AMD Ryzen 7 5800X3Dレビュー：AMDはこのプロセッサでゲーム愛好家を獲得することをどのように決意しているか

AMDにとってゲーミングファンは重要な存在です。このプロセッサーの発売は、それを裏付けるものです。新しいRyzen 7 5800X3Dは、ゲーマーにとって最も魅力的な選択肢として確立することを目指し、Zen 3マイクロアーキテクチャを採用したRyzen 5000ファミリーのチップのポートフォリオに加わります。これは、少なくとも、AMDがこのチップの発表の際に約束したことです。

AMDによれば、この目標を達成するための機能は、96MB以上の容量を持つ新しいレベル3キャッシュ・アーキテクチャであるとのことだ。このフィギュアは、絶対的な怪物です。コア数の多いRyzen 9 5950Xや5900Xが、64MBのL3キャッシュを「しか」搭載していないことに注目すればよいだろう。

このイノベーションと呼ばれる3D V-Cacheテクノロジーは、AMDが既にデータセンター向けEPYCプロセッサーなど、プロフェッショナル向けソリューションの一部に採用しているものです。大まかに言うと、チップレットを横に並べるのではなく、重ねて並べることができるようになります。

これにより、レベル3キャッシュの容量を大幅に増やすことができ、このサブシステムのレイテンシを低減することができます。この戦略は紙面上では良いように見えます。非常に良い。果たして、このブランドのエンジニアは、本当にあらゆる手段を尽くしたのでしょうか。

AMD Ryzen 7 5800X3D：テクニカルスペック

Ryzen 7 5800X3Dは、Ryzen 5000ファミリーの他のプロセッサーと同様に、TSMCの7nm FinFETフォトリソグラフィーを用いて製造されています。製造技術やマイクロアーキテクチャは同シリーズの他のチップと同じですが、ロジック構造にこだわると、新Ryzenとそれ以前のチップとの間に大きな違いがあります。

このファミリーのすべてのプロセッサでは、各CCD（Core Complex Die）チップレットに8つのコアと、それらすべてで共有される32MBの容量を持つレベル3キャッシュなどの機能要素が搭載されています。今回のRyzen 7 5800X3Dは8コアを搭載し、最大16スレッドの同時処理が可能なため、CCDチップレットが1つ、他のチップと同様にIOD（Input Output Die）チップレットを搭載しています。後者にはメインメモリアクセスロジックが含まれ、CCDとのインターフェイスやマザーボードのチップセットとの通信を担当する。

興味深いことに、Ryzen 5000マイクロプロセッサーでは、CCDは7nm FinFETフォトリソグラフィーで製造されていますが、IODは12nmの集積技術で製造されています。いずれにせよ、Ryzen 7 5800X3DのL3キャッシュ96MBのうち32MBがどこから来ているのか、すでに分かっているのである。残りの64MBは、CCDと同様に7nm FinFETフォトリソグラフィで製造されたL3Dと呼ばれる追加チップレットから供給されます。そのため、L3キャッシュは物理的に2つのユニットに分割されている。32MBはCCDに、残りの64MBはL3Dに収容されています。

興味深いのは、チップレットごとに複雑さや大きさが違うということです。CCDは41億5千万個のトランジスタを持ち、表面積は80.7mm²です。L3Dは、55億個のトランジスタを集積し、41mm²の大きさです。そして最後に、IODは20億個強のトランジスタを持ち、表面積は約125mm²です。下の表では、Ryzen 7 5800X3Dの特徴を整理するために、Ryzen 5000ファミリーの各種マイクロプロセッサーのスペックをまとめています。

Zen 3マイクロアーキテクチャの詳細

まず、Ryzen 3000では4つのコアがそれぞれ16MBの共有L3キャッシュにアクセスするのに対し、Ryzen 5000では8つのコアがそれぞれ32MBの統合L3キャッシュにアクセスすることが示されている。

