一連の最近の発表で、IntelとAMDは、x86プロセッサのアーキテクチャにいくつかの重要な変更を個別に発表しました。これにより、今後数年間でx86プロセッサの使用方法が変わることが約束されます。
AMDは先週、CPUとGPUコンピューティングをより近づけることを目的とした新しいメモリアーキテクチャを発表しました。 インテルは、従来のPCグラフィックスでの地位の向上に新たな重点を置いていることを明らかにしました。 昨日、Intelは、Atomシリーズのプロセッサのマイクロアーキテクチャの完全に新しいバージョンを発表しました。これは、これらのチップをより強力にし、Atomと同社の主流のコアプロセッサファミリとのギャップを埋める可能性があるものです。
AMDの新しいメモリアーキテクチャ
AMDがヘテロジニアスユニフォームメモリアクセス（hUMA）と呼んでいるものを発表したことは大きな驚きではありませんでした。
コンセプトは非常にシンプルです。 AMDの高速処理ユニット（APU）のように、CPUとグラフィックス処理（GPU）が同じダイ上にあるチップでも、CPUとグラフィックスが使用するメモリは別々のプールに残っています。 物理的には同じメモリが存在しますが、CPUとGPUはメモリへの異なるポインターを使用します。 GPUを計算に使用するには、プログラムはCPUが使用するメモリの部分からグラフィックスが使用する部分にデータをコピーし、計算を行ってから、コピーして戻す必要があります。 これにはすべて時間がかかります。 グラフィックスを含む真のユニファイドメモリシステムでは、これは必要ありません。
AMDは、ARM、Qualcomm、Samsung、Texas Instruments、MediaTek、およびImaginationを含むHSA Foundationの一部としてこれを推進しています。 特に、このアプローチでは、HSAILと呼ばれるソフトウェアランタイムと、HSAアクセラレーションアプリケーション用の一連のインターフェイスを使用します。
今週、AMDはhUMAアーキテクチャで、CPUとGPUがメモリ空間全体からメモリを動的に割り当て、これを同じ仮想アドレッシングスキームと併用する方法について詳しく説明しました。 メモリは双方向コヒーレントであるため、CPUまたはGPUによって行われたメモリへの更新は、他の処理要素によって認識されます。 GPUは、仮想ページを含むページング可能メモリをサポートするようになったため、より大きなデータセット（現在のCPUの動作）で動作できます。 その考えは、CPUとGPUがより効率的に連携できることです。 AMDは、開発者はPython、C ++、Javaなどの標準プログラミング言語を使用してHSAで高速化されたアプリケーションを作成できると述べました。
ヘテロジニアスコンピューティングを重要視しているのはAMDだけではなく、HSA Foundationにも競合他社がいます。 Nvidiaは、GP-GPUと呼んでいたものの大きな支持者であり、CUDA APIを推進し、グラフィックプロセッサの将来のバージョンがユニファイドメモリをサポートすることを約束しました。 いくつかの大きなソフトウェアプラットフォームには、独自の選択肢があります。GP-GPUコンピューティング用のMicrosoftのDirectX拡張機能と、異種コンピューティング用のGoogleのRenderscript APIです。 おそらく最も重要なことは、業界コンソーシアムであるクロノスグループがOpenCL標準を推進していることです。
大きな疑問は、これらの標準のどれが開発者を引き付けるかです。 AMDがhUMAをサポートする最初のプロセッサは、2013年末までに出荷される予定のKaveriプロセッサです（おそらく、来年初めまではシステムに搭載されません）。 AMDはPlayStation 4用のAPUも提供しており、次世代Xbox用のAPUも提供していると広く噂されています。 HSA Foundationの他のメンバーもhUMAアーキテクチャを使用できる可能性がありますが、そのような設計を発表するものはまだありません。 一緒に、これは開発者とツールのためにクリティカルマスを作成するのに十分かもしれません、もしそうなら、これは非常に重要であることが判明するかもしれません。
IntelはHaswellのグラフィックスを倍増
Intelは先週後半に、Haswellとして知られる22nm製品である第4世代Coreプロセッサの詳細を明らかにした。 インテルは以前、Haswellの多数の新機能を公開しました。これには、より大きな整数ベクトルを操作するための新しいAVX2命令や、浮動小数点用のFMA（Fused Multiply-Add）命令が含まれます。 これらは、かなり特殊なワークロードでのパフォーマンスの向上という点を除いて、エンドユーザーには見られないものです。
新しい発表で最も興味深いのは、競合他社のAMDとNvidiaが確実にリードしている分野であるグラフィックスに焦点を当てていることです。
しかし、IntelはHaswellプロセッサで大きな一歩を踏み出しています。 Intelは、GT3として知られるハイエンドバージョンを含め、Haswellの一部のモデルのダイにグラフィックスを追加すると長い間述べています。 事実上、これは、現在のIvy Bridgeプロセッサの量を超える、追加のグラフィックス命令ユニットです。 AMDの競合APUがグラフィックスにより多くのダイスペースを費やしているのに対し、Intelは通常、製品でより多くのダイスペースをCPUスペースに充てていることを考えると、これ自体は大きな変化です。
