AMD Ryzen 3000シリーズ徹底解説：Intelを追い抜く性能の秘密

2019年6月、台北で開催された国際テクノロジー見本市「Computex 2019」において、AMDはテック愛好家たちを熱狂させた新製品を発表しました。それが「AMD Ryzen 3000シリーズ」。これまでのどのハードウェアの限界をも押し広げることを約束する新型プロセッサです。

この発表が注目される理由は、AMDが長年にわたりプロセッサ市場で2位の座に甘んじ、Intelの後塵を拝し続けてきたからです。多大な努力を重ねてきても、その壁は厚かったのです。

AMD Ryzen 3000が特別なのは、そのスペックがAMDをIntelの先へと押し上げ、場合によってはこれまでのベンチマーク記録を塗り替える可能性を秘めている点にあります。

その理由を深掘りしようとすると、専門用語の森に迷い込みがちです。この記事では、初心者にもわかる平易な言葉で、このプロセッサの何が特別なのか、そしてなぜ重要なのかを解説します。

まずは用語の確認

ハードウェアの説明には、特定の概念を伝えるうえで欠かせない用語がいくつかあります。ここで、わかりやすく覚えやすい形で定義しておきましょう。

• ナノメートル（nm）：10億分の1メートルのこと。数値で表すと0.000000001メートルです。「nm」と略されます。
• トランジスタ：チップ上に存在する半導体で、「オン」か「オフ」のいずれかの状態をとります。トランジスタの数はCPU（中央処理装置）の性能を測る重要な指標です。目安として、トランジスタが多いほどCPUは高性能になります。
• CPU（Central Processing Unit／中央処理装置）：コンピュータの「頭脳」にあたる部品です。マザーボード上に搭載された小さなチップで、PC内部の多くの操作や処理を駆動します。「プロセッサ」、まれに「マイクロプロセッサ」とも呼ばれます。
• マザーボード：CPUがコンピュータの「頭脳」なら、マザーボードは循環器・内分泌・運動器の各システムに相当します。ガラス繊維と銅でできたプリント基板で、各部品への電力供給を制御し、CPUの処理結果を整理し、各コンポーネントの中心的な接続点として機能します。
• コア：「マルチコア」という言葉をよく耳にします。コアは、与えられた命令に基づいて計算を実行するCPUの一部です。CPUにはシングルコア、デュアルコア、クアッドコア、8コアなどの種類があります。それ以上のコア数を持つCPUも存在しますが、通常はコンシューマー向けハードウェアの範囲を超えます。
• スレッド：コンピューティングにおける「スレッド」とは、プロセッサが実行する一連の命令のことです。マルチスレッド処理とは、CPUが複数のスレッドを各コアに振り分け、同時に複数の操作を実行することを指します。
• サイクル：CPUから発せられる1回の電気パルスのことです。
• クロック速度：CPUが1秒間に実行できるサイクル数のことです。
• オーバークロック：CPUのクロック速度を、設計上の想定を超えて引き上げる行為です。クロック速度が速いほどCPUは多くの熱を発生させます。クロック速度は、コンピュータが恒久的かつ不可逆な損傷を受ける前に、CPUとその材料がどこまで高温に耐えられるかによって制限されます。
• キャッシュ：頻繁に使うデータや情報を高速かつ簡単にアクセスできるよう保存しておく、小型で高速なメモリのことです。

ムーアの法則について

「ムーアの法則」は、科学や法律における「法則」ではありません。1つのプロセッサに搭載できるトランジスタの数が毎年倍増するという観察結果のことです。

この名前は、IntelのCEOでありフェアチャイルドセミコンダクターの創設者でもあったゴードン・ムーアにちなんでおり、彼が1965年に発表した論文が由来です。ムーアの法則は数十年にわたって正しいままでしたが、近年は崩れ始めています。

トランジスタの数が倍増してきたのは、トランジスタが小型化し、消費電力が大幅に減ったからです。しかし、現在の製造プロセスの限界に近づくにつれ、毎年追加されるトランジスタの数も鈍化しています。AMD Ryzen 3000シリーズは、2014年以来となる大幅なトランジスタの微細化を実現した最初の製品なのです。

トランジスタは通常シリコンで作られていますが、7nmを下回ると扱いが難しくなります。物理的な空間があまりにも密集しているため、電子が物理的な障壁を通過してしまうのです（この現象の正式名称は「量子トンネル効果」です。それ以上は気にしなくて大丈夫です）。しかし、シリコン以外の素材を使えば、さらに小型のトランジスタを製造できる可能性があります。メーカーやコンピュータ科学者たちは、この壁を突破するための研究を進めています。小型トランジスタを大量生産できる素材の発見は、コンピュータハードウェアにとって大きなブレークスルーとなるでしょう。