AMDによれば、Zen 3では各コアがZen 2の2倍の容量を持つL3キャッシュにアクセスできるため、この戦略の変更はCPU性能に顕著な影響を与える。 各CCDのL3キャッシュの合計サイズはZen 2とZen 3で同じだが、この最新のマイクロアーキテクチャでは各コアがL3メモリをすべて「参照」できるようにしてこのキャッシュのサブレベルの利用を最適化できるようにしている。

AMDはまた、この戦略により、コアがこのキャッシュにアクセスする際に派生するレイテンシを低減することができ、ゲーミングCPUの性能にプラスの影響を与えるとしています。

Ryzen 5000プロセッサーのすべてのコアは、SMT（Simultaneous MultiThreading）テクノロジーを実装しており、各コアが同時に2つのスレッドを処理することが可能になっています。さらに、AMDはコードフォーク予測アルゴリズムを改良し、同社のマイクロプロセッサは1クロックあたり4命令を解読し、1クロック信号サイクル中に3回のメモリアクセス動作を実行できるとしています。

次のスライドでは、AMDのエンジニアが、Zen 3ではZen 2マイクロアーキテクチャのプロセッサとは若干異なる命令実行パイプラインを改良していることがわかる。具体的には、コード分岐の予測失敗からの復帰時間の短縮、各命令の実行に関わるマイクロ命令のシーケンスの最適化、一部の浮動小数点および整数演算に伴うレイテンシの短縮、各種メモリ位置間の依存性検出の改善などである。

AMDのエンジニアが実行パイプラインに加えた変更は、Ryzen 5000がクロック信号サイクルごとに実行可能な命令数を19％増加させるという、かなり野心的な目標を掲げています。

フロントエンドは、バックエンドや実行エンジンとは異なる責任を負っています。大まかに言えば、複雑な説明は省くが、フロントエンドは命令の実行を担当し、フロントエンドはメインメモリやキャッシュから命令をフェッチしてデコードし、実行エンジンが処理できるようにする役割を担っている。

Zen 3のフロントエンドは、コードフォークの予測がより効率的であることに加え、マイクロオペレーションと命令キャッシュの切り替えがより迅速で、上の数段落で見たように、失敗したフォーク予測からより短時間でリカバリすることができます。

これまで述べてきたコードの分岐予測ロジックの改良は、次に実行される命令の命令レジスタへのプリロードを最適化し、そのデコードにも寄与しているが、フロントエンドにはもう1つ、関連する改良がある。命令を格納するレベル1キャッシュも改良され、プリロードを最適化してバッファのヒット率を高めている。

Zen 3で導入された新機能は、フロントエンドだけでなく、実行エンジン、つまりバックエンドも、このマイクロアーキテクチャのAMDエンジニアによって改良されている。最も大きな改良点の1つは、整数演算ユニットの4つのスケジューラがそれぞれ2つの実行ユニットにディスパッチすることで、AMDは整数演算の効率化に貢献しているという。一方、浮動小数点演算ユニットでは、2つのスケジューラがそれぞれ3つの実行ユニットにディスパッチする。

Ryzen 5000プロセッサのCCDチップレットに搭載可能な最大8個のアクティブコアは、それぞれ64KBのレベル1キャッシュ（命令用32KB、データ用32KB）と、データと命令の両方を格納する容量512KBのレベル2キャッシュを内蔵しています。次のサブレベルは、これまで見てきたように、チップレット上のコアの隣に配置される容量32MBの共有レベル3キャッシュである。

この戦略により、各コアは統合L3キャッシュ全体にアクセスできるようになり、理論的にはキャッシュミスの回数を減らすことができるはずです。これまで見てきたように、Ryzen 9 5950Xおよび5900Xプロセッサは、それぞれ独自のL3キャッシュを持つ2つのCCDチップレットを備えており、各CPUにおけるこのメモリの全体容量は64MBとなります。

