AMD の待望の Ryzen 4000 モバイル CPU は、同社の大成功を収めた Ryzen 3000 チップと同じ 7nm プロセスで製造される可能性があるが、今回は、同社はチップの成功を慎重にバランスのとれた設計に託している。
AMDの関係者は、実際には2017年からRyzen 4000モバイル（コードネーム「Renoir」）の設計に取り組んできたと述べており、これは同社の最初のRyzenデスクトップチップの導入よりも前のことだと指摘している。
モバイルチップの目標は全く異なる。「ノートPC向けプロセッサを開発する上での課題はバランスです。優れたノートPC向けプロセッサとなるための特性を、いかにバランスよく実現するかです」と、AMDのクライアント製品チーフアーキテクト、ダン・ブーヴィエ氏は述べた。
ノートパソコン用チップは、デスクトップ用チップのように全力で取り組むことはできません。ノートパソコンの筐体、Zハイト（厚さ）、電力エンベロープ、そしてバッテリー駆動時間を考慮する必要があります。「これらはすべて相反する要素であり、高性能化の妨げとなります」とブーヴィエ氏は説明します。「それでも、バランスを取り、最高のパフォーマンスを実現したいのです。」
AMDZen 2 のアーキテクチャ上の変更点のほとんどはよく知られていますが、クロックあたりの命令数 (IPC) が 15% 増加したことで、Zen 2 は大ヒットとなりました。
ブーヴィエ氏は、AMDがRenoirの設計をクアッドコアの前身モデルよりも拡張するというリスクを負ったと付け加えた。「Renoirを開発したとき、『クアッドコアにしよう。とにかく高速化しよう』と言っていました」。しかしブーヴィエ氏によると、AMDはそれ以上の可能性に気づき、6コアCPUを目指したという。そして、これらのモデルが復活すると、AMDはさらに高い目標を設定した。「モデルを見て、『これはかなり良さそうだ。もっと先へ進めよう』と考えました。それで8コアまで引き上げました。本当にリスクを冒したのです」
そしてブーヴィエ氏は、2017年には競合のインテルがまだデュアルコアCPUを販売していたことを思い出してほしいと指摘した。
AMD現在、基本的な Ryzen 4000 CPU の構築には 2 つの 4 コア CCX が使用されています。
Ryzen 4000 CPUの基本構成要素は、AMDがRyzen 3000シリーズや第3世代Threadripper CPUで採用している7nm Zen 2コアと基本的に同じですが、モバイル向けに最適化されています。モバイルRyzenの基本構成要素は、クアッドコア・コア・コンプレックス（CCX）です。各CCXは、SMT対応のコア4個と512MBのL2キャッシュ、そして4つのコアすべてで共有される1MBのL3キャッシュを備えています。2つのCCXで8コアチップが構成されます。
AMDは電力効率を重視するため、単一クラスタを採用すると思われるかもしれません。Bouvier氏はこれを「トレードオフ」と表現しましたが、マルチCCXでも非常に高い帯域幅、非常に高い周波数、そしてより優れた電力性能を実現できると指摘しました。
AMDRyzen 4000チップには、高度に最適化された7nm Radeon Vegaグラフィックスが搭載されている
7nm Vega: Ryzen 3000のVegaとは違う
Ryzen 4000がCESで発表された際、そのグラフィックスが同社の最新のNaviコアではなく、AMDの古いRadeon Vegaコアに基づいていることに失望した人もいた。
ブーヴィエ氏によると、2017年にチップの構想が初めて描かれた当時、AMDはNaviコアのモバイル向け最適化版を間に合うように開発できるとは考えていなかったという。幸運なことに、AMDはVegaアーキテクチャに「まだ十分な余力がある」ことにも気づいていたとブーヴィエ氏は述べた。
ブーヴィエ氏も、設計上の決定の多くは直感に反するように見えると認めた。例えば、12nmのRyzen 7 3700Uは10個のVega Compute Unitを搭載しているのに対し、7nmのRyzen 7 4800Uは8個のVega Compute Unitを搭載している。「これは、パフォーマンスと照らし合わせて検討した結果です」とブーヴィエ氏は説明した。「エンジンを小型化するにつれて、すべてがより近接し、配線もより密集し、今でははるかに高い周波数で動作できるようになりました。つまり、モバイルデバイスでは有利な面積を周波数と交換したのです。7nmプロセスによってそれが可能になったのです。」
AMDAMDは、7nmプロセスの小型化、クロック速度の向上、アーキテクチャの変更により、前世代のRyzenと比較してグラフィックコンピューティングユニットあたりのパフォーマンスが59％向上すると述べた。
AMD によれば、新しい 7nm ベースの Vega コアは、Ryzen 7 3700U チップの 12nm Vega コアと比べて、CU あたり 59 パーセントもの驚異的なパフォーマンスを発揮するという。
しかし、パフォーマンス向上の功績はAMDのシリコンだけにあるわけではない。ブーヴィエ氏は、プラットフォームは高速メモリサポートの恩恵を大いに受けていると述べた。「APUの設計において、これが最大の難関です」とブーヴィエ氏は述べた。「DDR(4)メモリはますます高速化していません。」ブーヴィエ氏によると、最大4,266MHzのLPDDR4Xサポートに移行することで、Ryzen 4000搭載ノートPCのメモリ帯域幅は77%向上するという。