AMD Ryzen 3000のスペック

用語の確認が終わったところで、AMD Ryzen 3000シリーズがどれほど強力なのか、詳しく見ていきましょう。Computexでは、以下の5つのプロセッサが発表されました（その後、さらに多くのモデルがリークされています）。

• Ryzen 9 3900X：12コア／24スレッド、ベース速度3.8GHz、ブースト速度4.6GHz。価格は499ドルから。
• Ryzen 7 3800X：8コア／16スレッド、ベース速度3.9GHz、ブースト速度4.5GHz。価格は399ドルから。
• Ryzen 7 3700X：8コア／16スレッド、ベース速度3.6GHz、ブースト速度4.4GHz。価格は329ドルから。
• Ryzen 5 3600X：6コア／12スレッド、ベース速度3.8GHz、ブースト速度4.4GHz。価格は249ドルから。
• Ryzen 5 3600：6コア／12スレッド、ベース速度3.6GHz、ブースト速度4.2GHz。価格は199ドルから。

これらの新プロセッサに加えて、AMDはPCIe 4.0に対応した新しいX570チップセットも発表しました。できるだけ簡単に言えば、これはより高速なストレージ転送速度を活用できるという意味です。グラフィックカード、ネットワーク機器、ストレージドライブの性能が大幅に向上します。

上記の数値だけを見れば確かに印象的ですが、それほど驚くべきものではありません。もっと高いクロック速度を持つCPUは他にもあります。では、なぜAMD Ryzen 3000シリーズがこれほど注目されているのでしょうか？実は、チップの表面の下ではもっと多くのことが起きているのです。

これらの数値に加えて、AMDはこのプロセッサの基盤となるZen 2アーキテクチャが、Zen+アーキテクチャと比べてクロックあたりの命令実行数（IPC）が15%向上していると主張しています。その理由は、Zen 2アーキテクチャの設計方法にあります。

その仕組みを簡単に触れておきましょう。チップセット内部には、cIOD（クライアントIOダイの略）やCCD（チャージ結合デバイスの略）と呼ばれる、さまざまなコンポーネントが搭載されています。cIODは1つまたは2つのCCDと接続します。

これにより作業が各コンポーネントに分散されるため、プロセスにレイテンシ（遅延）が発生する可能性があります。もちろん、この遅延はナノ秒単位で計測されるため、ユーザーが体感することはありませんが、最高速度の達成を妨げる潜在的なボトルネックにはなり得ます。ただし、AMDによれば、これは問題にならないとのことです。

さらにAMDはL3キャッシュの容量を倍増させました。キャッシュにより、プロセッサは必要な情報をより素早く取得できます。新しいプロセッサは複数のキャッシュを使用してメモリを分割し、データの重複を防ぐことで、プロセスの遅延が問題にならないほどの性能向上を実現しています。

なぜこれが重要なのか、そしてなぜワクワクするのか

ここまでチップの技術的な側面を解説してきましたが、最後に、そもそもあなたがこの記事を読んでいる理由、つまり「なぜこれほどワクワクするのか」に迫りましょう。

第一の理由は、競争です。Intelは高性能プロセッサ市場を長年独占してきました。AMDも悪い選択肢ではありませんでしたが、最上位の性能を求めるユーザーは、Intelが提示する価格を支払うしかありませんでした。AMDがこの市場に参入し、少なくともIntelに匹敵し、場合によっては凌駕する性能を発揮することは、競争の活性化と、ひいては価格低下につながることが期待できます。

第二の理由は、新しい製造プロセスが、コンピューティング分野におけるさらなるイノベーションと改善をもたらすということです。量子コンピューティングなど、探索すべき新たな道についての議論が何年も前から活発に行われてきたのには理由があります。誰もが、従来の手法の限界が近いことを見て取っていたのです。

7ナノメートルのトランジスタにはそれ自体の課題がありますが、その開発とコンシューマー向け製品への採用は、メーカーが次世代のコンピュータ技術への正しい道を歩んでいることの良い兆しです。

第三の理由は、ゲーマーにとって最も関係深いもので、「手頃な価格帯で、より優れたグラフィックとより高いフレームレート（FPS）を実現できる可能性」です。最高峰のゲーミングPCは必ずしも手頃な価格ではなく、最先端のシステムを維持することは決して安価な趣味ではありません。しかし、より優れたプロセッサは消費電力の削減を意味し、電源ユニットに充てる予算を抑えられるということです。

人々は新しいゲームや魅力的な自作PCに興奮しますが、その華やかさの裏にはコンピューティングの心臓部、すなわちすべてを動かすプロセッサ、マザーボード、その他のコンポーネントがあります。そして、それらのコンポーネントがこのような大幅な改良を遂げたとき——それは興奮に値する出来事なのです。