128MBキャッシュ搭載のAMD Ryzen 9 5900X3Dが出現、ただしAMDは発売せず
AMDのRyzen 9 5900X3Dが、小売製品化されなかったにもかかわらず、12基のZen 3コアと128MBのL3キャッシュを備える製品として出現した。報じられたエンジニアリングサンプルにより、AMDが8コアのRyzen 7 5800X3Dを発売する前に検証していた設計の一端が、より明確に見えてくる。
このサンプルは、Ryzen 9 5900X3Dに関する報道によると、ハードウェアフォーラムChiphellへの投稿で確認されたという。画像には、識別文字列「100-000000652-20_48/32_Y」と、L3キャッシュ128MBを示すCPU-Zの表示が写っているとされる。
この構成は、広く知られる2つのZen 3設計の中間に位置する。標準のRyzen 9 5900Xは、2つのコンピュートダイにまたがって64MBのL3キャッシュを搭載する。AMDの後のラボ用プロトタイプでは、両方のダイに追加キャッシュを配置し、192MBに達した。
新たに報じられたプロセッサは、2つのコンピュートダイのうち片方にのみ64MBのキャッシュダイを追加したようだ。これによりAMDは、同様のRyzen 9 X3Dプロセッサが店頭に並ぶ何年も前に、非対称なキャッシュレイアウトを持つ高コア数チップを実現していたことになる。
これは単に珍しいコレクターズアイテムの話ではない。このサンプルは、AMDが最も成功したゲーミングCPUの設計手法の一つに至るまでの、技術的な選択を示している。
AMDは12コアと大容量キャッシュを組み合わせることができたが、コア数を増やしても、必ずしも最も分かりやすいゲーミング製品になるわけではなかった。同社は代わりに、追加キャッシュを備えた8コアのコンピュートダイをRyzen 7 5800X3Dとして発売した。
AMD Ryzen 9 5900X3Dサンプルが埋める空白
出現したプロセッサは、AMDが当初公開した12コアのデモ用チップと市販のRyzen 7 5800X3Dの間にある、実用的な中間案を検証していたことを示している。
AMDは2021年5月のComputexで、Ryzen 5000プロセッサ上の積層キャッシュを公開した。3Dチップレットのプロトタイプでは、Ryzenプロセッサに垂直接合したキャッシュを組み合わせていた。
同社はこの技術について、マザーボード上でプロセッサの物理的な設置面積を広げることなく性能向上を実現する手段だと説明した。また、3Dチップレットを採用する将来の高性能製品が、2021年末までに生産へ入るとも述べていた。
そのデモでAMDは、12コアのRyzen 9 5900Xプロトタイプを使用した。比較では、プロトタイプと標準の5900Xの両方が固定4 GHzで動作したと報じられている。
AMDは、積層キャッシュ搭載プロトタイプが選定タイトル全体で平均最大15%のゲーミング性能向上を実現したと主張した。この結果が、後にAMD 3D V-Cacheとなる技術の商業的な根拠となった。
新たに出現したサンプルが、Computexで示されたプロセッサと同一であるとは限らない。AMDのプレゼンテーションは、両方のコンピュートダイにキャッシュを搭載し、合計192MBのL3を備える構成と広く関連付けられていた。
これに対し、Chiphellのサンプルは128MBを示しているとされる。通常のRyzen 9 5900Xは64MBを搭載し、各Core Complex Die（CCD）に32MBずつ分割されている。
CCDは、プロセッサコアと共有L3キャッシュを内蔵するコンピュートチップレットである。片方のCCDに64MBのキャッシュダイを追加すると、そのダイの容量は96MBへ増加する。
もう一方のCCDは、元の32MBを維持する。2つのダイを合わせると、報じられた合計128MBとなる。
CPU-Zはこのプロセッサを、12コア・24スレッドの製品として識別したとされる。スクリーンショットには約4,649 MHzのクロックも表示されていたが、この値が何を示すのかは依然として不明だ。
