ロードマップでわかる！当世プロセッサー事情 第304回

2016年には2倍の性能/消費電力比を実現　AMD GPUロードマップ

2015年のハイエンドGPUは20nmプロセス
FinFETを使った製品は2016年に投入

　それでは、そのトップエンド製品についてみていこう。下の画像はMark Papermaster氏のプレゼンテーションである。

Mark Papermaster氏のプレゼン。GCNそのものに大きな手を入れたり刷新する必要はない、と考えていることがわかる

　要旨をまとめると以下のようになる。

• (1) 2015年にはMantle/DirectX 12/VulkanのAPIをサポート。またVirtual Realityサポートを強化
• (2) 2015年にはAdvanced Memory Techniqueを導入
• (3) 2016年にはFinFETプロセスを利用し、2倍の性能/消費電力比を実現

　このうち(1)は主にドライバー側の問題である。すでにGCN世代ではMantleが普通に使えるようになっており、DirectX 12やVulkan、Metalといった新世代APUと原理的には同一の機構なので、あとはAPIだけそれぞれにあわせれば済むことである。Virtual Realityは、これも同社が提供するLiquidVRというソフトウェアの話である。

　問題は(2)で、これはHBMのことである。HBMの話は散々書いてきたので説明の必要はないと思うが、構成そのものは連載270回で説明したとおりだ。

　AMDによればGDDR5と比較して3倍の性能/消費電力比と、50％のパワー削減が可能という。ちなみにそれぞれの数字の根拠がよくわからない。どちらも脚注には“数字はAMD社内の推定値”とあるだけで、なにをどう比較したのかが明らかではないからだ。

　おそらく前者はチップ単位の数字で、同じ消費電力ではHBMはGDDR5の3倍の帯域を利用可能というもの。後者は同じメモリ容量の構成にすると、HBMはGDDR5の半分の消費電力で済むというあたりではないかと推測する。

　これをどうつなぐかというと、GPUチップと基板の間にSilicon interposer(要するにシリコンベースで製造した緻密な基板)を挟み、このSilicon Interposerで接続する。

黄色い部分がSilicon Interposerとなる。実際にはHBMは5層(DRAM×4＋トランシーバー)構造である

　この技術はすでにTSMCがCoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate)という名前で提供を始めており、実際TSMCのCoWoSのプレゼンテーションの中には、GPUとHBMの接続に使う事例まで出てきており、実装そのものは容易だろう。

GPUとHBMの接続に使う事例。2013年3月のIPSD 2014におけるTSMCの講演資料より。想定しているHBMの容量はおかしい気がする

　また連載297回でも説明したとおりHBMの量産そのものはすでにSK Hynixで開始されているため、入手性も問題ない。

　つまり、逆説的になるがHBMを採用したことで、2015年のハイエンドGPUは事実上TSMCの20nmプロセスを使うことがほぼ確定したとも言える。16nmでないのは、(3)からも明らかだ。

　AMDはFinFETを使った製品を2016年に投入するとしており、逆に言えば2015年中は投入される見込みがないということになる。またAMDは昨年から20nm世代のRadeon製品を投入することを発表しており、28nmの可能性は薄いと思われる。

　気になるのは、そこで性能面での改善がどの程度あるかということだが、ここでキーになるのがやはりHBMである。連載269回で説明したとおり、NVIDIAは1一度20nm世代への移行を進めたものの、性能面での優位性がない(むしろ性能が悪化する)ということでこのプランを丸ごとキャンセルして28nmから16nm FinFETという形に製品展開を切り替えた。

　実はAMDについても、同じ状況になりえる可能性がある。ただ幸いなのは、NVIDIAは引き続きGDDR5を使うつもりだったためメモリー帯域の改善はあまり期待できず、コアの性能が上がらないと全体的な性能改善にはつながらなかったのだが、AMDの場合はここでHBMを投入するので、メモリー帯域が数倍増えることになる。

　極端なことを言えば、GPU側のコアが一切変化なくても、メモリー帯域が2倍になれば性能は倍とは言わないまでも50％くらいの底上げが可能になるわけで、加えて20nmに微細化することで、同じダイサイズならば利用できるトランジスタ数が90％増加するとしている。

　実際には配線もあるし、熱密度もあるためここまでトランジスタ数は増えないだろうが、それでもCU数を4～5割増にできる程度には期待できるだろう。

　動作周波数はやや落ちるだろうが、その分CU数が増えているからGPUの性能比では2割増程度になり、これとHBMの相乗効果で50～60％のトータル性能改善というのは、そう無茶な推定ではないだろう。

　ただし当初はGPU、CoWoS、HBMとすべての部材が28nm世代より高くつくので、どうしても製品価格はそれなりになる。したがって当面はR9 290やR9 290Xの後継製品のみということになるだろう。

　このGPU＋HBMの構成がメインストリーム向けまで展開するのは2016年からというあたりになると思われる。R9 380以下が全部リナンバリングにならざるを得ないのも仕方ないところかもしれない。

　その2016年だが、こちらは16nmのFinFETか、実際には16nm FinFET+に移行し、かつGCN自身にも若干の改修が加えられて、2倍の性能消費電力比^(*)を実現するほか、HBM自身も第2世代のものを利用するとしている。

(※)AMDはこの2倍の比較対象を“Previous Generation GCN Architecture”としているが、28nm世代なのか、それとも20nm世代なのかははっきりしない。おそらく28nm世代の現行製品と比較して、ということだろう。

2016年のAMD製品ロードマップ。このロードマップそのものは前回掲載したものと同じだ

　第2世代のHBMはどういうものなのかは、SK Hynix自身がすでに公開しており、DRAMチップ自身の容量が4倍、転送速度そのものが2倍になった製品である。

第2世代のHBM。2014年8月のHot ChipsにおけるSK Hynixの講演資料より。第2世代のパッケージ構造や電圧レベルなどは説明がなかった

　今のところまだ第2世代HBMはサンプル出荷も開始されていないが、AMD自身もこの16nm世代製品をリリースするまでまだ1年以上あると思われるので、それほど問題はないだろう。

　ということで、今回は詳細なロードマップはないが、これについてはCOMPUTEX後あたりのタイミングでまたまとめたい。