Qualcomm、PC向け「Snapdragon X Elite」を発表:12コアOryon CPUはApple M2を越える性能を見せる

masapoco
投稿日 2023年10月25日 6:55
snapdragon x elite hero

Nuviaの買収から数年、Qualcommはついにその技術を搭載した次世代プロセッサをリリースする。Qualcommの主張によれば、これらは地球上で最もパワフルなモバイル・プロセッサのひとつになると同時に、大幅に効率化される予定とのことだ。

Qualcommが本日発表した、Windowsデバイス向けに設計された次世代Arm SoCである「Snapdragon X Elite」は、Nuviaが開発した「Oryon」と名付けられた全く新しいArm CPUコア設計をベースにしており、Qualcommにとって最も重要なWindows-on-Arm SoCの心臓部である。

プロセス技術TSMC 4nm
CPUコアQualcomm Oryon、12 コア、最大 3.8 GHz
シングルおよびデュアルコアは最大 4.3 GHz にブースト
GPUコアQualcomm Adreno、最大 4.6 TFLOPs
NPUQualcomm Hexagon、45 TOP、
Qualcomm Sensing Hub 上の Micro nPU
メモリ最大 64GB LPDDR5x-8533
ストレージNVMe SSD over PCIe Gen 4、UFS 4.0、SD v3.0
カメラQualcomm Spectra ISP
シングル カメラ 最大 64MP
デュアル カメラ 最大36 MP
4K HDR ビデオ キャプチャ
モデムSnapdragon X65 5G モデム
Wi-Fi/BluetoothQualcomm FastConnect 7800; Wi-Fi 7、Wi-fi 6E、Wi-Fi 6、Bluetooth 5.4

Oryon CPUコア

Snapdragon X Eliteに搭載されるOryon CPUコアは、2021年初頭からのQualcommによるNuvia買収の集大成であり、Nuviaチームにとってはさらに長期にわたる作業となる。このチームの野心とArmアーキテクチャのカスタムCPUコアの重要性は、今後リリースされる製品で実際に明らかになるだろう。Snapdragon X Eliteは、Qualcommの次世代チップ設計のペースを握るものであり、さまざまな面で興味深いチップとなるだろう。

Oryonは、Qualcommがここ数年で初めて開発した高性能の完全カスタムArm CPUコアである。また、Arm Cortex-A/X設計と機能的に大型化したQualcommのモバイルSoCで構築された複数世代の精彩を欠いたSnapdragon Compute SoCに続き、OryonはQualcommにとって大きな方向転換となる。

ただし、現時点でOryonについて共有できる重要なアーキテクチャの詳細はない。幅、各種バッファサイズ、実行ポートなどは不明だ。Nuviaチームは買収前からサーバーグレードのCPUコアの開発に取り組んでおり、そのような積極的な設計はOryonにも受け継がれている。そもそも、QualcommのNuvia買収の主要な目標の1つは、他のラップトップ(そして最終的にはモバイル)チップメーカーを押しのける高性能CPUコアを開発することだった。

Snapdragon X Elite SoCには、12個のOryon CPUコアが搭載されている。Qualcommの8cxファミリーの設計とは異なり、異なるマイクロアーキテクチャに基づく「効率」コアと「パフォーマンス」コアは存在せず、従来のPCプロセッサに近い均質なCPU設計となっている。つまり、Oryonは二重の役割を果たす必要がある。省電力で軽作業をこなす効率性と、重い作業を優れたパフォーマンスで処理することだ。

OryonのCPUコアは、4コアずつ3つのクラスターに分かれている。もちろん、さらなる技術的な詳細が待たれるところだが、各クラスタはそれぞれ独立した電源レールに載っており、必要なコアがわずかしかない場合には不要なクラスタの電源を落とすことができる。

この点だけを見ても、Snapdragon X Eliteは、後継となる8CXチップよりもはるかに強力な性能を持っているように見える。8cx Gen 3は、4つのパフォーマンスコア(Cortex-X1)と4つのエフィシェンシーコア(Cortex-A78)しか備えていなかったため、Snapdragon X Eliteは、CPUコアが50%増加し、これらのコアのパフォーマンスが向上することはない。ラップトップ用チップとしては、Qualcommは大量のCPUコアを搭載している。

クロック周波数に関しては、オールコアのターボ負荷では、12個のOryon CPUコアすべてが、電力と熱のヘッドルームが許す限り、最大3.8GHzで動作することができる。一方、より軽いワークロードでは、チップは2コアで最大4.3GHzのターボをサポートする。この件に関するQualcommのスライドには、各クラスタのコアが表示されているが、これがある種のプライムコア/フェイバリットコアの動作(特定のコアだけがその速度用に設計/検証されている)なのか、それとも単にスタイル上の選択なのかは不明である。