最終的な市販仕様ではなく、観測されたブースト周波数を示している可能性がある。エンジニアリングサンプルでは、暫定的なファームウェア、識別子、電圧制御、クロック制限が用いられることが多い。
AMDはこの特定のサンプルを公に認証しておらず、公式のRyzen 9 5900X3D仕様も発表していない。この名称は論理的な説明であり、AMDが完成した市販モデルにその名称を付けた証拠ではない。
この違いは重要だ。プロトタイプのハードウェアが記録するのは実験であり、最終製品への確約ではない。動作するサンプルはAMDがこの構成を評価したことを示すが、予想歩留まり、検証結果、発売計画までは明らかにできない。
それでも、報じられた構成は既知のZen 3パッケージングと整合する。また、AMDが後に商用のデュアルCCD X3Dプロセッサで採用したアーキテクチャ上の方向性とも一致する。
このため、このサンプルは説明のないCPU刻印よりも多くを語る。AMDの初期実験と、最終的にRyzen 9製品ラインへ到達した設計戦略を結び付けるものだ。
128MBのL3キャッシュがゲーミングで重要だった理由
追加キャッシュには、より多くのゲームデータをCPUコアの近くに保持し、システムメモリへのコストの高いアクセスを減らせる価値があった。
L3キャッシュは、プロセッサコアで共有される高速なオンチップメモリのプールである。ゲームは、描画される各フレームの間に、命令、オブジェクトデータ、シミュレーション状態、その他の情報を繰り返し参照する。
この作業データがキャッシュ内に残っていれば、コアはより少ない遅延で取得できる。キャッシュミスが起きると、プロセッサはメモリ階層のより遠い場所へアクセスする必要がある。
したがって、L3キャッシュを増やすことで、大規模または不規則なワーキングセットを持つワークロードの性能を向上できる場合がある。多くのゲームがこれに該当し、とりわけグラフィックスカードが主な制約ではない場合に当てはまる。
AMD 3D V-Cacheは、コンピュートダイの上に別のキャッシュチップを垂直に接合することで、このプールを拡張する。この設計は、元のシリコンの隣に大型CCDを配置することなく容量を増やす。
標準のRyzen 9 5900X仕様には、12コア、24スレッド、64MBのL3キャッシュが記載されている。AMDはこれらのコアを2つのCCDに分けている。
5900X構成では、各CCDに6つのアクティブコアが含まれる。それぞれが独自のローカル32MB L3キャッシュにもアクセスできる。
このエンジニアリングサンプルは、片方のCCDの上に64MBを積層することで、プロセッサのL3総容量を2倍にしているとされる。ただし、総容量だけではソフトウェアがチップをどのように扱うかを完全には説明できない。
6つのコアは、96MBのローカルL3キャッシュのそばに配置される。残る6つは、別のCCD上の32MBへアクセスし続ける。
キャッシュを搭載するダイ上で動作するスレッドは、より大きなプールから直接恩恵を受けられる。もう一方のダイ上のスレッドは、同じローカルアクセス特性を得られない。
CCD間でデータや作業を移動すると、追加のレイテンシーが発生する。そのため、OSとAMDのソフトウェアは、ゲームスレッドを優先ダイへ配置する必要がある。
これはハードウェア上の機会と同時に、スケジューリングの問題を生む。ゲームは一般に大容量キャッシュを求める一方、高度にスレッド化された生産性アプリケーションは、利用可能なすべてのコアを求める可能性がある。
一部のアプリケーションは、キャッシュ容量よりもクロック速度やメモリ帯域幅から大きな恩恵を受ける。コアが別々のCCDに配置されていても、コア数に応じてスケールするものもある。
ゲーミングの結果も、タイトル、解像度、グラフィックスカード、エンジンの動作によって異なる。高いグラフィック設定では、GPUが主な制約になることが多く、CPU差は見えにくくなる。
AMDが当初示した最大15%の比較は、選定ゲームと制御されたシステムに基づくものだった。すべてのタイトルで普遍的に得られる性能向上と解釈すべきではない。
サンプルで報じられたクロックも不確実性を増す。積層キャッシュでは、コアを含むダイの上に追加シリコンが配置されるため、熱特性が変化する。
