ゲーミングノートPCの未来は、CPUとGPUという最も高温になる2つのコンポーネント間の限られた熱管理に大きく焦点を当てているようです。AMDにはSmartShift、IntelにはDynamic Power Shareがありますが、どちらの技術も自社のハードウェアでのみ動作するように設計されています。そして今、NVIDIAも独自のDynamic Boostでこの流れに加わり、ノートPCの「未使用」な熱を有効活用することを目指しています。
たとえば、ラップトップの熱予算が 115 ワットで、CPU に 35 ワット、GPU に 80 ワットある場合、CPU が使用していない追加の電力をゲーム時のパフォーマンス向上に利用するのはなぜでしょうか?
これが、AMDのSmartShiftとIntelのDynamic Power Shareに対するNVIDIAの回答の根底にある考え方です。NVIDIAはその仕組みを詳細に明かしていませんが、現時点ではDirectXゲームに限定されています。NVIDIAは、特定の負荷状況下でGPUの電力消費を動的に増加させ、フレームレート性能に影響を与えない範囲でCPUのパフォーマンスを動的に制御するアルゴリズムを開発したと推測されます。
エヌビディア当初、この機能は今年初めに発表されたGeForce RTX 2070 SuperとGeForce RTX 2080 Superにのみ搭載されると考えられていました。NVIDIAは、TuringベースのノートPCであればどれでもサポート可能だと発表していますが、実装はノートPCメーカーの判断に委ねられています。また、ノートPCは共有ヒートパイプ設計を採用する必要があります。専用のヒートパイプでは、ヒートパイプを共有する意味がないからです。
最近、Intel Core i7-10750HとGeForce RTX 2080 Superを搭載したAcer Predator Triton 500で、この機能がどれほどうまく動作するかを確認する機会がありました。この機能はデフォルトでオンになっていますが、NVIDIAコントロールパネルでオン/オフを切り替えることができます。グローバル設定に加え、特定のアプリケーションに対してオン/オフを切り替えるオプションも用意されています。
IDGDynamic Boostを試すために、ノートパソコンをデフォルトの冷却プロファイルで動作させましたが、G-Syncをオフにしました（これによりベンチマーク結果が多少おかしくなることがあります）。また、ディスクリートGPUを常にオンに設定しました。このノートパソコンは共有ヒートパイプ設計を採用しており、厚さは18mmと、共有ブースト技術の代表的モデルとなっています。
エイサーダイナミック ブースト機能を確認するために、6 コアの Core i7-10750H と Nvidia GeForce RTX 2080 Super Max-Q を搭載した Acer Predator Triton 500 を使用しました。
ダイナミックブーストゲーミングの結果
Dynamic Boostをテストするため、Predator Triton 500で複数のゲームと合成グラフィックテストをいくつか実行しました。パフォーマンスは概ね5%から9%向上し、これはNVIDIAが以前にDynamic Boostについて主張していた内容と一致しています。パフォーマンス向上が見込めると判断した項目は緑色で、誤差範囲内と思われる項目は黄色で、パフォーマンスの低下は赤色で強調表示しています。「低下」と書きましたが、その理由を確認するにはもう少しお待ちください。
まず合成画像を見ると、Dynamic Boostが最も効果を発揮する箇所が分かります。例えば、3DMarkのPort Royalは、GPUに特に負荷がかかるレイトレーシングベンチマークです。このベンチマークでは、Dynamic Boostによって9.4%の優位性が見られます。
IDGNvidia のダイナミック ブースト機能は、グラフィックが非常に集中するゲームの負荷時に最適です。
3DMarkのTime Spyを見ると、グラフィックス性能が7.9%向上している一方で、物理演算性能はわずかに低下していることがわかります。なぜでしょうか？3DMarkは3Dゲームのパフォーマンスを測定するために作成されたベンチマークで、テストはグラフィックスと物理演算の2つに分かれています。もちろん各テストではCPUを使用しますが、スコアリングはグラフィックス性能についてはCPUパフォーマンスを無視し、物理演算性能テストについてはCPUパフォーマンスを高く評価するように構成されています。
