Intel VS AMD

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夜桜 なの
夜桜 なのです。 バーチャル女の子をしてるなの。 陸上自衛隊卒のレトルトカレー評論家 高校生の時にフルアセンブラでウィルスを作って、他人に渡したものの、児童相談所に通報されなかったという経歴があるの。 返せなくなった211億円のバーチャル借金があるの。ぐすぐす;; 取締役ブログ事業部部長、音楽事業部部長、IT業務部部長 etc...

Ryzen7 3700X

とうとう新しいPC (厳密には自作PCなのでパーツ入れ替えのみ)になったのですが、
まるでスーパーコンピューター状態となっており
一般的に公表されているベンチマーク比よりも高性能すぎて困っているなの。

AMD Ryzen7 3700X (ECO Moe TDP45W)

ちなみに、以前画像フルビルドにおいて
4日間かかっていたもの(VCORE 6 同時実行数8)が
あっさりと8時間で終わってしまった (VCORE 14 同時実行数16)で
終わってしまったというのもありました。

多分なんですが、以前のFX8300は8コアでも浮動小数点コアが4つしかなかったというのも原因でしょうが
シングルスレッドあたりの性能もFX8300から約2倍にあがり、
FX8300とRyzen 3700Xの性能は公表されているベンチマークは
総合的に2.98倍に上がっているはずなのですが、
SMTによって空いた浮動小数点演算ユニットがかなり活用されたため、
異様な程の高速化がされたとも見込まれます。

※確かにNvNE SSDも買いましたが、この画像ビルドサーバーはRAID0のHDDで動作しているものです。

ためしにRyzen7 3700Xのベンチマークを取ってみました。

とはいえ
実際には memtest86 最新版によるキャッシュとメモリ (DDR4-3200)の速度です。

Normal mode (TDP65W)

L1 16 x 64K (247418 MB/s)
L2 16 x 512K (88253 MB/s)
L3 1 x 32768K (24123 MB/s)
Mem 32710M (17064 MB/s)

L1 64K 241.61 GB/s
L2 512K 86.18 GB/s
L3 32768K 23..55 GB/s
Mem 31.9G 16.66 GB/s

Eco Mode (TDP45W)

L1 16 x 64K (236012 MB/s)
L2 16 x 512K (87110 MB/s)
L3 1 X 32768K (24087 MB/s)
Mem 32710M (17046 MB/s)

L1 64K 230.48 GB/s
L2 512K 85.06 GB/s
L3 32768K 23.52 GB/s
Mem 31.9G 16.64 GB/s

※確かにL3とメモリに差はあるものの、DDR4-3200 Dualchannelであるため、大きな大差はありません。

ところでAMDとIntelの違いは?

Intel

  • CPUはすべて自社生産、その為新しいプロセスルールの工場を建てるのに大幅なコストがかかる。
  • 一般的にIntelのがAMDよりシングルスレッドあたりの性能が高い
  • 常に安定的な製造を行っている
  • 最新プロセスルール 14nm
  • 最大DDR4レート(定格) DDR-2666
  • L3キャッシュは現在AMDより容量が少ない
    多いように見えることがありますが、同一コア比だと明らかに少ないです
  • 基本的にCPUのソケットの互換性がない。せいぜい2世代程度
  • デスクトップ用のCPUの開発は現在見送っており、現在サーバー向け、モバイル向けがメイン
  • 内臓GPUは確かに性能が高くなっているものの、どちらかといえばオマケ程度。内臓GPU用のメモリバンド幅は特別設定されていない。
  • XboxのCPUはIntel製 (Intel Celeronベース)

AMD

  • CPUはAMDでは設計のみ行い、現在すべて外部委託生産(大昔は自社生産)
    上記の為CPU製造工場を建造する必要がないので、CPU製造コストを大幅に節約できている
  • 最新プロセスルール 7nm
  • 常に冒険的な製造を行っている
  • 上記の為、CPUの利用可能な周波数(8コアプロセッサを2コアに制限して、約8GHzで液体窒素冷却)でギネス記録も取得しています。
  • 最大DDR4レート(定格) DDR-3200
  • 世界初のPCI Express 4.0対応プロセッサ
  • L3キャッシュはプロセスの微細化によってIntelより容量が多くなっている
  • 基本的にCPUのソケットの互換性が長期間あり、一時期DDR2/DDR3 共用できるCPUも発売されたほどです。
    ※大昔はIntelのソケットとも互換性があり、安易に取り換え可能でした。
  • デスクトップ用のCPUの開発は積極的に行っている
  • 内臓GPUはGPU専門メーカー ATIの買収により、より高速なGPUが内蔵できている
  • 内臓GPUの為によりオーバークロックされたメモリが定格スペックになっているものがある。
  • Playstation4にも積極的に採用していて、Playstation5のCPUとしても採用決定
  • Xbox Oneにも積極的に採用していて、Xbox Series XのCPUとしても採用決定

プロセスルールとは?

