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12世代Intel Alder Lakeベンチマーク性能比較

Intel 第12世代 CPU 「Alder Lake CPU」最新情報

2021年8月19日Intelはオンラインイベント「Intel Architecture Day 2021」の中で、第12世代CPU「Alder Lake」の詳細を明らかにしました。
Alder Lakeの高性能コアは、Rocket Lakeチップと比較して平均19%のIPC向上を実現しており、同社が製造した高性能コアの中で最も高速であると主張しています。また、新しい効率化コアは、Skylakeと比較して最大5倍の電力効率を実現しています。PCIe 5.0やDDR5などの機能をサポートします。ではAlder Lake CPUの情報を具体的に見ていきましょう。

12世代 Intel Alder Lakeの構成とSoC

Alder Lake はコンシューマー市場のすべてのセグメントに対応するためTDPが9Wから125Wまでカバーする。

Alder Lakeはx86デスクトップPC用チップとしては初となる2種類のコアを組み合わせたハイブリッド設計となっています。大きなコアは主に優先度の高いシングルスレッドの作業に使用し、小さなコアはマルチスレッドの作業負荷や負荷の低いバックグラウンドタスクを実行します。インテルは、このタスクのために、「大きな」パフォーマンス(P)のGolden Coveコアと「小さな」効率(E)のAtom Gracemontコアを組み合わせて使用しています。

 

上の図を見ると、インテルはPコアとEコアの両方を同じ1つのCPUダイにエッチングしており、効率の良い小型のEコア4個(青色)は、高性能のPコア1個(紺色)とほぼ同じダイ面積を消費しています。この図は完全な縮尺ではないかもしれませんが、Intelは4つのE-Coreを1つのSkylakeコアと同じスペースに収めることができると説明しています。

Alder Lakeチップは、Intel 7プロセスを採用しています。このプロセスは、Intelがプロセスノードの名称を変更する前は10nm Enhanced SuperFinと呼ばれていました。Intel 7 プロセスと言っても、7nm では無く10nm プロセスです。AMDの主流となっている7nmプロセスには今回も追いつきませんでしたが、Intelは今回の10nmは他社の7nmよりも高性能だと考えているようで、Intel 7 プロセスという名称に変更したと考えられています。Golden Coveコアは、1つのコアで2つのスレッドを実行できるHyper-Threadingに対応していますが、小型のGracemontコアはシングルスレッドです。どちらのコアも、キャッシュトポロジーの一部(L1、L2、LLCの一部など)を含むIPブロックの一部として提供されます。

統合GPUはTiger Lakeで採用されたGen12 Xe LPアーキテクチャをIntel 7プロセスに移植したもので、ディスクリートGPUを使用する傾向にあるデスクトップPC向けの32 EUsのGT1と、モバイル向けの96 EUsのGT2の2種類があります。

 

Alder LakeデスクトップPCチップは、最大で8つのパフォーマンスコアと8つのエフィシェンシーコアを搭載し、合計24スレッド(Pコアに2スレッド、Eコアに1スレッド)を実現します。また、最大で30MBのL3キャッシュを搭載します。

Alder Lakeの新しいメモリコントローラは、4つの異なるメモリタイプをサポートします。DDR5-4800とLP5-5200、そしてDDR4-3200とLP4x-4266です。このように、1つのデザインで幅広いメモリをサポートすることで、さまざまなユースケースに応じたタイプのメモリ構成が可能になります。Intelは、低価格帯のマザーボード(Bシリーズ、Hシリーズ)やモバイルシステムにはDDR4を、高価格帯のマザーボード(Zシリーズ)にはDDR5を搭載するとしている。これは、DDR5メモリが採用された当初は価格が高くなることが予想されることを考えると、理にかなっていると言えます。