電圧と熱の制約により、積層キャッシュを持たない同等プロセッサより低い周波数が必要になる場合がある。キャッシュによる利得とクロック低下の最終的なバランスは、ワークロードごとに異なる。
したがってRyzen 9 5900X3Dは、無料で性能が上がる単純な5900Xではなかっただろう。より大きなローカルキャッシュに加え、新たなスケジューリング、熱設計、製品検証の要件を組み合わせることになったはずだ。
このアーキテクチャは魅力的な組み合わせを約束していた。12コアはレンダリング、コンパイル、ストリーミング、その他の並列作業を担い、拡張されたCCDはゲーミングに集中できる。
しかしその柔軟性は、設計を説明し最適化する難しさも生んだ。8コアという選択肢のほうが、はるかに明快な答えを提供した。
Ryzen 7 5800X3Dはスケジューリングの問題を取り除いた
AMDの市販Zen 3 X3Dチップは4コアを削減した一方、すべてのコアと拡張キャッシュの直接的な関係を同一にした。
Ryzen 7 5800X3Dは、8コアのCCDを1つ使用する。このダイは32MBのL3キャッシュを備え、3D V-Cacheによってさらに64MBを受け取る。
8つのコアはすべて、結果として得られる96MBのプールを共有する。異なるキャッシュ容量やレイテンシーを持つ第2のコンピュートダイはない。
この対称性により、このプロセッサはゲームにとって非常に扱いやすいものとなった。ソフトウェアは、キャッシュが豊富なCCDと周波数重視のCCDのどちらを選ぶか判断する必要がなかった。
AMDはこのプロセッサを2022年3月に発表し、翌月に発売した。同社はこれを、3D V-Cacheを搭載した初のRyzenプロセッサと呼んだ。
5800X3Dの発売詳細には、8コア、16スレッド、96MBのL3キャッシュが記載されていた。AMDは再び、積層キャッシュを搭載しないプロセッサと比べて最大15%高いゲーミング性能を主張した。
この比較では、高画質設定の1080pにおける6本のゲームを使用した。AMDは、ある比較では5800X3DをRyzen 9 5900Xと、別の比較ではIntelのCore i9-12900Kと比較した。
これらはメーカーによるテストであり、一様な性能を独立して証明するものではない。ただし、その後の第三者レビューでは、キャッシュに敏感なゲームがこの設計から大きな恩恵を受け得ることが示された。
5800X3DはAM4プラットフォームも維持した。既存ユーザーは、新しいソケットへ移行したりDDR5メモリを導入したりせずに、より高速なゲーミングCPUを利用できた。
このアップグレードとしての役割は、プロセッサの長寿命の中心的な要素となった。AM4の所有者は通常、フレームレートを改善するために5900X3Dの追加コアを必要としなかった。
ユーザーに必要だったのは、確立済みのシステム内で動作する高速なゲーミングチップだった。シングルCCDの5800X3Dは、より少ないアーキテクチャ上の複雑さでその価値を提供した。
仮にRyzen 9 5900X3Dが存在した場合、より狭いニーズの重なりを狙うことになっただろう。その購入者には、キャッシュの恩恵を受けるゲーミング性能と、より強力なマルチコア処理能力の両方が必要になる。
AMDはすでに、12コア処理を優先するユーザー向けに通常の5900Xを販売していた。5800X3Dは、その製品と直接競合することなくゲーミング需要に対応できた。
AMDはキャンセルの理由を公に文書化していないものの、製造上の考慮もおそらく重要だった。すべての積層キャッシュプロセッサには、追加のシリコン、接合、検証が必要となる。
8コアチップでキャッシュスタックを1つ使うことで、明確に焦点を絞ったフラッグシップが生まれる。12コアチップの半分にのみスタックを使うと、1つのパッケージ内に異種の動作特性が持ち込まれる。
5900Xの両方のCCDにキャッシュを配置すれば、シリコン使用量はさらに増える。また、1つのローカルコンピュートダイを好むゲームでは、2つ目のスタックの価値が下がる可能性もある。
