AMDのチップセットのあり方は今後どのように変わっていくのか？

マザーボードなどに搭載されるチップセットはCPUを補佐する役割を担っていますが、近年ではその役割を他のパーツが担い、排される傾向になりつつあります。このようなチップセットについて、AMDが開発するCPUソケット「AM5」に焦点を合わせ、技術系ブログを運営するSkyJuice氏が解説しています。

Site Launch Exclusive: All the Juicy Details on AMD's Quirky Chipset Solutions for AM5!
https://angstronomics.substack.com/p/site-launch-exclusive-all-the-juicy

チップセットとは、コンピュータのマザーボード上に搭載され、CPUなどのメインコンピューティングデバイスと対になり、マザーボード上のデバイスやコネクタを仲介する入出力信号のハブとして機能するコンパニオンデバイスのことです。このチップは入出力(I/O)とプロセッサーの間のギャップを「橋渡し」するもので、従来の「ノースブリッジ」はシステムメモリーやグラフィックカードへの高速I/Oを、「サウスブリッジ」はストレージやネットワークへの低速I/Oを処理しています。このアーキテクチャでは、CPUは計算と処理能力に特化して設計され、ノースブリッジへの高速リンクが1つあれば十分になっているため、チップセットはI/Oの分配と管理に集中することができます。

しかし、技術が進歩し、システム設計の統合化が進むにつれて、こうしたチップセットの役割は減少しました。メインプロセッサはすでに、メモリ、PCI Express、ストレージデバイス、USB、さらには統合グラフィックスのディスプレイ出力まで、基本的にすべてのI/Oインターフェイスをオンボードで備えています。このため、これらのSOCは個別のチップセットを完全に排除しています。

実際、AMDのRyzenシリーズのデスクトッププロセッサは、動作に「チップセット」さえも必要とせず、小さなアクティベーター(Knoll)だけを必要とするものです。X300およびA300というブランド名のこれらのアクティベーターは追加のI/Oを提供しないにもかかわらず、ほぼすべてのデスクトップ用マザーボードはまだチップセットを含んでいます。

しかし、近代のチップセットはマルチポートUSBドングルに似ていない、I/O拡張ハブとして機能します。チップセットは1つがデバイスのより多くのデバイスと接続することを手助けしますが、すべてのデータは単一のポートの同等の帯域幅を介して通信する必要があります。チップセットからプロセッサへのアップリンク帯域を下回れば、性能差は無視できるほど小さくなります。「チップセットは、美化されたPCIe muxスイッチに成り下がったと言える」とSkyJuice氏は評しています。

AMDがDDR5時代に投入するクライアントデスクトッププラットフォームは、当初からサードパーティが設計・製造するチップセットに全面的に依存する設計になっていました。これは、AM4プラットフォームの2019年からの前世代ハイエンドX570チップセットとは異なり、AMDは自社のクライアントI/Oダイ・チップレットを、「美化されたPCIe mux」として使うためにリパッケージして再利用しているとSkyJuice氏。

このチップセットの亜種(Bixby)ではメモリコントローラやPHYなどの未使用機能は使われず眠っており、この結果、高コストでハイパワーのチップセットソリューションが生まれ、マザーボードのコストと販売価格が上昇することに。一方で、AMDの最初のX570ボード設計における最初の2年間では、チップセットを冷却するためのアクティブ冷却ファンを必要としました。これはすべて、当時サードパーティ・メーカーが対応できていなかったPCIe Gen 4リンクスピードに対応したチップセット・ソリューションを実現するために行われたものです。

PCIe4の準備ができた今、AM5は、2016年のAM4ローンチプラットフォームでASMedia製のオリジナルチップセット、X370、B350、A320、X470、B450というブランドがあったように、サードパーティ製だけのソリューションに戻ることになりました。

AM5についても、これらのチップセットをASMediaとMediaTekという2種類のサードパーティサプライヤーからデュアルソース化する意向がありました。しかし、最近の動向では各社がASMediaのシリコンを使った検証に終始しており、MediaTekがいつチップセットを供給するかは不明だとのこと。