Ryzen 7 5800X3Dの3D V-Cacheテクノロジーの詳細について

AMDのエンジニアは、TSMCのエンジニアと密接に協力して、パッケージのフットプリントを増やすことなく、追加のL3DチップレットをRyzen 7 5800X3Dに組み込むために必要なパッケージ技術を開発しました。CCDとL3Dのチップレットを重ねることを可能にすることで、これを実現したのです。つまり、簡単に言えば、コアを結合するチップレットの隣ではなく、CCDのすぐ上に配置されているのだ。

ここで驚くべき事実がある。これまで見てきたように、64MBの追加L3キャッシュを構成するトランジスタを内蔵するL3Dチップレットは、Zen 3コアを結合するCCDとファンデルワールス力によって分子レベルで結合している（この記事で少し詳しく話をした）のである。

一方、CCDとL3Dという縦方向に積み重ねた2つのチップレット間の通信を可能にするインターフェースは、最大2TB/sの転送速度が可能です。L3Dチップレットに搭載された64MBのキャッシュにアクセスする際のレイテンシを最小限に抑えるため、この数値を可能な限り大きくすることが重要です。

また、TSMCが新Ryzen 7 5800X3Dプロセッサに採用したパッケージング技術により、AMDによれば、このCPUのZ-heightは、3D V-Cacheを持たないRyzen 5000プロセッサと同じであることが実現されている。

Z-heightは、マザーボードのPCB（プリント基板）表面と、熱エネルギーの伝導を最適化するためにチップレットを覆う金属製ヒートシンクであるIHS（Integrated Heat Spreader）の表面との距離を反映するパラメータです。

実際には、Ryzen 7 5800X3Dおよび3D V-Cacheテクノロジーを使用する将来のAMDプロセッサーは、このイノベーションを持たないRyzen 5000プロセッサーで使用されるパッケージ、ソケット、冷却システムに物理的に互換性があることを意味します。

このCPUの性能に3D V-Cacheが与える影響を検証しています。

新Ryzen 7 5800X3Dと他のRyzen 5000sの両方の性能を評価するために使用したテストプラットフォームの構成は、合計容量16GB、レイテンシ18～19～39のCorsair Dominator Platinum DDR4-3600メモリモジュール2枚、AMD X570チップセット搭載ASUS ROG Crosshair VIII Heroマザーボード、16GB GDDR6搭載AMD Radeon RX 6800 XTグラフィックカード、NVMe M.2搭載サムソン970 EVO Plus SSDです。Corsair A500 CPU 空冷システム（磁気浮上ベアリングファン）、Corsair RM 750x モジュラーパワーサプライを採用。

もちろん、マザーボードを除いて、AMDチップの性能評価に使用したものとまったく同じコンポーネントを使用して、Intelプロセッサのテストを行いました。Intel Core i9-10900KにはIntel Z490チップセット搭載のGigabyte Z490 AORUS Masterマザーボード、Intel Core i9-11900KとCore i5-11600KにはIntel Z590チップセット搭載ASUS ROG Maximus XIII Heroマザーボード、そしてIntel Core i9-12900KとCore i5-12600KにはIntel Z690チップセット搭載のMSI MPG Z690 Carbon WiFiマザーボードで対応した。

テストに使用したモニターは、4K UHD解像度、最大リフレッシュレート144Hzに対応した27インチIPS液晶パネルを搭載したASUS ROG Strix XG27UQです。グラフィックテストは、各ゲームやテストに最大限のクオリティを実装し、DirectX 12 APIが利用可能なタイトルでは、それを有効にして実行しています。最後に、データ収集に使用したツールは、AMDのOCAT、NVIDIAのFrameViewとFRAPSです。3つとも無料でご利用いただけます。

PCMark10では、特に驚きの結果は得られませんでした。グラフでは、Ryzen 7 5800Xと新Ryzen 7 5800X3Dがほぼ同じ性能を発揮していることがわかります。この結果は、後者のCPUに64MBのL3キャッシュが追加されても、本テストツールのアプリケーションに明確に顕著な影響を与えないことを反映したものである。

