40年に一度の大変革！ IntelのCore Ultra Processor Series 1 「Meteor Lake」はCPUもGPUも名称も劇的に変化

2023年12月15日，IntelはCore Ultra Processor Series 1、コードネーム「Meteor Lake」およびを発表しました。
また、2024年1月8日、CES2024の前日に第14世代Core CPU、コードネーム「Raptor Lake Refresh」を発表しました。

ここ最近は新世代CPUは年初のCESでの発表が多かったものの、振り返ってみれば第10世代「Ice Lake」は2019年8月、第11世代｢Tiger Lake｣は2020年9月と、必ずしもCESでの発表ではありませんでした。
それに「Meteor Lake」はもともと2022年の頃から2023年中の投入を明言されていて、どちらかというと年末ぎりぎりに間に合った形となります。

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新要素まとめ

・名称が Core Ultra Series 1に刷新
・発表されたのは「H(28/45W)」「U(9/15W)」の2シリーズ
・Core Ultra 3はなし。今後も登場しない
・タイル(チップレット)構造を採用
・製造プロセスはIntel 4＋TSMC N5/N6
・ハイブリッド構造が2層(Pコア＋Eコア)から3層(Pコア＋Eコア+LP Eコア)に
・Pコアは「Redwood Cove」アーキテクチャ、Eコア/LP Eコアは「Crestmont」アーキテクチャ
・グラフィックはXe-LPからXe-LPGアーキテクチャに変更
・NPU(AIエンジン)を内蔵(Intel初)
・LPDDR5-7467対応
・Wi-fi 7対応
・Intel Evo Editionプラットフォーム

ラインナップ

こちらでは見やすさのために簡略版の表としています。詳細版は記事の最後に掲載。

ラインナップはHシリーズとUシリーズのみとシンプル化。
代わりにTDPの設定可能範囲を広くすることで、Pシリーズが担っていた範囲をカバーしています。

また、下位に非UltraなCore Processor Series 1がありますが、こちらはRaptor Lakeの追加ラインナップという扱いになっています。
Raptor Lake世代なので、Meteor Lakeの新要素はありません。

第14世代となるRaptor Lake Refreshはゲーミングノート向けのHXシリーズのみで外付けグラフィックと合わせることが前提となっています。

ざっくり性能表

※データが少ないため、参考程度に見てください

新要素

「Meteor Lake」はIntelが「40年に一度の大変革」と謳うだけあって、てんこ盛りです。
メインストリーム向けに3次元積層技術「Foveros」を初採用したこと、Intelとして初めてNPUを内蔵など、大きな要素がいくつも詰まっています。

ちなみにIntelの最初のプロセッサ「4004」は53年前の1971年。40年前というと初のx86プロセッサ「8086」(1978年)か、初の32bitプロセッサ「80386」(1985年)あたりになりますね。
ついでに言うとMS-DOSが1981年、Windows 1.0が1985年、NECの「PC-9801」が1982年です。

第10世代以降との比較

あまり語られていませんが、地味にDDR4/LPDDR4が非サポートになっています。

また、これも語られていませんが、旧来のアクセラレータであるGNA(Gaussian & Neural Acceleration)については、古い資料にはSoCタイル内にGNA 3.5の記載があるものの、発表時資料には記載がなく、公式の仕様表からも項目が消えています。NPU上でGNA向けの独自ライブラリ「OpenVINO」が動作するので、削除された可能性が高いです。

タイル(チップレット)構造と製造プロセス

半導体チップの構造は大きく2種類。すべてをひとつのダイ(基板)に載せるモノシリックと、複数の小さなダイをつないでひとまとめにしたチップレットがあります。

チップレットは複数の小型チップを使うとことで歩留まりを改善したり、チップごとに製造プロセスを変えたりできる、一部のチップを入れ替えることができる、さらに言えばチップごとにメーカーが違ってもいいというメリットがあります。
最後のは懐かしのKaby Lake-G(2017年)がまさにそうですね。当時はまだチップレットと呼ばれず、ヘテロジニアスと呼ばれていました(※チップレットという名称自体は実は1965年発表のムーアの法則内にも登場します)。