選択肢は単に96MBか128MBかではなかった。AMDは、高価なキャッシュ容量を最も明確な実環境での利点へ変換できるパッケージを選んでいた。
Ryzen 7の設計は、ゲームが利用できる場所に機能を集中させた。未発売のRyzen 9は、プロセッサを2つのレイテンシードメインにまたがらせ、ソフトウェア側の認識を必要とした。
このトレードオフは、より小型のプロセッサがより優れたゲーミング製品になり得た理由を説明する。コア数は注目を集めるが、ローカルキャッシュへの予測可能なアクセスのほうが重要になることが多い。
このプロトタイプはAMDの後のハイブリッドX3D戦略を予見していた
AMDは最終的にこのエンジニアリングサンプルの基本的な考え方を商用化したが、新しいハードウェアとソフトウェアによって、その妥協点は管理しやすくなった。
12コアのRyzen 9 7900X3Dは、Zen 4アーキテクチャと非対称なデュアルCCD設計を採用して2023年に登場した。片方のCCDは積層キャッシュを搭載し、もう片方はより高いクロック速度を重視している。
AMDの公式7900X3D仕様では、12コア、24スレッド、128MBのL3キャッシュが記載されている。この合計値は、報じられたZen 3サンプルと一致する。
この類似性により、古いエンジニアリングチップは歴史的に重要な存在となる。AMDは、この製品コンセプトを小売製品として提示する枠組みが成熟する前から評価していた。
ハイブリッド構成のRyzen 9 X3Dプロセッサでは、ゲームはキャッシュ搭載CCDを優先して利用するべきだ。周波数やより広範なスレッド性能を重視するアプリケーションは、もう一方のコアを使用できる。
この挙動には、ファームウェア、チップセットドライバー、オペレーティングシステム、ゲーム検出機能の連携が必要となる。ハードウェア単体では、常に最適な配置を選べるとは限らない。
誤ったCCDに割り当てられたゲームは、本来想定されたキャッシュ上の利点を得られない可能性がある。バックグラウンドのワークロードも、スケジューリング判断に影響を与え得る。
これが、未発売のRyzen 9 5900X3Dを過度に理想化すべきでない最大の理由だ。仕様は際立って見えるが、実際の性能は実装の詳細に左右されたはずである。
128MBという数値も、誤解を招く比較を誘発する。キャッシュ容量は、12コアすべてが等しく利用できる一様なリザーバーではない。
報じられたサンプルには、容量の異なる2つのローカルプールが含まれている。6コアの一方のグループは96MB、もう一方は32MBを備える。
ワークロードは、これらのプールを単一でフラットな128MBキャッシュのようには扱えない。アクセス経路、スレッドの配置、データの配置はいずれも重要だ。
そのため、このエンジニアリングサンプルは大型化した5800X3Dというより、初期の異種構成ゲーミングプロセッサに近い。同一パッケージを共有しながらも、2つのCCDは異なる強みを持っていた。
後のRyzen 9 7900X3Dは、このコンセプトが商業的に成立することを証明している。しかし、Zen 3版が小売投入の準備を整えていたことまでは証明しない。
Zen 4では、より新しいプラットフォーム、更新されたファームウェア、高速なメモリー、そして積層キャッシュ製品に関する豊富な経験がもたらされた。AMDには、ハイブリッドX3D設計向けのスケジューリング機構を開発する時間もあった。
同社は後のRyzen 9 X3Dチップを、ゲーミングとクリエイティブ作業を兼ねるプロセッサとして位置付けることができた。初代Zen 3の投入には、異なる戦略的役割があった。
AMDは、垂直積層キャッシュがデスクトップゲーミングを向上させられることを示す必要があった。シンプルな単一CCDプロセッサなら、より少ない留保条件でその主張を打ち出せた。
Ryzen 7 5800X3Dは、その実証例となった。未発売の5900X3Dは、より幅広いX3D採用へと至る開発経路の一部にとどまった。
この流れは、なぜこのサンプルが今日重要なのかも説明している。製品の歴史は、デモンストレーションから店頭販売まで一直線に進むことはめったにない。
