシスコでAMDの幹部からZenの現状について説明を受けた一団のジャーナリストの一人だった。噂やゴシップが飛び交う中、Zenについて今確実にわかっていること、少なくとも設計者によるとわかっていることを、端的にまとめてみよう。
デスクトップ
ZenベースのチップはGlobalFoundries社によって製造され、14nmプロセスによる低消費電力FinFETを搭載します。デスクトップPC向けZenプロセッサ（コードネームSummit Ridge、ブランド名はAMD FX）は2017年第1四半期に出荷開始予定で、2016年末にも一部が販売開始される可能性があります。つまり、AMDが当初計画していた2016年には正式に発売されないということです。
Summit Ridgeは、8コア、16ハードウェアスレッドの設計で、AMDのAM4チップセットとマザーボードを搭載し、DDR4 RAMとPCIe Gen3をサポートしています。3GHz 8コアのSummit Ridgeを搭載したPCと、同等の3GHz 8コアIntel Broadwell-E 6900シリーズCore i7を搭載したシステムを並べて動作させ、大きな赤いボタンを押すと、両方のマシンがBlenderでZenプロセッサパッケージの巨大な3Dモデルを画面上にレンダリングする競争を繰り広げました。どちらのCPUが先にシーンの描画を終えたかが勝者となります。
それは同着だった。
AMDは自社のチップがIntelのチップをわずかに上回ったと発表しましたが、その差はほんの一瞬に過ぎませんでした。とにかく、重要なのは、Summit Ridgeは今年初めのIntelのハイエンドデスクトップ製品に匹敵する性能を備えており、AMDは発売が近づくにつれて、そしてそれ以降も自社のCPUはますます高速化すると見ているということです。
Zenコアは、前世代のAMD Excavatorコアと比較して、1サイクルあたり平均40%多くの命令を実行できると予想されています。このパフォーマンス向上により、シングルスレッドIPCの観点では、ZenはIntelのBroadwellとSkylakeマイクロアーキテクチャの中間に位置すると推定されます。Summit Ridgeが来年初めに出荷される際に遅れを取らないためには、ZenはIntelの最上位チップに匹敵するか、あるいは追い抜く必要があります。Zenは、今後18ヶ月以内に投入されるChipzillaの14nm Kaby Lakeと10nm Cannonlakeの製品群に対抗する必要があります。AMDは現時点では具体的なベンチマーク結果について言及を避けています。
サーバー
サーバー向けには、コードネーム「Naples」で呼ばれ、ブランド名は「AMD Opteron」となる可能性のあるZenシステムオンチッププロセッサが2017年第2四半期に出荷される予定です。AMDのサーバー顧客は、今年第2四半期からこのチップのサンプルを試用しています。Naplesチップは、ソケットあたり32コア、64ハードウェアスレッドのデュアルソケットシステムに搭載される予定です。AMDは、この製品向けに、Microsoft、Ubuntuの開発元であるCanonical、Red Hat、SUSE、VMware、Citrixなどのソフトウェアサポートを獲得しています。
Naples マザーボード ... Zen 搭載サーバーの初見 (クリックして拡大)
その他すべて
ノートパソコン向けのZen CPUは来年後半に登場予定とも伝えられています。価格、速度、フィード、コア数とクロック周波数の組み合わせ、その他の製品構成に関する有用な情報は今のところすべて非公開ですが、来週カリフォルニア州クパチーノで開催されるHot Chips 2016でZenの技術的詳細がより詳しく明らかになるはずです。
このマイクロアーキテクチャは、組み込み製品からPC、ノートパソコン、ゲーム機、サーバーに至るまで、あらゆるシステムに拡張できるとされています。AMDのCEO、リサ・スー氏は、Zenは同社の「データセンターへの再参入」を示すものだと述べました。
AMD がリセットボタンを押して、x86 と汎用的なマイクロアーキテクチャで突き進み、比較的限られたリソースでできるだけ多くの市場に参入しようとしているのは明らかです。