メリットが多い反面、構造が複雑になる分組み立てコストが増える、チップ間接続がボトルネックになる、電力の全体最適化が難しいなどのデメリットも抱えていました。

「Meteor Lake」ではチップ間を超高速かつ低消費電力で結ぶ「Embedded Multi-die Interconnect Bridge(EMIB)」、3次元積層技術「Foveros」を採用することで、数年をかけてようやくチップレット(Intelではタイルアーキテクチャと呼ぶ)を採用することができました。
なお、タイルアーキテクチャ自体は2022年にHPC向けGPU「Intel Data Center GPU」(コードネーム：Ponte Vecchio)で採用しているため、「メインストリーム向けでは」という枕詞が付いています。

「Meteor Lake」のタイルアーキテクチャは、以下の4つのタイルで構成されます。

Compute Tile：PコアとEコアを内蔵。Intel 4プロセスで製造
Graphoc Tile：iGPUのIntel ARC Graphics。TSMC N5プロセスで製造
SoC Tile：メモリコントローラ、Wi-fi、メディア周りのほか、NPU、LP Eコアを内蔵。TSMC N6プロセスで製造
IO Tile：PCIeとThunderbolt4などのインターフェースを担当。TSMC N6プロセスで製造

自前で製造するのはCompute Tileのみで他はTSMCで製造、さらに微細化の恩恵の少ないSoC TileとIO Tileは世代の古い製造プロセスを使い、タイル(チップレット)のメリットをしっかり生かしています。

ここで面白いのが、LP EコアがSoC Tileにある点。
LP EコアはEコアよりも動作クロックが抑えられているものの、動画再生程度ならこなせます。
そのため、軽い負荷の場合はCompute Tileへの電力供給を止めて、LP Eコアのみで処理をしてしまうことで、消費電力を大幅に抑える仕組みとなっています。

なので以前は、まずPコアで処理→軽いようならEコアに移す、という流れだったものを、まずLP Eコアで処理→必要に応じてPコア/Eコアにバトンタッチ、という形にスケジューラを変更しています。

グラフィックについて

「Meteor Lake」のグラフィックは、2022年、Intelが24年ぶりに発売したグラフィックボード「Intel Arc A Series Graphics」のXe-HPGアーキテクチャをベースにしたXe-LPGアーキテクチャとなっています。
なお、LPGは「Low Power Graphics」の略です。

ざっくり説明すると、Xe-LPでは最大で6コア96EUだったものが、最大8コア128EUとなります。大枠(スライスと呼ばれています)が6コア×1から4コア×2に変更されたため、スライスごとに用意されるジオメトリエンジンなどは2倍に増え、これも性能向上に寄与しています。
なお、Uシリーズではスライスが1個、すなわち4コア64EUとなります。

Xe-LPでは非対応だったレイトレーシングに対応。レイトレーシングユニットは8基内蔵します。

Intel独自の超解像技術「XeSS(Xe Super Sampling)」へも対応したものの、グラフィックボード(Xe-HPG)にあった超解像処理を行うXMX(行列演算器)は削除されています。
まぁそもそも、XMXを搭載しちゃうと同じ行列演算器であるNPUと被るんですけどね。

XeSS自体は「Shader Model 6.4」に対応していればNVDIAやAMDのGPUでも動く仕様であり、Xe-LPGではDP4aという命令セットの中で実行されます。そしてXe-LPGではDP4a専用ロジックを実装しているので、3Dで多用される浮動小数点演算と並列可能であり、性能に大きな影響を与えることなくXeSSを使えるとのこと。
XeSSにNPUを活用するみたいな話は出ていませんが、今後のアップデートでできるようになったりするのかなぁ…