Time SpyはPort Royalほど過酷ではありませんが、それでもかなり負荷の高いグラフィックテストです。3DMark Sky Diverはそうではありません。Sky DiverはTime Spyと同様にグラフィックテストと物理演算テストの両方を備えています。しかしTime Spyとは異なり、統合型グラフィックスを搭載したノートパソコンでゲームをどれだけ快適にプレイできるかを測るために作られています。グラフィックテストでは8.5%というかなり高いパフォーマンス向上が見られましたが、物理演算テストでは6.6%もスコアが低下しました。
Nvidia は、私たちの結果を再現できなかったと述べていますが、Dynamic Boost による CPU の制限が Sky Diver の物理テストの低下を引き起こすのに十分だったのではないかと疑っています。
負荷が大きければ大きいほど、ダイナミックブーストの効果は大きくなります
ゲームは通常、合成テストのようには動作しません。CPUとGPUの挙動は、変化しやすい様々な未知の要素の影響を受けます。それでも、3DMarkと同様のパターンが見られ、GPUパフォーマンスがボトルネックとなっているゲームが最もパフォーマンスが向上するようです。
例えば、パストレーシングを完全に実行した Quake II RTXでは、ダイナミックブーストをオンにすると9.4%の向上が見られます。DirectXレイトレーシング対応をオンにしたMetro Exodusでは8%の向上が見られます。一方、 Strange Brigadeでは、シャドウ オブ ザ トゥームレイダー などの他のゲームでは7.4%の向上が見られ、その効果は「わずか」5%にとどまります。
NVIDIAはDynamic Boostの仕組みについて言及していませんが、結果から、ゲームがGPUパフォーマンスとCPUパフォーマンスにどれだけ依存しているかによって、パフォーマンス向上が左右されることが示唆されています。 『Far Cry New Dawn』や『Rise of the Tomb Raider』のように、両者のバランスがかなり取れているゲームもあります。
同じゲームを最高画質と最低画質に設定して検証してみました。結果はほぼ一致しました。
Strange Brigade を 最高設定にすると約 7.4 パーセントの向上が得られますが、ゲームの GPU への依存度が低くなる最低のグラフィック設定に設定すると、パフォーマンスの向上は 4.2 パーセントに低下しました。
また、 Shadow of the Tomb Raiderでも、DXR を使用した最高設定で「わずか」5.1% しか向上しませんが、最低設定では、Dynamic Boost を使用した場合のパフォーマンスは基本的に同じです。
Metro Exodusでも同様の現象が見られますが、数少ないケースの一つで、パフォーマンスが8%向上から5%低下に転じています。レイトレーシングによるグローバルイルミネーションを使用し、フレームレートが50fps台という非常に高いGPU負荷から、ゲームを最低品質設定にすることでフレームレートが160～170台にまで低下しています。Nvidiaの担当者は、このパフォーマンス低下について調査中であると述べていますが、GPUがボトルネックになっていない場合、CPUのブーストクロックに左右されることが多くなり、場合によってはすべてが狂ってしまう可能性があります。
これは私たちにとって致命的な問題ではありません。なぜなら、このゲームだけがその兆候を示したからです。また、高度なグラフィック機能をすべて搭載したゲームを、それらをオフにしてプレイする人はほとんどいないでしょう。そして、前述の通り、高フレームレートでプレイするゲームでさえ、パフォーマンスの低下はありませんでした。CPU負荷の高い「Counter Strike: Global Operations」は誤差範囲内で、GPUのクロック速度を上げても何も改善されませんでした。ここでご紹介したいのは、 「Red Dead Redemption II」の結果です 。このゲームは、Dynamic Boostをオンにすることで14%という大幅なパフォーマンス向上を示しました。
私たちの結果は事実ですが、Nvidiaは2桁のパフォーマンス向上を全く主張していません。14%の向上は、ゲームのデフォルトであるVulkan APIではなく、DirectX12 APIを使用してゲームを実行したことによるものかもしれません。基本的に、ほとんどの場合、それほど大きなパフォーマンス向上は期待できません。
最後に、結果を最もパフォーマンスが良かったものから悪かったものの順に並べました。これにより、グラフィック負荷が高いほどパフォーマンスが向上することがより明確になります。
