ロードマップでわかる！当世プロセッサー事情 第162回

グラフで見るAMD CPUアーキテクチャーとプロセスの進化

　CTIの効果が最もあったのは、90nm世代だろう。最初に登場したD Steppingの「Winchester」コアは、動作周波数こそ2.2GHz止まりだったが、消費電力を大幅に改善したコアだった。これに続くE Steppingの「San Diego」を経て、最終的に90nm世代はF SteppingのWindsorまで改善を続けた。Windsorはコア数を2倍に増やしながら、動作周波数も3.2GHzまで引き上げることに成功しており、同一プロセスでトータル性能を3倍近くまで引き上げていた。

AMDとインテルでの
プロセス改善に対する取り組みの違い

　こうした改善はインテルではありえない。インテルの場合「Copy Exactly」(厳密に同一なコピー)という方法で、同一プロセスの製造を複数のファブで行なっているからだ。例えば90nmの場合、インテルはまずオレゴン州にある「D1X」という量産技術開発用のファブで、量産技術を開発している。ここで90nmの量産技術を確立して、ある程度の歩留まりが実現できるようになったら、その技術をそのまま他のファブ、90nm世代では同じオレゴン州の「D1C」「D1D」、ニューメキシコ州の「Fab 11X」、アリゾナ州の「Fab 12」、さらにアイルランドの「Fab 24」に持ち込んで、そっくり同じように量産している。

　こうした状況では、例えば「もう少し90nmトランジスターの性能を改善する方法が見つかった」と言っても、これをすべてのファブに適用させるには時間がかかる。また、基本として改善の作業はD1Xが行なうが、D1Xは90nmの量産技術が確立したら、次は65nmの量産技術に取り組む^※1。いつまでも90nmの改良には携わっていられない。
^{※1 実際は複数世代の開発が、多少オーバーラップしながら進められている。}

　そんなわけでインテルでは、あるプロセス世代の技術を延々と改善するというケースは稀で、次世代プロセスをさっさと確立してそちらに移行する方が普通である。結果として、インテルでもしばしばあるステッピング変更は、プロセスそのものは同一であり、回路側を改変している。AMDのように、回路側とプロセスの両方を変更するというのは、インテルではありえない。

　こうしたCTIによる性能改善が、AMDでのプロセスと最高動作周波数の関係を、非常にわかりにくくしているのは間違いないだろう。しかし漸近線を引いてみて意外に思ったのは、「Bulldozer」コアのAMD-FX(Zambezi)の動作周波数が、漸近線からそれほど大きくは離れていないことだ。インテル版の同じグラフでの、Pentium 4の乖離具合と比較すると、ずいぶんまともだ。

　だが現時点では、Bulldozerの第2世代である「Piledriver」コアがどこまで周波数が伸びるかがちょっと予想できない。これは、AMDが製造部門をGLOBALFOUNDRIES社として分離してしまっているため、CTIがどこまで現在でも継承されているか不明なためだ。ただしPiledriver世代では、例えば連載141回で取り上げた新技術の導入もあり、最大動作周波数は32nm SOIプロセスのままでも、5GHz近くまでは伸びるかもしれない。もっとも5GHzに到達するのは、32nm SOIよりもう少し微細化した先になりそうだと考えている。

Phenom II以前と以後で変わった
AMD CPUのダイサイズ

グラフ2 プロセスルールとダイサイズの変化

　次のグラフ2は、プロセスとダイサイズの関係を比較したものだ。Athlon 64 X2までの世代では、なんとかしてダイサイズを200mm²以下に抑えよう、という努力が明白だった。Athlon 64 X2の世代では200mm²を超える製品もあったが、最終的には118mm²まで縮小するなど、この200mm²をひとつの敷居にしたいという傾向が明白で、可能なら100mm²以下に抑えたかったようだ。

　ところがPhenom II以降は、「300mm²前後でも構わない」という方向へと、AMDの方針が明確に切り替わったのがわかる。ここにはPhenom II X2やAthlon X2などの2コア製品はプロットしていない。実はこうした2コアの製品も、当初は4コアのダイをそのまま利用して出荷しており、後追いでAthlon II X4(169mm²)やAthlon II X2(117.5mm²)といった製品が投入されている。Athlon II X4/X2はAMDのラインナップではバリュー市場向けなので、原価を下げないと商売にならないのだろうが、メインストリーム向けは200mm²を超えるダイで構わない、という割り切りがあるように思える。

　同じくグラフ2にはプロットしていないが、Llanoもダイサイズは228mm²と大きい。Trinityはダイサイズが明示されていないが、Llanoよりやや大きい程度なので、おおむね200～250mm²の範囲に納まっている。4コア化やGPU統合といった対応にあわせて、インテルのグラフと比較してもダイサイズが大きめになることを、「それでも良し」と割り切っているようだ。