AMDは、最もバランスの取れたバージョンを選ぶ前に、複数のコア数とキャッシュ構成を検討した。後続世代では、Zen 3が見送った選択肢が再び採用された。
エンジニアリングサンプルがなお証明できないこと
入手可能な証拠は異例のプロセッサの存在を裏付けるが、最終仕様、性能、あるいは中止された発売予定を確立するものではない。
公開された主張は主に、Chiphellフォーラムユーザーに帰属するとされる写真とCPU-Zのスクリーンショットに基づく。独立系メディアもこれらの資料を報じているが、AMDはチップを認証していない。
識別文字列はエンジニアリングサンプルと整合しているように見える。表示されたコア数とキャッシュ容量も、もっともらしいZen 3構成に合致する。
ただし、スクリーンショットは初期ハードウェアを誤って読み取る可能性がある。初期ファームウェアでは、不完全な名称、不正確なセンサー、あるいは最終シリコンの挙動と異なる値が示されることがある。
報じられた4,649 MHzのクロックには、特に慎重な扱いが必要だ。CPU-Zの表示は、公式の最大ブースト定格ではなく、一時的な動作周波数を示す可能性がある。
Tom’s Hardwareは、この値を公称4.7 GHzのブーストに相当する可能性があると解釈した。その場合、標準5900Xの公称最大4.8 GHzをわずかに下回ることになる。
AMDはこの解釈を確認していない。また、このサンプルについてベースクロック、熱設計電力、対応メモリー仕様、小売名称も公表していない。
「キャンセル」という表現にも留保が必要だ。AMDが、動作するラボ向けハードウェアを含め、3D V-Cacheを搭載した高コア数Zen 3プロセッサを明らかに実験していたことは確かである。
しかし、それだけでは小売向けRyzen 9 5900X3Dが同社の製品承認プロセスを完了していたことにはならない。プロトタイプは、商業発売が予定されることなく存在し得る。
この128MBサンプル固有の検証済みベンチマークも存在しない。AMDのComputexでの結果では、両方のCCDにキャッシュを搭載した別の192MB構成が使われた可能性がある。
小売版5800X3Dの結果を、そのままこのサンプルに当てはめることはできない。CCDあたりのキャッシュ豊富なコア数が少なく、2つ目のCCDを備え、クロック挙動も異なる可能性があるためだ。
このチップは一部のゲームで非常に優れた性能を発揮したかもしれない。一方で、スケジューリングの問題、不均一なフレームタイム、タイトルごとに一貫しない向上に直面した可能性もある。
生産性性能についても、同様に慎重な評価が必要だ。一般に12コアは8コアより高いスループットを提供するが、低いクロックは軽度にスレッド化されたアプリケーションに影響し得る。
一部のプロフェッショナルワークロードは、より大きなキャッシュから大きな恩恵を受ける。他方で、コア周波数、メモリー帯域幅、または専用アクセラレーションへの依存度がより高いものもある。
統制されたテストがない限り、このプロセッサは失われたベンチマーク王者ではなく、アーキテクチャ上の遺物にとどまる。その仕様は可能性を示唆するものであり、CPUランキングにおける検証済みの地位を示すものではない。
サンプルの状態も重要だ。エンジニアリング用ハードウェアは未完成のマイクロコードを使用する可能性があり、標準的なコンシューマー設定で安全に動作しない場合がある。
コレクターは時に、清算、リサイクル、あるいは非公式な再販経路を通じてこうしたプロセッサを入手する。その出現は、メーカーのサポートや通常のマザーボード互換性を意味しない。
読者にとって、責任ある結論は限定的ながら有用だ。AMDは、非対称な128MB L3構成を持つ12コアZen 3サンプルをどうやら製造していた。
証拠は、何個のサンプルが存在したかを示していない。また、その生産段階、想定顧客、性能目標も明らかにしていない。
最も重要なのは、AMDが誤った判断をしたとまでは言えないことだ。実際に登場した小売製品はよりシンプルな設計を採用し、非常に長く支持されるAM4向けゲーミングアップグレードとなった。
このプロトタイプは、その決定への理解を広げる。しかし、AMDが実際に出荷した製品の成果を覆すものではない。
