AMD Accelerated Processing Unit

AMD Accelerated Processing Unit (APU)とは

AMD APU（Accelerated Processing Unit）は、CPUとGPUを単一のチップに統合したプロセッサです。2006年からAMDによって開発が進められ、当初は「AMD Fusion」というコードネームで知られていました。この革新的なアプローチは、従来のCPUとGPUが別々のチップとして存在していた構成を大きく変え、より効率的なデータ処理を目指しています。AMDがATIを買収したことが、このAPU開発のきっかけとなりました。

APUの導入当初は「AMD Fusion APU」と表記されていましたが、2012年後半からは「APU」として一般的に呼ばれるようになりました。この統合プロセッサは、特にノートPCやモバイルデバイスにおいて、省電力性能と高いグラフィックス処理能力を両立させるために重要な役割を果たしています。

APUとHSA (Heterogeneous System Architecture)

GPUは、もともとグラフィックス処理に特化したプロセッサでしたが、プログラマブルシェーダーの登場以降、汎用計算の分野でもその能力を発揮するようになりました。GPUの並列処理能力を汎用計算に活用する試みはGPGPU（General-Purpose computing on Graphics Processing Units）として知られています。AMDは、自社のGPUを活用したストリームプロセッシング技術を開発し普及に努めていましたが、NVIDIAのCUDAが先行していました。

しかし、従来のCPUとGPUはメモリ空間が独立しており、データ転送に時間がかかることがボトルネックとなっていました。AMDは、この問題を解決するために「Fusion System Architecture (FSA)」構想を立ち上げ、CPUとGPUを物理的にも論理的にも統合することを目指しました。これにより、メモリ空間が統一され、CPU-GPU間のデータ転送にかかる手間を削減し、効率的なデータ処理を実現できます。

2012年以降、FSAは「Heterogeneous System Architecture (HSA)」へと名称が変更されました。HSAは、CPUとGPUが協調して動作する異種混在環境をターゲットにしたアーキテクチャです。AMDは、HSAの実装形態としてAPUを位置づけ、OpenCLのような標準API規格を推進しています。これにより、異なる種類のプロセッサが連携して処理を行うことが可能になり、より複雑な計算を効率的に実行できます。

Kaveri世代以降のAPUは、HSAの要素技術であるhUMA (heterogeneous Uniform Memory Access) に対応しており、CPUとGPU間のキャッシュコヒーレンシを実現しています。また、HSAIL (HSA Intermediate Language) という中間言語を使用することで、ハードウェアの違いを吸収し、さまざまなプログラミング言語でHSA環境を活用できます。

他社製品への影響

Intelも、AtomやWestmere世代からCPUにGPUを内蔵し、Sandy Bridge世代以降では内蔵GPUの性能を大幅に向上させました。現在では、内蔵GPUは標準的な機能となっています。NVIDIAも、自社GPUをARMプロセッサと統合したTegraシリーズを開発しています。

GPGPUの性能を追求する場合、単体GPU（dGPU）とCPUの組み合わせが依然として有利ですが、APUのような統合製品は、省電力性能やワットパフォーマンスに優れており、ノートPCやモバイル環境に適しています。ゲーム機市場でも、Xbox OneやPlayStation 4|PlayStation_4にAPUが採用されるなど、コスト削減の面からもその需要が高まっています。

AMD APUの製品ロードマップ

以下に、デスクトップPCおよびノートPC向けの主なAPU製品を世代ごとに紹介します。

パフォーマンスコア

K10世代
Llano (2011年6月): CPUアーキテクチャはK10改良版、GPUアーキテクチャはVLIW5。

Piledriver世代
Trinity (2012年5月): CPUアーキテクチャはPiledriver、GPUアーキテクチャはVLIW4。
Richland (2013年3月): Trinityのマイナーチェンジ版。

Streamroller世代
Kaveri (2014年1月): CPUアーキテクチャはStreamroller、GPUアーキテクチャはGCN（第二世代）。HSAに対応。
Godavari (2015年5月): Kaveriのマイナーチェンジ版。