Alder Lakeは、x16レーンの接続で64GB/sのスループットを持つPCIe 5.0までサポートします。デスクトップPC向けチップでは、x16のPCIe Gen5接続に加えて、x4のPCIe Gen4接続をサポートしていますが、低消費電力タイプでは、x12のPCIe Gen4コンフィグとx16のPCIe Gen3接続の組み合わせをサポートしています。

PコアやEコア、キャッシュ、よりスループットの高い64GB/sのPCIe 5.0やDDR5サブシステムを集めるには、さまざまな要素間の低レイテンシーかつ高スループットの接続を確保するための堅牢なファブリックが必要です。Alder Lakeのコンピュート・ファブリックは、これらの要素を結びつけ、クラスタ全体の要素、あるいはシングルコアに対しても1000GB/sのスループットを実現します。

メモリファブリックは最大204GB/sのスループットをサポートしており、バス幅と周波数の両方を調整することでリアルタイムに変調させることができます。

Alder Lakeは、それぞれ異なるセグメント向けの3種類のパッケージで提供されます。LGA 1700のCPUソケットを搭載した新しいマザーボードに搭載されるデスクトップPC用チップ、モバイル用途向けの高性能BGA Type3パッケージ、ウルトラモバイル用途向けの高密度BGA Type4 HDIパッケージです。それぞれPコアとEコアのさまざまな組み合わせによって設定されています。

上の画像でもインテルの3つの製品カテゴリーが絞り込まれています。

用途 型番 パッケージ P-Core E-Core GPU Thunderbolt 4
デスクトップPC Alder Lake-S LGA 1700 最大8コア 最大8コア 32EU 無し
ハイパフォーマンスノートPC Alder Lake-P BGA Type3 最大6コア 最大8コア 96EU 4
ウルトラモバイル Alder Lake-M BGA Type4 HDI 最大2コア 最大8コア 32EU 2

Alder Lake-SのフラッグシップモデルがHyper-Threading対応のP-Coreが8個、シングルスレッド対応のE-Coreが8個、合計24個のスレッドが搭載されています。

つまり今までのIntelの通例でいくと、8+8の構成はCore i9に、8+4はCore i7に、6+8と4+0はそれぞれCore i5とi3に分類されると予想されます。

Intel Thread Director テクノロジー

CPUが持っている力を最大限に発揮するためにも、OSやソフトウェアの最適化が必要不可欠です。そこで登場するのが、インテルの Thread Director テクノロジーです。このハードウェアベースのテクノロジーは、Windows 11に強化された遠隔測定データを提供し、スレッドがPコアまたはEコアのいずれかに最適化されたインテリジェントな方法でスケジューリングされることを保証します。また、ソフトウェアに対しても透過的に使用できます。

この技術は、プロセッサ内部から収集された低レベルの遠隔測定データをWindows 11オペレーティングシステムに提供することで、電力や熱などのコアの状態をスケジューラに通知します。

さらにThread Directorは、任意のスレッドで使用されている命令の組み合わせ(スカラー/ベクター)をナノ秒単位で検出し、そのデータをWindows 11のスケジューラーに伝えることで、スレッドを高性能なPコアや効率的なEコアなどの適切な実行コアに誘導することができます。一般的に、ベクトル/AIワークロードはPコアに優先的に割り当てられ、スカラ命令やバックグラウンドタスクはEコアに移されます。

このシステムはすでに開発が進んでおり、マイクロソフトによると、Windows 11に向けてエンジンのさらなる強化がすでに進行中であり、計画中であるとのことです。

Alder Lakeチップは、標準的なWindows 10 OSでも問題なく動作します。既存のスレッドスケジューリング技術は、このプロセッサでも引き続き動作しますが、うまくはいきません。このチップは動作しますが、Thread Director(Windows 11のみ)の強化された機能は利用できません。この機能は、命令の種類やアプリケーションの使用モデルに応じて、パフォーマンスや消費電力にさまざまな影響を与えます。

高効率コア E-Core (Efficiency core)