ようは同じ面積内にどれだけトランジスタを詰め込められるかの技術です。

超大昔、スーパーコンピューターと言われたもの(しかし、今のスマホのが遥かに高速)と言われたものは、本物の3端子のトランジスタだけで気合で回路構成をして、コンピューターを構築していたのですが、

トランジスタだけで構築していたら、回路構成が異常に大きくなるので
そのトランジスタをいわゆるICチップに埋め込み、シリコンのダイという回路の中で実現することとなりました。

実際の製法は、それらの回路をシリコンのダイに微細なプリントアウトするようなものです。(実際に印字しているわけではないですが)

その後、CPUの高速化において Pentiumあたりからファンがつきましたが
CPUの熱問題にも達してしまいました。

それはどんどんとひどくなり、ファンまで高性能になってきています。

高速化すればするほど発熱がひどくなるということで、単に周波数で高速化することを諦め、
設計を見直し、だんだんとプロセスの見直し(1個のトランジスタをどんどん小さくすること)で電力効率を良くしたり、周波数を上げるだけではなくマルチコアで高速化したり等することで、実現されてきたものです。

現代のCPUはCPUという物理的面積の制約も含まれ、その中にいかにトランジスタ回路を埋め込むか、ってことが競争となっており
現時点ではAMDが勝利した形となっています。

ただし、Intelも考えてないわけではありません。

確かにAMDが1つのトランジスタゲートに7nmを実現したものの、
それ以上はシリコンのダイで原子レベルの幅と同一になってしまうため
開発すると困難となるために
カーボンナノチューブ、ナノワイヤによるCPUに関して熱意研究中です。

理論上カーボンナノチューブでCPUを開発すれば、従来のシリコンの3倍速でCPUを動かすとのことの開発結果もあるほどです。

リサーチしてみたところ?

今現在、最新のCPUだけでみれば、Intelを使いたい、Intelのが速い、Intelのが安心できるというイメージですが、

そういえば、Intel はテレビCMしていましたが、AMDは一切テレビCMとか、抜本的な思い切った広告活動をしていません。

その為安心感等がIntelに集中してしまっているのではないかと思います。

もともとIntel CPUのパソコンの製造台数のがAMD CPUに比べて遥かに多いのもあるかと思います。

ところで、IntelやAMDは何か協力しあってるの?

何かといって今はどこかで協力し合っていますが、細かいところまでは協力されていません。

  • 大昔は全く違う命令セットでAMDがCPUを製造していました。
  • その後、Intelのセカンドソースによって互換CPUが製造されていました。
    それによりIntelより高速なCPUも発売されました。
  • その後、Intelのセカンドソースの廃止に伴っても、AMDは勝手にCPUを開発、製造しているため、特許侵害となり何度も訴訟沙汰になっています。
    ※ただし、現在は和解となっています。
  • 命令セット(特にSSE系)はIntelがAMDに供与したものです。ただしAMDは別の命令を追加していたりしていたり、供与不能ということでごく一部のSSE命令が使えなかったりします。
    AVXについては完全に共有されていますが、実際の速度はCPU上での実装により大幅に異なります。(古いものだとAVXで動かすよりSSEで動かしたほうのが速いとかいう実例も)
  • IntelはItaniumとかいう128個という大量の汎用レジスタを搭載し、複雑かつRISCライクなハイエンド64bit CPUを作ったのですが、初期の頃は32bitコードが異様に動作が遅く、逆にソフトウェアのエミュレータで動作させたほうのが速いということで結論的にあまり普及せず、開発もまもなく収束する見込みです。
  • しかし、AMDはamd64 というもっとより簡素でレジスタ数を従来の倍程度ぐらいにして、32bitと一定の互換性のある64bitのコードを開発し、最初にAMDが販売し、後にIntelに供与しています。
  • なお、16bit並びに32bitでは8個の汎用レジスタ、64bitでは16個の汎用レジスタが基本的にあります。(これ以外にも管理用レジスタ、SSE、AVXのレジスタもあります)
    まぁ、同じアプリが32bitと64bitがあれば64bitのが速いのは、64bit命令そのものよりも、汎用レジスタ数が倍に増えたことによる高速化の恩恵が多いです。
    もちろん、演算するにおいても大きな数値であれば一度に64bitで演算できるのでその分でも早くなりますが。。。

現代のCPUの実際の動き方

かつては命令を直接実行していたのですが、

今ではCPUはIntel、AMD共に32bit、64bit共に、それぞれのCPUに特化したμOPSという命令に動的に変換され、それぞれの命令で実際動いています。μOPSはメーカーで互換性がないどころか、CPUによっても(同一シリーズを除き)互換性がありません。