しかし、Intelは最近、GT3eグラフィックスと呼ばれる別のバリアントを披露しました。これは、Haswellダイを含むパッケージに128MBの組み込みDRAMを備えた2番目のダイを追加し、グラフィックスパフォーマンスを高速化するように設計されています。 Intelは先週、GT3グラフィックスの高速バージョンがIrisと呼ばれ、組み込みDRAMを搭載したものはIris Proと呼ばれることを発表しました。Intelは新しいレベルのグラフィックスのブランディングアドバンテージを獲得したいからです。
特に、Haswellラインは、HDグラフィックスと呼ばれる少量のグラフィックス（GT1）のバージョンでセグメント化されます。 GT 2グラフィックス（Ivy Bridgeラインのハイエンドに相当）で、速度に応じてHDグラフィックス4200〜4600と呼ばれます。 GT3グラフィックを使用しますが、HDグラフィック5000と呼ばれる15ワットで実行します。 28ワット以上で動作するGT3グラフィックスを備えた部品は、Intel Iris Graphics 5100と呼ばれるようになりました。 そして、GT3eグラフィックとIris Pro 5200と呼ばれる組み込みグラフィックを備えたものです。
Intelの部品番号は複雑なままですが、4で始まる部品番号はHaswellを示し、3で始まる部品番号はIvy Bridgeを示しています。 同社はMQを使用して標準のGT3ノートブックパーツを示し、HQを使用してDRAMが埋め込まれているパーツを示しています。
発表の一環として、Intelは新しい部品のパフォーマンス値を共有し、同社の既存のプロセッサーと比較して大幅なパフォーマンスの改善を示しました。 Intelは、ほぼ同じ消費電力で、前世代の最大1.5倍のUltrabookのパフォーマンスを示唆する数字を示しました（14インチ以上の画面を持つノートブックを対象とする、より大きなノートPC向けのワット数の高いチップのパフォーマンスの2倍）、グラフィックスの2倍従来のノートブックでのパフォーマンス、デスクトップシステムでのほぼ3倍のパフォーマンス。
Intelは、新しいIrisおよびIris ProグラフィックスはディスクリートGPUに匹敵する、と言っています。 （いつものように、実際に製品をテストできるようになるまで、すべてのパフォーマンス値を一粒ずつ取ります。）ゲームやワークステーションアプリケーション向けに、AMDとNvidiaからのはるかに高性能のディスクリートデスクトップグラフィックスパーツがまだあると確信していますが、通常、これらの部品は多くの電力を使用します。 パワーエンベロープがはるかに小さいフルサイズのラップトップでは、オンダイグラフィックスがより重要ですが、ディスクリートグラフィックスの大きな市場がまだあります。 Intelはその市場をターゲットにしているようです。 通常、ウルトラブックやその他の薄型ノートブックには、個別のグラフィックスを実行するための電力要件がありません。そのため、オンダイグラフィックスの改善は大歓迎です。
インテルの新しいAtomマイクロアーキテクチャ
しかし、多くの点で、Intelからの最大の発表は、同社の現在のAtomアーキテクチャで使用されているアーキテクチャに取って代わる低電力アーキテクチャに関するものです。 Atomファミリーは、タブレットなどのモバイルデバイスで使用されることで知られています。 Silvermontとして知られる新しいアーキテクチャは、さまざまなデータセンターと組み込み市場も対象としています。
アーキテクチャは大きな変化を表しています。 Silvermontは、同社の現在の32nm Atomバージョンで使用されているSaltwellアーキテクチャを含む、以前のバージョンのAtomアーキテクチャで使用されていたインオーダー実行エンジンの代わりに、IntelのCoreおよびXeonプロセッサで使用されているアウトオブオーダー実行エンジンを追加します。 これにより、シングルスレッドアプリケーションの処理が大幅に改善されます。 最大8コアまで拡張できるように設計された新しいシステムファブリックアーキテクチャを提供します（マイクロサーバーなどのアプリケーション向け）。 最後に、新しい命令（コアプロセッサのWestmereバージョンで使用されるものと同等になるようにする）と、新しいセキュリティおよび仮想化テクノロジを追加します。
この新しいアーキテクチャは、2つのコア、1MBの共有L2キャッシュ（非常に低遅延、高帯域幅）、およびSoCファブリックへの専用のポイントツーポイントインターフェイスを含むモジュールをベースにしたモジュラー設計です。 これは、Intelが大幅に推進しているマルチスレッドの概念に置き換わるものであり、実際、現在のデスクトップおよびサーバーチップで使用されているAMDのモジュラーアプローチのように聞こえます。 （しかし、Intelは同じものではないことを説明するために邪魔になりました。AMDのモジュールは浮動小数点を含む多くのものを共有します。）モジュールを組み合わせて最大8つのコアを含めることができます。