いずれにせよ、Qualcommはラップトップ用チップで比較的高いクロック速度へのターボ化を目指しており、クロックが控えめな8CXチップとの違いは注目に値する。クロック周波数が高いだけでは高速チップにはならないが、8CXチップの性能のボトルネックの1つは、クロック周波数が低いことだった。したがって、Oryonが予想されるほど高いIPCレートを提供するのであれば、QualcommのCPU性能を向上させ、トッププレーヤーと競争する上で大いに役立つことになる。

メモリ:128ビットLPDDR5x

Oryon CPUコア(およびチップの他の部分)には、128ビットのLPDDR5xメモリバスが供給されている。これはCPU側のチップに比べれば目立たないが、同じように重要な点だ。以前の8CXチップはLPDDR4xしかサポートしていなかったため、Qualcommはこれにより、メモリ技術のサポートという点で最新のPCチップと同等になった。また、サポートされるデータレートはLPDDR5x-8533と高く、これによりQualcommは市場で最も高速なメモリコントローラの1つになる。

Qualcommはまた、さまざまなプロセッサ・ブロックとシステム・メモリの間に位置するシステム内の合計42MBのキャッシュを引用している。“総キャッシュ”と明言していることから、これはほぼ間違いなくL2 + L3だろう。以前のQualcommの設計では、6MBの共有L3(最終レベル)キャッシュが提供されていた。今回もそうだとすると、各CPUコアに3MBのL2キャッシュが利用可能ということになる。

GPU:最新世代のAdreno

グラフィック面では、Snapdragon X EliteはQualcommの最新世代のAdreno GPUを搭載している。Qualcommは、ここで採用されているアーキテクチャについて事実上何も述べていないが、これはQualcomm内製GPU設計の最新の物であることは間違いないだろう。

機能面では、これはレイトレーシングをサポートするDirectX 12クラスのGPUであり、Qualcommが昨年のSnapdragon 8 Gen 2モバイルSoCで導入した機能を反映している。Windowsエコシステム内では、ほぼ間違いなくDirectX 12 Ultimate(機能レベル12_2)設計として認定される。

Qualcommはこの設計について、未指定のビット深度/フォーマット(FP32と推測される)で4.6TFLOPSという単一のスループット数値を提示している。Qualcommはこれまで、8CXチップの同様の数値を開示していないため、これがどう比較されるかは不明だ。実際のGPU性能には純粋なFLOPS以外にも多くの要素があるためだ。

GPUのディスプレイ・コントローラー部分は、最大4台のDisplayPortディスプレイをサポートする。ラップトップ用の内蔵ディスプレイのほかに、さらに3台の外部ディスプレイ(すべてDP 1.4)を駆動することができ、1台の出力は5K対応で、残りは4Kだ。

最後に、このSoCにはQualcommの最新のビデオ処理ブロック(VPU)も搭載されている。この最新設計は、AV1デコードをサポートするだけでなく、QualcommのSoCとしては初めてAV1エンコードもサポートしている。

NPU:AI時代に備える

QualcommがSnapdragon X Elite SoCで行ったもう1つの大きな取り組みは、Oryon CPUコアの採用に次いで、最新世代のHexagon NPUを搭載したAI/ニューラル・プロセッシング・ユニットへの取り組みである。Qualcommは、AIの利用が今後数年間で急速に拡大し続け、次の大きな一押しは、ユーザーのシステム上でローカルに動作するAIモデルになると予想している。そのため、彼らはこの世代のチップ(X Eliteと8 Gen 3)のために、Hexagon NPUの増強にかなりのリソースを投資している。

その結果、NPUは大幅に改良され、8CX Gen 3のNPU性能を大幅に上回るはずだ。Qualcommは、比較的精度の低いINT4に対して45TOPSの性能を提示しているが、これに対して8CX Gen 3は、以前は不特定のデータ形式に対して15TOPSと提示していた。

CPUやGPUとは異なり、QualcommはここでNPUに関するアーキテクチャの詳細と、その性能を高めるために行ったことを共有している。最も高密度な行列演算に使用されるテンソル・アクセラレーター・ブロックは、以前より明らかに2.5倍高速になっている。このブロック(およびNPUの残りの部分)を支えているのは、2倍大きな共有メモリ/キャッシュである(ただし、Qualcommは実際のサイズを開示していない)。Qualcommはこの変更で、特に大規模な言語モデル(LLM)をターゲットにしている。LLMはメモリに負荷がかかることで知られているためだ。同社によると、このチップは130億パラメータのLlama 2モデルをローカルで実行するのに十分なリソースを備えているとのことだ。

