Intel、2020年にdGPU投入？……何か掻き立てるのか？: なんとなく綴ってみた

2018年06月14日

Intel、2020年にdGPU投入？……何か掻き立てるのか？

PC Watchのやじうま記事なので、流動性があり実際にどうなるかは分からない記事だが、今になって出てくるというのが面白い。まあ、基本はデータセンター向けで検討しているようだが、クライアントが含まれているというのが、気に掛かる。むしろ、クライアントの本命だったりして。
https://pc.watch.impress.co.jp/docs/news/yajiuma/1127340.html

IntelのGPUと言えば、i740（開発名；Auburn）だがAGPスロットを使った戦略的製品になるはずが、評判は今も調べれば分かるぐらい残念なものである。まあ、これがチップセット内蔵グラフィックスの原点になったのだから、バカには出来ないが、その後もチップセット内臓に限定して開発されたこのGPUはバカにされ続けた。

まあ、i810以降も32bitカラーをサポートできなかった訳で、それ以来ずっと、いや今現在も、発表やFP32物理性能の割にIntelのGPUは見かけ倒しの傾向が残っている。ただ、最近はCPUの性能向上が進まなくなり、性能を引き上げようとした結果、脆弱性が露呈するという流れもあり、GPUに力を入れる方向にシフトしたのだろうか？

と考えても辻褄は合わない。それならこれまで通りiGPUで良いからだ。たぶん、Intelにとってはこれを開発せざる終えない別の理由があるのだろう。それは必要だと考えていないとこうはならない。

＜開発の経緯は何か？＞

－10nmの問題－

Cannonlakeの10nmではiGPUが上手く機能していないことが、既に市場では知られつつある。
元々、10nmは2016年に投入予定だったことを考えると、2年～3年遅らせてこの状況というのは、解決を短期的には諦めた可能性も出てきている。IntelのCPUはARM系のプロセッサとは違い結構大型である。その上、最近はeDRAMの内蔵やHBM2、3D Xpointの研究なども進めており、CPUの進化があまり進まなくなった今、近い将来これらを採用した製品の投入も検討しているはずだ。

その過程で何か、これ以上投資して歩留まりを改善しても、再び行き詰まる何かがあると考えると、ここで方向転換をはじめたと見るのが妥当かも知れない。

そう考えると、現在はSCM（Single-chip-Module）で製造しているものが結構あるCPU統合型GPU製品を、MCM（Multi-chip-Module）で完全に切り離し、製造後接合する方向に見直したと考えると、外部GPUという幅が生まれるのは何となく予想が付く。

これまでは、CPUとセットで開発していたため、発熱のコントロールもシェーダーユニットの数も帯域幅も制約があった。しかし、MCMならとりあえずiGPU向けの動作モードをいくつか作る必要はあるが、今のCoreプロセッサやiGPUのGTの数を増やして行けば、性能は段違いに上げられる。帯域幅はeDRAMを使ったり、Level 3のキャッシュに頼る必要も無い。GPU専用の接続バスを持たせても良い。

実際にIntelはRADEONとHBM2内蔵のKabylake-Gを開発していることを考えると、そっちに舵を切るのもあり得る。

そして、いっそのことこれを専用にして売ってしまえばと考えてもおかしくない。外部扱いのMCMだから、コストは安いからだ。

－もしかすると、Skylakeから……－

もっと根本的に考えると、
Cannonlakeの一部が、AVX-512Fあり、GPUレスという状況で投入された流れを見ると、現行の技術ベースでiGPUありの10nmは失敗している原因がそれにあるとも言えるかも知れない。

GPU性能を上げつつ、CPU側の性能も上げてAVX-512を有効にすると、キャッシュコヒーレンシが極端なレベルで発生しやすくなるとか考えると面白い。CPU側のFPU/SIMDポートと、GPU側の処理で何らかの干渉（特に思い浮かばないが）が起きるなどの問題を孕んでいるとも考えられる。歩留まりじゃなく、GPGPU（OpenCL）とAVX-512の競合が共有キャッシュ等に何かをもたらしているという考え方だ。

そして、それを改善する際に方法が例えば、キャッシュを今の数倍にするという現実的ではない方法を採るか？または、MCM化してLLキャッシュをGPUと共有しない構造へと切替、必要ならHBM2やeDRAM側で共有する仕組みしかないと見たなら、Skylakeから続いている問題との共通性も見えてくる。当初はBroadwellの延長線上で微細化の歩留まりと思っていたSkylake-E/EP（Purley）がAVX-512を有効に出来た理由がここに表れてくる。