またμOPSの命令はRISC的な非常に単純な高速な命令セットで、実際の命令をそれらの複数の命令に1つもしくは複数に分けて分割して実行するものです。もともとの命令さえ互換性があれば良いので、実際に中で動いているμOPSの命令セットは公開されていません。

なおこれらのμOPSは実行時にダイレクトに(インタプリタ的に)変換されるのですが、
L1キャッシュに限りμOPSに変換されたものがキャッシュされ、変換されずに実行されています。

今後のIntelとAMD

DDR5メモリで動くプロセッサがリークされる見込みです。

Intelは、DDR5だけで動くものだけ。

AMDもRyzenのケースでDDR5だけで動くものか、過去のAMDのCPUの経緯でDDR4/DDR5共用になるかもしれません。

もしかしたら、Intelはまだ開発を見送り、ナノカーボンでのCPU開発に注力するかもしれません。

とはいっても、最初に販売されそうなDDR5メモリは
DDR4として最高速として販売されているOCメモリのDDR4-4000と同等性能からだと思われます。

現に仕様上での速度での話ですが、DDR3の最低速度とDDR2の最高速度が同一であり、DDR4の最低速度とDDR3の最高速度が同一だったりもします。

あまり関係ないがうちではどのDDRメモリが動いてるの

  • DDR4-3200 Dualchannnel 今回替装したものです。CPU AMD
  • DDR3-1600 Dualchannnel CPU Intel
  • LPDDR4 CPU ARM  ※iPhone7
  • LPDDR3 CPU ARM  ※iphone6
  • LPDDR3 CPU ARM  ※Android
  • DDR2 CPU ARM     ※Android
  • LPDDR2 CPU ARM ※Raspberry Pi2 Model B

※ARMはCPUの開発メーカーで、ライセンスを元にそれぞれ独自の製造を行ってリリースされているCPUで、RISCベースではあるのですがだんだん複雑化してきているものの、命令に必要な容量が低減されてて、かつ低発熱ですので、スマホやタブレッド、Nintendo Switchやその他各種家電、ルーター、その他制御機器に多数採用されており、実質上知らない所でも動いてることがあり、実質上 ARMが日本国内シェアNo1ではないかと思われます。

※なお、かつてあったスーパーコンピューター京はSPARCベースのCPUでしたが京の100倍速を目指すポスト京にはARMベースのCPUを採用することが決定しています。

現在のデスクトップPCのスペック

  • CPU Ryzen7 3700X (定格ECOMODE TDP45W) dospara新品
  • メモリ KLEVV BOLTX KD4AGU880-32A160U DDR4-3200 amazon新品
  • マザー Asrock X570 Phantom Gaming 4 amazon新品
  • GPU Geforce GTX960 OC ヤフオク中古
  • NvNE Crucial P2 CT500P2SSD8JP (Gen3 500G) dospara新品 NTFS
  • SSD Sumsing 840EVO 128G (予備SSD Sumsing 830EVO 128G) 不明新品 NTFS
  • HDD WD2500HLFS 10000rpm 250G×2 RAID0 ヤフオク中古 ReFS
  • HDD WD3000HLFSだったかしら 10000rpm 300G×4 RAID0 ヤフオク中古 ReFS
  • HDD 適当な日立の1THDD ヤフオク中古 NTFS
  • 光学 日立のHDDと置き換えながら BD/HD-DVD RWドライブ 不明新品
  • その他 Dospara DP-9153 RAIDBOX USB3 WD Red 3T×3 RAID5 dospara新品 NTFS
  • その他 Bufferlo DT-H55U2W (Win8.1までしか対応していないがなぜか動く) 楽天新品
  • その他 USB SoundBlaster Digital Music Premium HD ヤフオク中古
  • その他 PlanexのBluetooth4.0 USBアダプタ amazon新品
  • 電源 玄人志向〔展示品〕 KRPW-PT800W/92+ REV2.0 (ビックカメラで展示したのをソフマップが回収)楽天中古

おそらく行われるだろう今後のPC購入行動

NASもどきのWindows Server的なPCの構築
Ryzen 3000番台の最も低いスペックのPCを買うなの

10G HDD を2台購入して NAS替わりにするなの

そのうち、家庭内乱を10GBEにするなの。

Raspberry Pi4 を購入して、家庭内Webサーバー兼務ファイルサーバーにして
今使っているUSBのRAIDアレイをこちらに繋げて、予備NASにするなの。

何年かかってもいいです。そのうち中古品になるでしょう。

安くなったころを狙って買うなの。

信頼性の高いと思われるある程度容量の高いSSDを買って仮想マシンの運用にするの。

※現時点ではRAMDISKも併用しているのでさほど問題になってないです。

Ryzen7にしてから同時実行スレッド数が増えたことによって、メモリ容量の格闘となっているので、DDR4-3200の 32G×2枚を買うかもしれないの。

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