サンプルの歴史的価値を決める3つのシグナル
認証、独立テスト、そしてAMDの継続的なキャッシュ戦略によって、このプロセッサが興味深いフォーラム上の発見以上の存在になるかどうかが決まる。
最初のシグナルは、ハードウェアそのものの直接検証だ。明瞭なパッケージ写真、基板上の刻印、ファームウェアデータ、再現可能な診断結果があれば、識別の信頼性は高まる。
AMDの声明が最も強力な確認となるが、同社には中止されたすべての構成を文書化する商業的理由はほとんどない。追加のサンプルが見つかれば、有用な裏付けとなり得る。
2つ目のシグナルは、この正確なプロセッサに対する独立ベンチマークだ。レビューアーには、対応するマザーボード、安定したファームウェア、管理された冷却環境、比較可能なZen 3チップが必要になる。
テストには標準のRyzen 9 5900XとRyzen 7 5800X3Dを含めるべきだ。この比較により、非対称キャッシュ設計の価値とコストを切り分けられる。
平均フレームレートだけでは十分ではない。最低性能、フレームタイムの一貫性、消費電力、温度、アプリケーションのスループットによって、実際のトレードオフが明らかになる。
テストでは、各ワークロードをどのCCDが実行しているかも特定すべきだ。そうしなければ、スケジューラの不適切な判断がハードウェアの制約と誤認されかねない。
3つ目のシグナルは、将来のプロセッサにおける非対称およびデュアルスタックキャッシュに対するAMDの扱いだ。新しい設計が登場するたびに、初期の制約のうち技術的なものと商業的なものがどれだったかが、より明確になる。
AMDの現行3D V-Cache概要は、ポートフォリオが1つの実験的なデスクトップチップからどれほど進化したかを示している。キャッシュ積層は現在、複数のプロセッサ世代とワークロードカテゴリーにまたがっている。
将来のソフトウェアサポートは引き続き重要だ。ハイブリッドキャッシュ設計は、ハードウェアトポロジーとオペレーティングシステムのスケジューリングとの信頼できる連携に依存する。
AMDがより多くのコアとダイに積層キャッシュを拡大し続けるなら、5900X3Dサンプルは持続的な戦略の初期版として見えてくるだろう。その非対称性は、妥協ではなく意図的なものに映るはずだ。
よりシンプルな単一CCD設計が引き続きゲーミング性能を主導するなら、このサンプルは別の教訓を裏付けることになる。より多くのキャッシュとコアがあっても、焦点を絞ったトポロジーの代わりにはならない。
AM4ユーザーにとって、この発見は実用的なアップグレードの選択肢を生み出すものではない。エンジニアリングサンプルはサポートされた小売製品ではなく、一般ユーザーはその出現を前提に計画すべきではない。
その価値は説明的な点にある。これは、AMDが3D積層技術を公開プロトタイプから主流のゲーミング機能へと発展させる過程で、どのような代替案を検討していたかを示している。
このプロセッサは、仕様主導の比較に対する有用な警告でもある。より大きな総キャッシュ容量は、そのキャッシュがどこに存在し、どのコアが効率的にアクセスできるかを隠してしまう場合がある。
AMD Ryzen 9 5900X3Dは、12コアと128MBのL3キャッシュを組み合わせているため、紙の上では強力に見える。未解決の詳細こそが、この物語を重要なものにしている。
AMDは5800X3Dを選ぶ際、単に4コアを削ったわけではない。ゲーミング上の利点をより容易に利用、検証、説明できるトポロジーを選択したのだ。
検証済みのベンチマークは、未発売チップが5800X3Dと並ぶ地位に値したことを示すのか、それともAMDがより優れた設計を選んだことを確認するのか。独立テストが登場するまでは、このサンプルを購入者に提供されなかった完成品ではなく、AMDの実験の証拠として見るべきだ。より詳細なハードウェア識別、CCDを意識したベンチマーク、AMDのキャッシュ構成に関するさらなる変化に注目したい。これらのシグナルによって、このプロセッサが見逃された機会だったのか、それとも後続のX3D CPUへ向けた必要な一歩だったのかが明らかになる。