Qualcommはまた、NPUの性能と効率を向上させるため、電力供給にも変更を加えた。電力を多く消費するテンソル・ブロックは独自の電源レールに搭載され、NPUの残りの部分は別の共有レールに搭載されている。同社はまた、推論ワークロードのマイクロ・タイリングの処理方法についても、未公表の改良を加えている。これは、中間メモリ操作を最小限に抑えながら、NPUのさまざまなサブブロックを可能な限りビジー状態に保つためにワークロードをどの程度分割できるかに直接影響する。

I/O:USB4、PCIe 4、ディスクリートWi-Fi 7

内部I/Oとして、SoCはNVMeストレージ用にPCIe 4.0接続を提供する。その他では、モデムとWi-Fiソリューションへの接続にPCIe 3を使用している。さらなる周辺機器用の空きPCIeレーンがあるかどうかについては言及されていない。

外部I/Oについては、SoCはUSB4をサポートしている。Qualcommによると、このSoCは最大3つのType-Cポートを駆動でき、USB 3.2 Gen2出力のペアと、内部用のUSB 2.0出力が1つある。

前述の通り、この製品ではWi-Fiとモデムの両方がディスクリートとなっている。このチップは、M.2カードの形でQualcommのFastConnect 7800シリコンと組み合わせることを想定している。7800は最新世代のWi-Fi 7ソリューションで、4つの空間ストリームとBluetooth 5.4をサポートする。モデムはSnapdragon X65で、8CX Gen 3にも搭載された高性能5Gモデムである。

どちらのワイヤレス・システムもSoCに統合されていないのはQualcommとしては異例だが、Snapdragon X Eliteを早急に市場に投入したいと考えているため、それほど驚くことではないだろう。これらのモジュールを統合するにはさらに時間がかかるだろうし、QualcommはラップトップSoCとして、それほどスペース効率を上げる必要はない。いずれにせよ、Qualcommの公式見解では、ディスクリート・モデムはOEMの柔軟性を高めるため、つまりOEMにモデムを搭載するかどうかの選択肢を与えるためだ。

パフォーマンス

12個のパフォーマンスコアを搭載するQualcommのOryon CPUは、マルチスレッド性能に力を入れているが、シングルスレッド性能ももちろん手を抜いているわけではない。

性能に関しては、QualcommはGeekbench 6のシングルスレッドの数値から多くの数値を発表した。Snapdragon X Eliteのシングルコアスコアは3227ポイントで、Apple M2 Max(2841ポイント)より14%速く、消費電力は30%低くなっているという。Snapdragon X EliteのCPUは、Intel Core i9-13980HXよりも高速で、1%の向上(3192ポイント)を示したが、消費電力は70%も少ないのだ。

マルチスレッドベンチマークに目を移すと、Qualcommは、12個のOryonコアを搭載したSnapdragon X Elite CPUを、Intelの第13世代12コアおよび10コアCPUと比較している。このCPUは、同じ消費電力でGeekbench 6において最大2倍のマルチスレッド性能を発揮し、68%少ない消費電力で競合他社のピーク性能に匹敵するとのことだ。

CPUを14コアのIntel Core i7-13800Hと比較した場合も同様だ。Snapdragon X Eliteの12コアは、同じ消費電力で60%高速な性能を発揮し、65%少ない消費電力で競合のピーク性能に匹敵する。Snapdragon X Eliteは、マルチスレッドでもM2より50%優れた性能を発揮すると述べている。

Qualcommはこの発表を「Qualcommの最近の歴史の中で最も重要なプラットフォームの発表」のひとつと位置づけているが、それには理由がある。今回発表されたOryon CPUコアは、最終的にスマートフォン向けSnapdragonをはじめとした多くの製品の心臓部に搭載されることになるため、Oryonの競争力がQualcommの次の数世代の設計を左右することになる。

Snapdragon X Eliteを搭載したデバイスは、2024年半ばに発売されるはずだ。このスケジュールでは、Snapdragon X EliteはIntelのMeteor Lake(Core Ultra)チップ、AMDのPhoenixチップ(Ryzen Mobile 7000)、そしてAppleのMシリーズチップの最新版と競合することになる。


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