IDGパフォーマンス向上順に並べてみると、Dyanmic Boost のパフォーマンス向上は一般にグラフィックを多用する設定に偏っており、負荷が軽くなるにつれて結果が減少することがわかります。
ダイナミックブーストの様子
Nvidiaは、Dynamic BoostによりGPUの熱負荷が15ワット増加すると発表しており、これはほぼ事実のようです。HWInfoを使用して、実行中のGPUとCPUのログを記録し、実際に増加しているかどうかを確認しました。以下は、3Dmark Time Spyの実行結果と、グラフィックスチップの消費電力です。最初の山はグラフィックス処理、2番目の山は物理演算処理を示しています。青は、Predator Triton 500でDynamic Boostをオフにした状態でGeForce RTX 2080 Super Max-Qが消費するワット数で、緑はDynamic Boostをオンにした状態でのものです。
IDGダイナミック ブーストをオンにすると、GeForce RTX 2080 の電力消費量が 80 ワットから 95 ワットに増加することがわかります。
同じ3DMark実行中のCPUのワット数を見ると、テストのグラフィックス部分ではCPUの消費電力（青で表示）が20ワット台半ばから10ワット台前半に低下していることがわかります。物理テスト中も電力バジェットが減少しています。
IDGNvidia の Dynamic Boost をオン (緑) にすると、オフ (青) にしたときよりも CPU の電力消費が削減されることがわかります。
ゲームプレイ中のGPU電力も確認したかったので、レイトレーシング機能をオンにした状態でMetro Exodusをプレイ中のGPU電力も記録しました。Metro内蔵ベンチマークを3回実行した際、GPUに15ワット多く供給されたにもかかわらず、3DMarkとほぼ一致していることがわかります。
IDGダイナミックブーストオン（緑）とダイナミックブーストオフ（青）
CPUに注目すると、ダイナミックブーストをオンにした状態ではCPUの熱バジェットは20ワット弱で動作していることがわかります。ダイナミックブーストをオフにすると、CPUは約45ワットの熱バジェットを消費します。
IDGMetro Exodus 中にダイナミック ブーストをオンにすると、CPU が 45 ワットではなく 20 ワット以下に制限されます。
CPUのクロック速度が20ワット未満に制限されている間にどれだけ低下するかを確認するため、Dynamic Boostのオン/オフの状態を比較しました。以下は、3回のベンチマーク実行を通してCPUのクロック速度が約100MHz低下した箇所を示しています。
IDGダイナミック ブーストがオンの場合、CPU はわずかに遅いクロック速度で動作します。
ゲームのグラフィック設定を最高から最低に下げると何が起こるかという前回の話に戻りますが、Metroで実際に試してみました。Metro で全てのオプションをオンにした状態で実行した場合と比較すると、低設定ではCPUへの負荷がより大きくなります。クロック速度は全体的に非常に近いですが、2番目と3番目の山が見えています。これは、2回目と3回目の実行が低いクロック速度であることを示しています。実行全体を通してクロック速度は約2GHzに近く、これはゲームの大部分がGPUである場合よりも約600MHzから700MHz高い値です。
IDG低い設定にすると、Metro では CPU がはるかに高いクロック速度で実行されます。
結論
今後、NVIDIAはAMDとIntelの間で注目を集めるために激しい競争を繰り広げることになるでしょう。両社ともNVIDIAには非公開の独自の電力共有ルーチンを提供しているからです。AMD独自のSmartShiftも1桁台のパフォーマンス向上を約束しており、実際に行ったテストの一部でその効果が確認されています（長らくお待たせしていましたが、SmartShiftの検証は現在準備中です）。
AMD はミッドレンジ以上で Nvidia を圧迫する可能性が高い (RDNA2 をベースにしたモバイル部品で想像する) 一方、Intel は Xe Max GPU と第 11 世代 CPU を使用した独自の Dynamic Power Share でエントリー レベルで Nvidia を圧迫する可能性があります。
こうした観点から見ると、Dynamic Boostは全体的に見て非常に優れていると言えるでしょう。NVIDIAは、AMDやIntelほどCPUを詳細に制御するキーを備えていないにもかかわらず、主にソフトウェア技術を用いて、非常に堅実なパフォーマンス向上を実現しています。
しかし、12 か月後にスマートシフトシェアの世界がどのようになっているかは、誰にもわかりません。
