CPU 選びの着眼点

大雑把に重要なのはこんなのだと sumikko.tokyo は考えてます。

1. 予算と値段
2. シングルスレッド性能
3. 用途にあったコア数
4. アイドル時の消費電力と発熱の低さ

あえてこれらに付け加えるとしたら 、

5. コア数に見合ったキャッシュと DRAM チャネル数
6. 対応マザーボードの入手性
   • Intel 200 系列 (Skylake や Kaby Lake用) はあまり流通していません。
   • Intel 300 系列には正規の後方互換性がありません(形状が同じ ≠ 互換)。
   • AMD Threadripper は初期は TR4 でしたが、 第 3 世代にきて異なる sTRX4 になってしまいました。
   • つまり Intel も AMD もソケット規格は数年も経てば変わってます。 マザーボードを消耗品として勘案する場合は入手性か 予備の確保が重要です。
7. セキュリティ機能やベクトル演算拡張命令のサポート状況など

2 つのマルチコア：真のハイエンドと市販上位 SKU

Intel も AMD も、市販マルチコア CPU とサーバー向けマルチコア CPU で大雑把に別れます。

厳密に言えば Xeon に触れざるを得ないのですが、ややこしいので割愛します。

ややこしくなってまいりました。

1. CPU キャッシュといっても、複数の「階層構造」になってます。
   • L1 キャッシュ：超早いけど超少ない。ほとんど製品での違いなし。
   • L2 キャッシュ：超早くて量もそこそこ。製品ブランドで違う。多い＝いい＝高い。
   • L3 キャッシュ：速いことは速い、量は多い。製品ごとに違う。LLC とも呼ばれます。
2. CPU コア専用なのは L1 と L2 キャッシュ。大雑把に。
   • L1 と L2 まではほとんどの SKU で似たようなものです。量が違う。
3. LLC (L3 キャッシュ) は CPU 全体で共有することが多いです。
   • LLC は実装が結構異なります。
   • メーカーどころか SKU 単位で違うと思うが吉です。
   • 番外編：eDRAM や HBM などの CPU 隣接 DRAM をキャッシュにする場合もあります。
     • 市販品ならビデオ処理能力重視ノート向け SKU だとかで iGPU 用の eDRAM。
     • HPC (スーパーコンピューター) の ARM 数百〜数千コア SKU とかは HBM 多め。
4. DRAM チャネル数は、通常 PC なら 2 つあれば十分です(デュアルチャネル)。
   • 8 コア以上の「サーバー向け CPU」で 4 以上が前提になる感じ。
   • 動画編集ワークステーションとかでも 4 以上が前提になります。
   • 仮想マシン大量っていう場合は、用途と各仮想マシンの負荷によります。
   • 日常利用するソフトウェアが GB 単位のデータを扱う場合。

要は「超多量の異なるプログラムが並列動作する場合」か 「扱うデータサイズが単純に大きすぎるクリエイター向けワークステーション」 とかなら、4 以上の DRAM チャネルを想定せざるを得ない感じです。

メモリ階層構造と回路実装方法はそれらだけで複数の専門分野があります。

興味がある方は一度調べてみるとよいでしょう。

ハイエンド構成の注意点

ハイエンド CPU に数万円以上かけるなら、 同額を電源と冷却に割きましょう 。

そこをケチると、動作不安定、中長期的な故障率の問題がでます。多分。

ハイエンド CPU を選ぶ基準例

一言でいうと「 リアルタイム追従性が必要か 」どうかです。

• ゲーム、VR/AR/MR 開発だと、0.01 秒が大切になります。
• 一方で処理が 1〜2 秒もたついてもいい用途なら、別にハイエンドにこだわる理由ないです。
• (AI) 開発などの大量計算では、30 分が 25 分になることに意義を感じるかは状況次第です。
  • sumikko.tokyo 的には「20 分以上のフル負荷処理が毎日複数回あるか」です。