Cinebench R20は、その古さにもかかわらず、要求の厳しいマルチスレッドシナリオにおけるマイクロプロセッサの性能を評価する上で、今でも有用です。しかし、このテストでは、PCMark10で観察されたことと似たようなことが起こっており、2つのRyzen 7は同じような結果を出したが、5800Xが5800X3Dをわずかに上回ったのである。

Cinebench R23のマルチスレッドテストでも、2つのRyzen 7は再び非常に似たような結果を示しました。しかし、これまでのところ、5800Xは常にわずかに優勢で、この最初のテストでは5800X3Dよりもわずかに高速であることが証明されています。

Cinebench R23のシングルスレッドテストでは、再び5800Xが優勢となったが、今回も2つのRyzen 7の性能差は中程度である。いずれにせよ、これは珍しいことではありません。AMDは主にゲーマー向けに新型Ryzen 7 5800X3Dを提案しています。実際、AMDは「ゲーミングプロセッサーなので、コンテンツ制作用途での性能向上はない」と主張している。

これは、紙面上では、メモリサブシステムへのアクセスが非常に頻繁で比較的予測不可能な場合に、追加のL3キャッシュが違いをもたらすからです。そしてこの挙動は、ゲームに典型的なものです。AMDによると、性能の向上は特に1080pで顕著になる（同社独自の情報では最大15％）。

そして、最後に小さな驚きに出会いました。下のグラフでは、Corona 1.3において、5800X3Dプロセッサが5800Xにわずか3秒の差とはいえ、勝っていることがわかります。このテストは、専用のGPUハードウェアを使用せずにレイトレースによる画像レンダリングを行うため、強いストレスを受けたマイクロプロセッサの総合的な性能を評価するのに非常に有効なテストです。CPUは、このテストに費やす時間が少ないほど高性能になります。

新しいことは何もない。Geekbench 5のシングルスレッドテストでは、5800Xプロセッサが5800X3Dをわずかに上回ったが、何度目かのことであり、2チップの性能差は中程度であることがわかる。これは、この2つのCPUが動作するベースクロック周波数と最大周波数がともにRyzen 7 5800Xの方が若干高いことがある程度影響していると思われる。

興味深いことに、Geekbench 5のマルチスレッドテストでは、Ryzen 7 5800X3Dが5800Xをわずかに上回る性能を発揮している。しかし、この利用シーンでは、多数のスレッドを同時に処理できるプロセッサが有利であることは、次のグラフからも明らかです。AMDのRyzen 9 5950XやIntelのCore i9-12900Kは、この分野では無敵です。

Octane 2.0はJavaScriptで開発されたテストであり、マイクロプロセッサの演算能力を評価するのに非常に有効である。このテストでは多数のベンチマークシナリオが定義されていますが、驚くべきことに、Ryzen 7 5800X3Dと5800Xはこれまで以上に拮抗し、あるチップでは勝り、別のチップでは負けるという結果になっています。いずれにせよ、このテストの総合性能は5800X3Dにやや軍配が上がった。

そして最後に、AMDによれば、新しいRyzen 7 5800X3Dが最も快適に感じられる領域、すなわちゲーミングに行き着きます。そして、好調な滑り出しを見せています。下のグラフでは、3DMarkのTime Spyシナリオで、このチップが5800Xを明らかに上回っていることがわかる。実際、強力なRyzen 9 5950Xや5900Xをも圧倒的に凌ぐ、AMD最速のプロセッサーとして登場したのです。

1080pの「Doom Eternal」では、前回同様、AMD最速のプロセッサであるRyzen 5800X3Dが再び勝利を収めました。この解像度で先行しているのはIntel Core i9-12900KとCore i9-11900Kのみです。しかも、後者は1秒間に2フレームという僅差で勝っている。高解像度では、グラフが示すように、AMDの新型プロセッサは1080pのときほど猛威を振るわない。