性能についてはXe-LP比で最大2倍。対AMDではRDNA3なAMD 780Mに追いつき、やや追い越したくらいになりました。
これは第11世代Tiger LakeでXe-LPがVegaに追いついて以来です。

AMDはNPU強化に舵を切っていて、次世代CPU(APU)は8コアから12コア(4P8E)に増量、グラフィックはRDNA3.5で現行の12CUから16CUに増量と、物量はパワーでくると言われています。
…また1年で引き離されるんだろうか…？

ちなみに「Intel Arc」を名乗れるのは、「デュアルチャネル接続で容量16GB以上のメインメモリを搭載」という条件を満たす必要があり、条件を満たせなければ「Intel Graphics」となります。

NPUについて

「Meteor Lake」ではIntel製品として初めて、NPUを組み込んでいます。

NPUのベースとなっているのは「Movidius Myriad Vision Processing Unit」。
Intelは2016年にMovidiusを買収し、「Neural Compute Stick 2」などを発売、第13世代「Raptor Lake」では外付けNPUとして使えるようになっていましたが、それがようやくCPU内臓となった形です。

明らかになっている範囲では、NPUの性能は11TOPS。CPUやGPUも含めると34TOPSとなります。
この数字は決して高いものとはいえず、例えばRyzen 7 7040シリーズがRyzen AI(NPU)で10TOPS、全体で33TOPSと同等レベル。Ryzen 8040シリーズでは16TOPS/39TOPSと性能を伸ばしています。

スマホ向けではもっと顕著で、Snapdragon 8cx Gen 3が全体で29TOPS、2024年投入予定とされるSnapdragon X Eliteに至っては単体45TOPS/全体75TOPSとなるそう。
ちなみにGeForce RTX 4090で661TOPS(int8/denseモード)、サービス大手が買いあさっているH100に至っては1513TOPS(同)に達します。

現状では、Core Ultra搭載ノートでローカル版のStable Diffusionが動く、くらいのデモしかなく(とはいえそれが一番分かりやすいのも事実)、何ができるか、どこまでできるかというのは模索の段階です。

こんな感じで使い方をまとめてみました的な表も用意されていますが、しばらくは決定版的な用途は出てこなさそう。

Raptor Lake Refresh-HXについて

本題はMeteor Lakeなのでさっくりと。
Core i9はコア数/スレッド数が変わりませんが、例えばCore i7-14700HXはCore i7-13700HX(16コア24スレッド)からEコアが増え、20コア28スレッドになりました。

Raptor Lakeの改良版という位置づけで、最大動作周波数の向上、最大メモリが第13世代の128GBから192GBに増量。Wi-fi 7やThunderbolt5への対応、オーバークロック機能が主なアップデートポイントです。

Thunderbolt5は40Gbps×4レーンで構成され、送受信に2レーンずつ、あるいは3レーンと1レーンに振り分けることができ、最大120Gbpsでのデータ転送ができるようになりました。
…最大64Gbpsのデータ転送ということでデバイスがいくらか登場し始めたOCuLinkが早々に消えそうな予感…！

まとめ

「Meteor Lake」は、構造・アーキテクチャ・製造プロセスに至るまですべてを刷新したと言えるCPUです。
第12世代でやり尽くした感があって、第13世代が地味なアップデートだっただけに、まだできることがこんなにあったんだなぁと。特にSoCタイルに入れてしまったLP Eコアは目から鱗でした。

タイルアーキテクチャを採用したことでCPUやグラフィックの組み合わせが柔軟になったことも大きいです。
今は新第1世代なので過去の資産がないに等しくなっていますが、今後世代を重ねるにつれ、Ryzen 7020シリーズのような旧世代CPU＋最新世代GPU(のコア数を減らしたもの)みたいな構成も登場しそう。

グラフィック性能がAMDに追いついたため、今年はIntelベースのゲーミングUMPCも増えそうですし、AI(NPU)の活用の仕方が手探りの間はシェアを取り戻すんじゃないでしょうか。

ラインナップ詳細