AMDの当面の計画では、ARMアーキテクチャに割く余地はあまりないようです。同社は年末にようやく64ビットARMv8ベースのOpteron A1100（通称Seattle）サーバープロセッサの出荷を開始しましたが、実際のところ、AMDはデスクトップからデータセンターまで、現時点ではx86に注力しています。AMDのスタッフとの会話から、その戦略は「まずZenを成功させ、その後Seattleのようなことに注力する」というものです。
簡単に言えば、AMDは今まさにデスクトップとサーバー分野に復帰したいと考えている。そして、モバイルや組み込み分野以外への進出を模索しているARMアーキテクチャではなく、x86アーキテクチャがその役割を担うことになる。「ソフトウェアはすべて揃っているが、ARMサーバーの普及を目指すには、ARMエコシステムが強化されなければならない」と、あるAMD幹部は述べた。
禅の内側
AMDのCTO、マーク・ペーパーマスター氏は、いくつかの新機能を含むマイクロアーキテクチャの概要を説明しました。もしまだご存知でなかったり、気づいていなかったりした方がいたら、まず理解しておいていただきたいのは、Zenはコアごとに2つのハードウェアスレッドを備えた同時マルチスレッド（SMT）設計であり、Bulldozerで採用されていた、一部のユーザーにとってパフォーマンスに支障をきたしたやや奇妙なクラスターアプローチとは異なるということです。SMTを使用するとダイサイズが大きくなり、設計エンジニアにとって新たな課題がいくつか生じますが、少なくともマルチスレッド性能と浮動小数点演算性能は向上します。
「浮動小数点ユニットを改良しました」とペーパーマスター氏は付け加えた。「Zenの浮動小数点パフォーマンスには非常に満足しています。これは狙いを定めた最適化でした。」
Zen には、8MB の共有 L3 キャッシュ、コアごとに統合された 512KB L2 キャッシュ、コアごとに 64KB の命令キャッシュと 32KB のデータ キャッシュがあります。
キャッシュが全体の構造にどのように組み込まれているかを示します。Zenは前世代よりも広い命令ウィンドウを備えており、より多くのコードを一度にアウトオブオーダーで実行できるため、命令の順序をさらに最適化してスループットを最大化します。
Zenは前世代に比べて分岐予測が大幅に改善され、マイクロオペレーション用のキャッシュも搭載されていると言われています。マイクロオペレーションとは、簡単に言えば、命令を実行するための個々のステップのことです。命令が実行されると、CPUのマイクロコードからフェッチされるマイクロオペレーションに分割されます。Zenはこれらのマイクロオペレーションの参照をキャッシュすることで、効率性を高めています。
AMDは、大量の電力を消費するだけでなく、チップの使用されていない部分をオフにするメカニズムも導入しています。これにより、プロセッサの消費電流とリーク電流を最小限に抑えることができます。最近では多くのチップがこのようなゲート電源を採用しており、AMDはこの実装を特に誇りに思っています。これらのパッケージの消費電力はまだ公表されていませんが、「競争力のあるTDP」を備えているとされています。
来週はHot Chipsの記事でZenのブループリントについてさらに詳しく取り上げます。今のところ分かっているのは、AMDが依然としてこのマイクロアーキテクチャに注力しているということだけです。製品の仕様、価格、そして独立したベンチマークが発表されるまでは、誰も期待に胸を膨らませることはできません。
しかしながら、ムーア・インサイツ・アンド・ストラテジーのテクノロジー業界アナリスト、パトリック・ムーアヘッド氏は、これまでに見聞きしたことについては楽観的だと語った。
「昨夜AMDがZenで披露したパフォーマンスは、非常に魅力的でした」と彼は述べた。「AMDは、消費電力は競争力があり、製造時の周波数は実際に見たものよりもさらに高くなり、私たちが見たものは大規模に生産できると述べました。」
これらすべては、非常に前向きな話です。発売までには多くの課題がありますが、少なくともAMDはプロセッサ分野でこれまでよりもはるかに良い立場に立つと確信しています。これは、AMDのCPUにおいて過去10年間で私が目にしてきた中で最大の出来事です。®