Wolfenstein: Youngblood」では、今回テストしたすべてのプロセッサの性能差はごくわずかです。しかも、この多重疑似タイは、すべての解像度で発生する。唯一遅れをとっているのはIntelのCore i5-11600Kですが、このプロセッサでも2160pでこのゲームを非常にうまく動作させることが出来ています。

グラフィックエンジン「Control」でレイトレーシングを有効にした場合、Ryzen 7 5800X3Dは再び勝利を収めることができました。1080pでは再びAMD最速のプロセッサーとなりました。これを上回るのは、Alder Lakeマイクロアーキテクチャを採用したIntelの2チップのみだが、後述するように、これらのチップは消費電力がはるかに高く、顕著に熱くなる。AMDの新型プロセッサーが活躍するもう一つのゲーム。

驚きの余地はない。「ファイナルファンタジーXV」で、1080pでは、改めてRyzen 7 5800X3Dは非常に快適だと感じる。実際、他のすべてのAMDプロセッサーだけでなく、私たちがテストしたすべてのIntelチップにも（僅差ではありますが）勝っているほどなのです。しかし、解像度を上げていくと、その強みが薄れ、競合他社が上回ってしまうものもあります。いずれにせよ、この結果は、AMDが約束したとおり、このチップが1080pで最高の性能を発揮することを裏付けています。

これらのマイクロプロセッサがストレス下で到達できる最高温度を評価するために、すべてのCPUコアに10分間繰り返し非常に強い負荷をかける非常に厳格なテストであるCinebench R23 Multi Coreテストを使用しました。

下のグラフで集めた温度は、このテストの実行中に各マイクロプロセッサーが到達した最大のピークを表しています。Ryzen 7 5800X3Dプロセッサーは81℃と手頃な温度だったので、5800Xよりも同じ負荷でも熱くなりにくいです。

そして、嬉しい驚きをもって、今回のベンチマーク編を締めくくります。各マイクロプロセッサーの最大消費電力を評価するために、最大温度を測定したのと同じ手法で、Cinebench R23 Multi Coreテストを実施しました。

そして、グラフの通り、Ryzen 7 5800X3Dの最大消費電力は88.7Wと、インテル、AMDともに他のプロセッサーと比較して大幅に低い数値となっています。消費電力が少ないのは、やや控えめながら魅力もあるRyzen 5 5600Xだけです。

AMD Ryzen 7 5800X3D：ToastyBitsのレビュー

このベンチマークでは、Ryzen 5000ファミリーのこの新しいプロセッサは、主に1080pでゲームをプレイするエンスージアストにとって非常に魅力的なオプションであることに疑いの余地はありません。実際、今回わかったように、この領域では非常に快適で、タイトルによってはRyzen 9 5950Xや5900Xといった野心的なチップを明確に上回るパフォーマンスを発揮することさえある。それは大変なことです。

Ryzen 7 5800X3Dは、主に1080pでゲームをプレイするエンスージアストにとって、非常に魅力的な選択肢です。

また、ゲームに使うわけではなく、生産性やコンテンツ制作のためのプロセッサを探しているのであれば、Ryzen 5800Xを選択した方が良いということが、このテストからよくわかります。両チップの性能はほぼ同等だが、今回テストした多くのアプリケーションで後者が5800X3Dをわずかに上回っている。

また、AMDの新型プロセッサーの消費電力は非常にリーズナブルで、ストレスがかかっても81℃を超えることはほとんどなく、適切に冷却するために特に野心的な冷却システムを投資する必要がないことも見逃せません。Ryzen 7 5800X3Dは、4月20日より発売され、価格は449ドル（約408ユーロ）です。AMDが公式に設定した価格で、欲しい人が無理なく手に入れられるよう、祈るばかりである。

AMDの詳細情報