Excavator世代
Carrizo (2015年6月): CPUアーキテクチャはExcavator、GPUアーキテクチャはGCN（第三世代）。SoC化。
Bristol Ridge (2016年6月): Carrizoのマイナーチェンジ版。
Stoney Ridge (2016年6月): Carrizo-Lの後継。

Zen世代
Raven Ridge (2017年10月): CPUアーキテクチャはZen、GPUアーキテクチャはGCN（第五世代）。
Dali (2020年1月): Raven Ridgeのマイナーチェンジ版。
Pollock (2020年8月): Raven Ridgeのマイナーチェンジ版。
Picasso (2019年1月): CPUアーキテクチャはZen+、GPUアーキテクチャはGCN（第五世代）。

Zen 2世代
Renoir (2020年1月): CPUアーキテクチャはZen 2、GPUアーキテクチャはGCN（第五世代）。
Lucienne (2021年1月): Renoirのマイナーチェンジ版。
Mendocino (2022年9月): CPUアーキテクチャはZen 2、GPUアーキテクチャはRDNA 2。

Zen 3世代
Cezanne (2021年1月): CPUアーキテクチャはZen 3、GPUアーキテクチャはGCN（第五世代）。
Barcelo (2022年1月): Cezanneのマイナーチェンジ版。
Rembrandt (2022年1月): CPUアーキテクチャはZen 3+、GPUアーキテクチャはRDNA 2。

Zen 4世代
Raphael(2022年8月): CPUアーキテクチャはZen 4、GPUアーキテクチャはRDNA 2。
Dragon Range(2023年1月): CPUアーキテクチャはZen 4、GPUアーキテクチャはRDNA 2。
Phoenix(2023年1月): CPUアーキテクチャはZen 4/Zen 4c、GPUアーキテクチャはRDNA 3、NPUを搭載。
Hawk Point(2023年12月): Phoenixのマイナーチェンジ版。

Zen 5世代
Granite Ridge(2024年6月): CPUアーキテクチャはZen 5、GPUアーキテクチャはRDNA 2。
Fire Range(2025年1月): CPUアーキテクチャはZen 5、GPUアーキテクチャはRDNA 2。
Strix Halo(2025年1月): CPUアーキテクチャはZen 5、GPUアーキテクチャはRDNA 3.5、NPUを搭載。
Strix Point(2024年6月): CPUアーキテクチャはZen 5/Zen 5c、GPUアーキテクチャはRDNA 3.5、NPUを搭載。
Krackan Point(2025年1月): CPUアーキテクチャはZen 5/Zen 5c、GPUアーキテクチャはRDNA 3.5、NPUを搭載。

低消費電力コア

Bobcat世代
Zacate/Ontario/Desna/Hondo (2011年1月): CPUアーキテクチャはBobcat、GPUアーキテクチャはVLIW5。

Jaguar世代
Kabini/Temash (2013年5月): CPUアーキテクチャはJaguar、GPUアーキテクチャはGCN（第二世代）。SoC化。

Puma世代
Beema/Mullins (2014年4月): CPUアーキテクチャはPuma、GPUアーキテクチャはGCN（第二世代）。
* Carrizo-L(2015年5月): Beemaのマイナーチェンジ版。

関連技術と競合製品

APUの登場は、CPUとGPUの統合という新しい潮流を生み出しました。AMDだけでなく、IntelやNVIDIAもそれぞれ独自の統合プロセッサを開発しており、競争が激化しています。

AMD APUは、HSAというアーキテクチャによって、CPUとGPUの連携をより密接にし、効率的なデータ処理を可能にしました。OpenCLのような標準API規格も、異種混在環境でのプログラミングを容易にする役割を果たしています。

結論

AMD APUは、CPUとGPUの統合という革新的なアプローチによって、コンピュータアーキテクチャの新たな可能性を切り開きました。省電力性能と高いグラフィックス処理能力を両立させ、モバイルデバイスからゲーム機まで、幅広い分野で利用されています。今後もAPUの進化は続き、より高度な計算処理能力と効率的なデータ処理が期待されます。

この記事が、AMD APUの理解に役立つことを願っています。

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