最新 CPU 事情

Intel は Ice Lake を始めに Sunny Cove と Intel 10 nm プロセスが、 AMD は ZEN 2 が話題となりました。

常用 PC にどっちがいいのか、なんとなく。

1. Sunny Cove の SKU は当面は薄型ノート PC でしょう。自作に縁なさそうです。
   • ノートPC なら sumikko.tokyo 的には Ice Lake より 「値下がりした Whiskey Lake」です。
   • 企業用途ならセキュリティ機能面などで Comet Lake がいいでしょう。
   • 要は Intel 14 nm SKU です。
   • AMD Ryzen の mobile SKU はコスパは一見いいんですが、 あえて選ぶ理由が見いだせませんでした。
2. 自作なら第 8 / 9 世代の 3.5 GHz 以上のベースクロックの CPU がよさそう。
   • 「ストレスフリー」かつ「普段使い」するための本命は Core i3-9320 でした。
     • ただ出回ってない。出ても国内価格は高そう。
   • そこで 8350K か 9600K をアンダークロックすることに。
     • 特に 8350K は流通も多く、9100 (同 4 コアで LLC は 6 MB と若干少ない) と比べて値段差も 5,000 円程度です。CPU 冷却パーツが更にかかりはしますが。
     • sumikko.tokyo 的にはアンダークロック 8350K は温度と性能バランス良好な印象です。
     • 9600K アンダークロックは性能要件が高いものを組む場合試すかもしれません。
   • 無難なのは 8400 あたりの 6 コアを Boost コアレシオアンダークロックで シングルスレッド性能は維持しつつ全コア負荷時に低発熱にすることでしょう。
     • 例として 1 コア負荷上限コアレシオのみ 38 でそれ以上の負荷は 30 とか。
3. ZEN 2 の RDRAND 問題
   • 乱数はセキュリティにおいて非常に重要ですが、 ZEN 2 には修正されたのかどうか不確定な errata があります。
   • 固定値がでなくなって「修正」とされている場合が懸念です。 真の乱数が得られいるかが事実上検証不可能です。
     • ただここまで言い出すと Intel 側でも同様の懸念を持つべきです。
     • RDRAND のような命令だけに頼らず、別のエントロピー源も推奨されてたりもします。
   • いずれにせよ GNU/Linux 用途に ZEN 2 をあえて選ぶ理由もありませんでした。
     • Microsoft や SONY の次世代ゲームコンソール向けのものとみなしています。

細分化プロセルルールの懸念点

最新世代 CPU ではちょっと気になる点もあります。

プロセス微細化による「セキュリティ上の懸念」と「安定性」です。

• 微細な配線に低電圧・低電流で動く＝電磁干渉を受けやすい。
  • 例) Row Hammer 攻撃など、電磁物理学的な攻撃手法によるセキュリティ問題。
  • 例) HBM 搭載の一部業務用グラフィックボードで生じた「再現性の欠落」の実例。
• また配線プロセスが微細すぎて「同じ製品でも個体差にばらつきが出やすい」懸念。
  • 配線径や間隔が 10 nm 以下の世界は、原子わずか数十個の幅の世界です。
  • 例) 製品記載の性能を出すために電圧をギリギリまで増して出荷している可能性。
  • つまり消費電力や発熱、場合によっては パフォーマンス自体も悪影響を受けます (冷却依存性の増大)。

スマホとかはどんどん細分化していくでしょうけど、少々不安定になっても大問題でないです。 アプリがなんかオチたな、とかその程度な感覚でしょうし、 GMAIL とかのデータは端末ではなくクラウド上にあるわけで。

ただ 業務・研究用途のワークステーションで 「計算が同一条件で不一致」とか「不安定」 とか、悪夢です。

まとめ

• CPU 選びではシングルスレッド性能、用途にあったコア数と、キャッシュ量が重要です。
  • LLC は比較評価が難しいですが、Intel Core なら 1 コア 2 MB の比率の容量が理想です。
  • SMT (Hyper Threading など) はもう忘れましょう。過去と営業戦略の産物と考えています。
• CPU 自体の性能は「コア数よりも非 Boost 動作周波数の高さ」です。
  • 最近のマルチコア CPU は 低基本動作周波数な Boost 依存性能なので、要冷却です。
  • 「マザーボードも冷却」されないと長期的には壊れやすい / 動作不安定になります。
  • 特にエアフローが乏しいのに大電力が動く EATX 12V コネクタから VRM と CPU 近辺のコンデンサには注意が必要です。
• ハイエンド CPU には「いい電源＋いいマザーボード＋いい冷却が 必須 」です。

いい加減そろそろマザーボード編は別にしたいところですが、 アンダークロックに関する点やファンコントローラーの DC 3 ピンの 制御の扱いなど、記載するべきことが増えるのでまだ先になりそうです。