AMDAMD の Ryzen 4000 チップは、LPDDR4X/4266 を使用することで、以前のバージョンよりも 77 パーセント多くのメモリ帯域幅を実現します。
バッテリー寿命は重要
AMDの第一世代12nm Ryzenは、素の性能はまずまずだったものの、バッテリー駆動時間に関してはIntelのCPUに大きく劣っていました。しかし、Ryzen 4000では状況は変わり、はるかに高速で効率も向上するとAMDは述べています。
「ドラッグスターエンジンをSUVに搭載しながら、プリウス並みの効率性を実現することを目指しました」と、AMDシニアフェローのスコット・スワンストロム氏は述べた。スワンストロム氏とは、トヨタの先駆的な低燃費ハイブリッド車を指している。「まさにそれがこの製品にとっての真の課題でした」。これを実現するために、AMDはCPUの電力状態とブースト状態の管理方法に大幅な変更を加えた。
AMDAMDは、新しいRyzen 4000 CPUは、チップが低電力状態で過ごす時間が長くなるため、アプリケーション実行中のRyzen 3000 CPUと比較して消費電力が59パーセント削減されると述べた。
AMDは、12nm Ryzen 3000モバイルチップからの移行で解決した問題の一つとして、低電力状態からのランプインとランプアウトの切り替えを挙げています。可能な限り低電力状態に切り替えられるというのは良いように聞こえるかもしれませんが、前世代のチップは「過度に積極的」だったとスワンストロム氏は述べています。Ryzen 3000では、動作が前後に揺れ動き、電力効率が悪化していました。Ryzen 4000では、下図の通り、AMDはこのシーソー現象を大幅に回避し、消費電力を削減しています。
スワンストロム氏によると、Ryzen 4000はドライバーからのフィードバック、BIOSからのフィードバック、OSからのフィードバックに加え、ノートPCとCPU自体に搭載されたセンサーも活用することでこれを実現しているという。例えば、グラフィックドライバーは3D処理を多用する負荷がかかっているかどうかを確認し、システムのシステム管理コントローラーにフラグを立てて、より多くの電力が必要であることを知らせる。
ほとんどの場合、システム管理コントローラはハードウェアとソフトウェアを監視して、どのようなパフォーマンスを提供するかを予測しようとしますが、Ryzen 4000 は Windows 10 の Power Slider UI と密接に結びつくと Swanstrom 氏は言います。
現在、Power Slider UI はほとんどのノートパソコンではあまり効果がないように見えますが、Ryzen 4000 搭載システムの多くでは、パフォーマンスを向上させたり、バッテリー寿命を最大限に延ばしたりできるはずです。多くの OEM は独自の電源コントロールも提供しており、Ryzen 4000 搭載ノートパソコンでもそれらは引き続き提供されます。
AMDAMD のシステム管理コントロールは主にファームウェアに基づいており、ラップトップに個別のグラフィック カードがあるかどうかを認識し、ラップトップのさまざまなブロックに電力を割り当てることができます。
最大ブースト
現代のノートパソコンは、チップから最大限のパフォーマンスを引き出すために、長年にわたりブーストクロックモードを活用してきました。AMDのRyzen 4000には、クロックを可能な限り高く、そして可能な限り長くブーストするための2つのモードが搭載されます。
どちらの方法も、CPU 自体からのテレメトリ データと、ラップトップ シャーシ内に配置されたリモート温度ダイオードに依存します。
一つ目は、皮膚温度認識型電力管理（STAPM）です。AMDは主に、バースト的な負荷や短時間の負荷時に高クロックを実現するよう調整しています。例えば、ウェブページを開いてブラウジングを開始すると、STAPMはクロック速度と消費電力を可能な限り引き上げ、CPUの定格長期熱制限または電力制限を数マイクロ秒超えることもあります。ある意味では、これはIntelの電力制限設定に似ています。Intelの電力制限設定は、通常、非常に短時間の電力使用量とクロック速度を制御します。
CPU の電力管理が限界に達し、バースト負荷ではないと認識すると、AMD の System Temperature Tracking V2 テクノロジーがそれを停止します。
STT V2は、ラップトップの底面、キーボード、またはGPU付近の温度を測定するダイオードを参照し、プロセッサがどれだけの負荷をかけ続けられるかを決定します。ダイオードの配置場所やラップトップの筐体がどの程度まで熱くなるかはラップトップメーカーが決定しますが、AMDによると、STT V2はSTAPMまたはSTAPMに類似した技術のみを使用した場合と比較して、バーストクロックの持続時間を通常4倍に延長できるとのことです。
AMDAMDのSTT V2とSTAPMは、新型Ryzen 4000が最大クロック速度までブーストできる強さと時間を制御するガードレールです。STAPMは主に短時間のバーストブーストをガイドし、STT V2はラップトップの表面温度を考慮して長時間のブースト負荷を制御します。
結論：今は待つ
結局のところ、これは非常に印象的ですが、Ryzen 4000 CPUを搭載したノートパソコンが実際に出荷されるまでは、あくまで理論上の話に過ぎません。それでも、これがAMDにとってどれほど重要な意味を持つかを過小評価すべきではありません。AMDは、その歴史上初めて、ノートパソコン市場をリードする存在になる可能性を秘めているのです。