Alder LakeのハイブリッドCPUの中で、高効率コアを担うのがE-Coreです。

まずはシングルスレッドの性能を数値化したレイテンシー性能表です。まず、この結果はインテルが「SPECrate2017_int_base」というテストで行ったものです。シングルスレッドテストでは、インテルは非公開のSkylakeプロセッサー(第1世代と思われる)でハイパースレッディングを無効にし、ハイパースレッディングをサポートしないE-coreのシングルコアに対してパフォーマンスを測定しました。つまり、両方のプロセッサーの純粋なシングルコアベンチマークを見ていることになります。E-coreは、Skylakeチップと同じ電力では40%以上パフォーマンスが向上し、同じ性能では40%以下の消費電力で稼働することができる。つまり、SkylakeコアはE-coreと同レベルの性能を発揮するために、2.5倍の電力を消費したことになります。

スループットパフォーマンステストでは、4つのシングルスレッドのE-coreと、2つのスレッドのSkylakeコア(合計4スレッド)を用いて、マルチスレッドのパフォーマンスを測定します。ここでE-coreは、より少ない消費電力で80%以上のパフォーマンスを実現しています。つまり、80%少ない消費電力で同じスループットを実現しています。つまり、Skylakeはスレッド作業で同じパフォーマンスを得るために5倍の電力を必要としたことになります。

高性能コア P-Core (Performance Core)

Alder LakeのハイブリッドCPUの中で、高性能コアを担うのがP-Coreです。Intelは、Golden Coveマイクロアーキテクチャーを採用したパフォーマンスコア(Pコア)を開発するにあたり、これまでに開発したコアの中で最も高いパフォーマンスを実現し、CPU性能を1段階向上させることを目標としました。Sunny Coveとの変更点は次のリストです。

Unit Sunny Cove Performance-core
iTLB 4K pages 128 256
iTLB 2M/4M 16 32
uop cache 2.25K 4K
uop cache BW 6 8
Decoders 4 6
Allocation 5 6
Out of order  Window 352 512
Integer ALUs 4 5
# of Loads 2×512 3×256, 2×512
L1 data Cache 48KB 48KB
L1 Fill Buffers 12 16
L1 DTLB 64 96
L2 cache 512KB/1.25MB 1.25MB / 2MB

上の表はP-coreを採用したAlder LakeのデスクトップPC版と、第11世代CoreのデスクトップPC版(Rocket Lake)の性能を比較したものです。

Intelは、Alder LakeのGolden Coveパフォーマンスコアは、Rocket Lakeに搭載されているCypress Coveアーキテクチャと比較して、両チップが同じ周波数(ISO周波数)で動作した場合、平均で19%のパフォーマンス向上を実現すると主張しています。Intelは、「SPEC CPU 2017」、「Sysmark 25」、「Crossmark」、「PCMark 10」、「WebXPRT3」、「Geekbench」などの幅広いワークロードを対象に、この平均値を算出しました。

12世代 Intel Alder Lake まとめ

Alder Lakeは、AMDのコア数に匹敵し、DDR5とPCIe 5.0テクノロジーをサポートすることで、少なくとも今のところは、AMDとAppleのM1スペックを超えて、有望な進歩を遂げています。

今のIntelの立場は非常に微妙な位置にいます。AMD社のRyzenプロセッサは、デスクトップPCとノートPCの両方でインテルのトップの座を着実に奪っており、一方、Armベースの設計を採用したApple社のM1ノートPCプロセッサは、ハイブリッド設計に高い水準をもたらし、Arm社のデスクトップPC市場でのシェアが史上最高になるのに貢献しています。今回のAlder LakeがIntelの発表通りの性能だとするとかなり期待が持てるでしょう。ArmとAMDとも互角かそれ以上に戦える十分の性能だと思います。Alder Lakeは2021年秋に発売される予定です。10月27日~28日に開催されるイベント「Intel Innovation」では、さらに詳しい情報が得られることでしょう。

参考
https://www.techpowerup.com/
https://www.techspot.com/
https://www.tomshardware.com/

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