という考え方も出来る。あくまで推測だが。
AVX-512自体がGPGPUでも良いんじゃないか？という部分を結構持っているので、パッと閃いたことであり、実態がどうかは、分からないが……。

－GPGPUの脅威とCPUの限界－

後は、純粋にGPGPUの脅威だろう。AMDとnVIDIAはGPGPUでHPC市場を少しずつ削っている。データセンター事業が好調なIntelとは言え、今後も考えるとその市場で指を咥えてみつつ、Xeon Phiで立ち向かえるかというと、弱いのが現実だ。もし、上記のような問題があるなら、尚のことで並列性を考えるとXeon PhiのAVX-512より、GPGPUで演算した方が良いからだ。オリジナルのx86命令セットをバンバン増やすより、既にあるShader言語を使った方が、明らかにアプリケーションの応用性が高い。

そう考えたときに、汎用GPU市場にまず参入して、Intel UHD GraphicsやIris Graphicsの技術を昇華させたいというのは、当たり前の流れかも知れない。

何より、CPUの大幅な性能アップは既にコア数の増加以外ではさほど見込めない。トランジスタ数をよほど多く割けば出来るだろうが、非効率になったり、無駄に発熱が増加する恐れの方が高いからだ。
結局、SpectreとMeltdownという脆弱性がそれを証明してしまったのだと考える向きも出来る。

そうなると、まず汎用的なGPUをゲーム市場やVR市場向けに出すことが求められる。そして、売りは内蔵のGPUをブーストする機能もあるといったところだろう。nVIDIAとAMD（ATi）が自社チップセットやCPUでやっていたあれだ。これに、HBM2や、3D Xpointを上手に組み合わせれば、アドバンテージが見られるかもしれず、コスト的にも再挑戦の価値はあるだろう。

＜技術問題か市場か＞

まあ、確かな事があるとすれば、既にCPUの性能だけが売りじゃないという点は明らかだ。だから、IntelはdGPUもというのはあり得ることだ。今度は、失敗しないだけの自信も付けているか、付けたい訳だ。ARMがPC市場に入ってくる中で、この開拓は待ったなしでもある。

ここで大事なのは、裏事情があるかどうかだ。今のIntelロードマップを考えると、技術の問題によってiGPUの開発計画が変わったという可能性も否定できない。上記したように、AVXとの相性が絡んでいるのかは分からないが、一つ確かなことは、Intel以外でiGPUを搭載したCPU開発をする他のメーカーからこの問題は聞こえないと言うことだ。
即ち、Intelにしかない何らかの機能が絡んでいることになり、それがAVX-512である可能性はある。そして、それを消すために外部化を図りつつ、AVXよりもGPGPUにという流れに向かっているなら面白い。
この場合は、CPUのSIMD関連命令セットがこれから極端に発展することはないことを意味し、それらをGPUに任せていくことを意味しているからだ。

そうなると、外部GPUを一般向けにもという流れはある意味当然に見えてくる。

どっちにしても、処理方法の改善によってCPUのクロック辺りの処理性能を上げるにはもう難しい領域に達しているのは間違いない。だから、GPUやGPGPUを売りにする方向へとIntelも本格的に舵を切ったと言うことだろう。その原因が、今開発中や使っているのプロセッサの根幹にあったとしても、消費者から見て何か影響があることでもない。原因となる問題は排除されるように最初から設定して売り出されているからだ。それだけ、AMD等の他のメーカーと違って、今のIntelは余裕（アドバンテージ）があるということでもある。

後は、その余裕を維持できるだけのGPUを製品化出来るかどうかだ。それが、未来を占う。

まあ、今の時点でもiGPUの技術を見る限り、i740みたいな話にはならない。
96～256EUの1GHzにするだけで、1.6TFlops（Geforce GTX 1050相当)～4TFlops（Geforce GTX 1060 6GB)ぐらいは達成できるからだ。ドライバが不味くても、そこそこ演算でカバーできるぐらいの演算能力がある。これが、ブーストして1.4GHzぐらいで動けば、性能は1.4倍になる。
HBM2などのメモリー技術を使えば、極端に遅いと嘆く人は少ないだろう。スペックの割にアプリケーションによっては描画が……とかそういう話はあるかもしれないが、i740時代のように凄いガッカリという話は無い程度に、GPU技術はごり押しが出来るレベルで完成しているのだ。