Aクラスのローエンドチップセット構成は、AM5で下位のRembrandt APUが発売されるタイミングに合わせて、後日発売される予定。ハイエンドのX670チップセットは、2つの独立したASMedia製PROM21(Promontory 21)チップセットをデイジーチェーン状に連結したユニークな構成になっています。1つ目のチップセットがCPUに接続し、2つ目のチップセットが1つ目のチップセットに接続するという仕組みです。

このデイジーチェーン・チップセット・ソリューションは、ASMediaが1つのチップセットを設計するだけなので、設計コストを劇的に削減することができ、同時にAMDがマザーボードI/O拡張機能を増やして複数のセグメントを提供できるようになっているとのこと。複数の市場セグメントにまたがる単一のシリコンのみを設計するという制約がある場合、トップエンドの要件に適合する大型で高価なダイを設計して、マスマーケット・セグメントの機能を無効にするよりも、マスマーケットのミドルエンド・ソリューション用に設計してハイエンド用に倍増する方がはるかにコスト効率が良いとSkyJuice氏は分析。

また、マザーボード上に2つのチップセットを配置することで、さらに2つの本質的なボーナスがあるとのこと。それらは、同じ場所に一緒に配置する必要はなく、むしろチップセット同士を離して配置したほうが有利になります。そうすることで、最初のチップセットがデイジーチェーン接続されたチップセットの信号リピータとして機能し、プロセッサから離れたマザーボード上の場所に高速PCIe 4.0信号を送るための信号リタイマを追加する必要がなくなり、コストを下げることができます。最後に、ハイエンドチップセットを分割することで、発熱源を分散させ、熱密度を下げ、チップセットのパッシブ冷却を可能にすることで、コストと故障の原因を増やすだけのファンを不要にします。

ただし、デイジーチェーン接続のI/Oシステムは、帯域幅の競合やシステムの複雑さを増加させ、故障可能性箇所を増やすことは言うまでもないとSkyJuice氏は述べています。デイジーチェーン接続のソリューションは、仮想化によってハードウェアを分割しようとする場合にも本質的に高いリスクを伴い、ポート割り当てがネストしたI/Oハブで問題になりかねません。最終的にはうまくいくかもしれませんが、USBハブを別のUSBハブに接続することはベストな方法ではないことは確かです。このチップセットの場合も同様で、プロセッサから直接ポートを使用することができます。

2017年にオリジナルのEPYC 7001でマルチチッププロセッサを再導入したAMDは、今度はチップセットのような一見無難なものに対してマルチチップソリューションを行おうとしているとのこと。「AMDとASMediaにとって、このユニークで風変わりなアイデアに踏み切ったのは、明らかにコスト面での優位性があるからでしょう」とSkyJuice氏は述べました。

なお、AMDは2022年5月23日に行った基調講演で「Ryzen 7000」を発表し、同プロセッサに新しい6nm I/Oダイを備えていることを明らかにしました。新しいAMD Socket AM5プラットフォームは1718ピンのLGA設計で、最大170W TDPプロセッサー、デュアルチャネルDDR5メモリー、新しいSVI3電源インフラをサポートし、Ryzen 7000シリーズ・プロセッサーによるオールコア性能をリードしているとのこと。またAMD Socket AM5は業界で最も多くのPCIe 5.0レーン(最大24レーン)を備えており、次世代以上のクラスのストレージおよびグラフィックスカードをサポートする、最速、最大、かつ最も拡張性の高いデスクトップ・プラットフォームとなっているとAMDによりアピールされています。

AMD Showcases Industry-Leading Gaming, Commercial, and Mainstream PC Technologies at COMPUTEX 2022 :: Advanced Micro Devices, Inc. (AMD)
https://ir.amd.com/news-events/press-releases/detail/1069/amdshowcases-industry-leading-gaming-commercial-and