消費電力については、新しいアーキテクチャにより広いダイナミック電力範囲が可能になり、各コアが独自の周波数と電力管理を行えるようになり、パフォーマンスと消費電力がそれぞれ増減する、とIntelは述べています。 （モバイルプロセッサとは対照的に、これは、より標準的なARM big.LITTLEの組み合わせよりも、クアルコムがKraitコアで使用するものに似ています。）また、強化された電力管理とスタンバイモードからのより迅速な開始と終了、特に重要な機能を備えて設計されていますモバイル市場で。
同社によれば、CPUコアとグラフィックスなどの他の要素との間の電力をより適切に調整できるため、バーストモードのより高度な実装が可能になります。
全体的に、Intelは、新しいアーキテクチャと同社の22nm FinFet SoCプロセスへの移行により、現在のAtomチップの最大3倍のパフォーマンスまたは5倍の低電力を提供できるチップを使用できるようになると述べています。 一般的に、Intelは、その「効率的な」デュアルコアは、電力の制約の下で非効率な現在のクアッドコアプロセッサよりも優れていると述べています。 （繰り返しますが、いつものように、製品がこれを判断するのを待ちます。）
現在のAtomラインと同様に、Silvermontアーキテクチャは、モバイルデバイス向けから大規模システムまで、さまざまなプロセッサで使用される可能性があります。 これらには、マイクロサーバー向けのAvoton、ネットワークデバイス向けのRangely、スマートフォン向けのMerrifield、タブレットやコンバーチブル向けのBay Trailが含まれます。 これらのうち、待望の22nm Bay Trailプラットフォームは、Intelがタブレットをホリデーシーズンまでに市場に投入する予定であり、詳細は近日中に公開される予定です。
全体的に、Silvermontアーキテクチャは、既存のAtomアーキテクチャからの大きなステップアップのように聞こえます。特に、このアーキテクチャに基づいたBay Trailが実際にどのように機能するのか興味があります。 これまで、コアファミリのローエンドとハイエンドのAtomsの間に顕著なパフォーマンスギャップがありましたが、このアーキテクチャは実際にギャップを埋めているように見えます。
結論：グラフィックスとパワーが競争を定義する
デスクトップまたはラップトップ向けのIntelチップまたはAMDチップ、スマートフォンやタブレット向けのARMベースのチップなど、今日目にするすべての主要なプロセッサには、複数のCPUコア、通常は複数のGPUコア（サーバーチップを除く）、あらゆる種類の画像処理、ビデオのエンコードとデコード、暗号化の処理などのその他の専用ロジック。
チッププロセスが小さくなると、1つのチップに含めることができるトランジスタの数が増えます。 しかし、どの機能を統合するか（およびそれらをどのように統合するか）は、チップ自体の特定の設計およびマイクロアーキテクチャと同様に、チップベンダー間の主要な差別化要因のままです。
これらの発表は、IntelとAMDが行っているトレードオフを示しており、今後数年間でコンピューティングに大きな影響を与えるはずです。
デスクトップおよびラップトップの場合、Intelは、実行ユニットを追加することにより、組み込みのグラフィックスパフォーマンスでAMDに追いつくだけでなく、プロセステクノロジーを活用して、組み込みDRAMなどの機能を進めようとしているように見えます。鉛。 AMDもそのグラフィックスでじっと座っているわけではないので、面白いマッチアップをするはずです。 一方、AMDはグラフィックスとCPUの機能をより良く統合するように努力していますが、これは新しいプログラミング方法をもたらす可能性があります。 それには時間がかかりますが、非常に重要であることが判明する可能性があります。
したがって、AMDのKaveriとIntelのHaswellの間の戦いは、ここ数年のIntel-AMDの競争よりも興味深いものになる可能性があります。 ハスウェルは確かに最初に出荷されます。 （私は、今年の夏にシステムを見ることを期待していますが、カヴェリの来年初めです。）繰り返しになりますが、これは主流のデスクトップとノートブック向けです。 ゲーマーとワークステーションのユーザーは、疑いなく、どちらかのチップをAMDまたはNvidiaのディスクリートグラフィックソリューションと組み合わせることを望んでいます。
タブレットおよび最終的には携帯電話の場合、AMDや他の企業が推進している異種システムアーキテクチャアプローチがさらに重要になる可能性がありますが、アプリケーションがそれを本当に活用するかどうかはしばらく時間がかかります。 インテルの新しいアーキテクチャは、この分野での競争力を高めます。 本当に大きな前進のように見えますが、競合他社も動き続けます。
Atom向けのSilvermontベースのBay Trailプラットフォームのようなものが実際に十分に高速で動作するので、より一般的な低価格のノートブックやデスクトップでも表示されるようになるかどうか、少し興味があります。 すでに今日のAtomベースのタブレットはWindowsを適度に実行しますが、改良により、HaswellまたはKaveri（またはIntelの現在のSandy BridgeとAMDの現在のRichmondのパフォーマンスに遅れている場合でも、多くのメインストリームユーザーにとっては十分です）案件）。
来年のエキサイティングな競争に役立つはずです。
