アンコア

「アンコア」とは、インテルがマイクロプロセッサのコアには搭載されていないが、高性能を実現するためにコアと密接に接続する必要がある機能を表すために使用する用語である。 [ 1 ] Sandy Bridgeマイクロアーキテクチャのリリース以来、 「システムエージェント」と呼ばれている。[ 2 ]

詳細

一般的なプロセッサコアには、 ALU、FPU、L1キャッシュ、L2キャッシュなど、命令実行に関わるプロセッサコンポーネントが含まれています。一方、Uncoreの機能には、QPIコントローラ、L3キャッシュ、スヌープエージェントパイプライン、オンダイメモリコントローラ、オンダイPCI Expressルートコンプレックス、Thunderboltコントローラが含まれます。[ 3 ] SPIやLPC などのその他のバスコントローラはチップセットの一部です。[ 4 ]

Intel Uncoreの設計は、ノースブリッジとしてその起源を辿っています。Intel Uncoreの設計では、コアにとって重要な機能を再編成し、それらをダイ上で物理的にコアに近づけることで、アクセスレイテンシを削減しています。

具体的には、 Intel Uncoreのマイクロアーキテクチャは、複数のモジュールユニットに分割されています。Uncoreとコアの主なインターフェースは、いわゆるキャッシュボックス（CBox）です。CBoxは、ラストレベルキャッシュ（LLC）とのインターフェースとなり、キャッシュコヒーレンシの管理を担います。複数の内部および外部QPIリンクは、PBoxと呼ばれる物理層ユニットによって管理されます。PBox、CBox、および1つ以上のiMC（MBox）間の接続は、システム構成コントローラ（UBox）とルーター（RBox）によって管理されます。[ 5 ]

インテルのアンコアからシリアルバスコントローラを削除すると、アンコアクロック（UCLK）をベース2.66GHzで動作させ、オーバークロックの限界を3.44GHz以上にすることで、パフォーマンスをさらに向上させることができます。[ 6 ]このクロックレートの向上により、コアは重要な機能（ IMCなど）に大幅に少ないレイテンシでアクセスできるようになり、通常、DRAMへのコアアクセス時間が10ns以上短縮されます。

更新されたスコープとコンポーネント

最新のIntelマイクロアーキテクチャ（Ice Lake、Tiger Lake、Alder Lake、Raptor Lakeなど）では、アンコアにますます多くの機能が統合されています。具体的には以下のとおりです。

  • キャッシュとメモリサブシステム：ラストレベルキャッシュ（LLC）と統合メモリコントローラがアンコアの中核となり、DRAMへの高帯域幅・低レイテンシのアクセスをサポートします。ダイナミックアンコア周波数スケーリングにより、パフォーマンスと消費電力のバランスが保たれます。
  • インターコネクトとI/Oコントローラ： QuickPathインターコネクト（QPI）、Ultra Pathインターコネクト（UPI）、ダイレクト・メディア・インターフェース（DMI）などの高速インターコネクトは、コアと他のコンポーネントを接続します。新しいプロセッサでは、オンダイPCI Expressルートコンプレックス、Thunderboltコントローラ、その他の周辺インターフェースもアンコアに統合されています。
  • 高度なシステム機能：最新のアンコア設計には、統合グラフィックスサポート、ワイヤレス接続（例：Wi-Fi 6/6E、さらには次期モデルではWi-Fi 7）、専用のセキュリティおよび電源管理エンジンなどの追加機能が搭載されています。最近のアーキテクチャの中には、従来のアンコア機能とニューラル処理コンポーネントを組み合わせることで、AIワークロードを高速化する機能も搭載されています。

モジュラーアーキテクチャとクロッキング

高いパフォーマンスを実現するために、Intel のアンコアはモジュール式ユニットに編成されています。

  • キャッシュ ボックス ( CBox )は LLC とインターフェイスし、キャッシュの一貫性を管理します。
  • 物理層ユニット ( PBox )は複数の高速リンクを管理します。
  • システム構成コントローラ ( UBox )やルーター ( RBox )などのコントローラは、コアとさまざまなアンコア コンポーネント間のデータ転送を調整します。

最新設計の重要な特徴の一つは、アンコアクロック（ UCLK ）の高い動作周波数です。例えば、現在の多くのプロセッサは、アンコアを約2.66GHz（オーバークロック時は3.44GHz以上）の基本周波数で動作させ、コアとメモリコントローラなどの重要な機能間のアクセスレイテンシを低減しています。動的なアンコア周波数スケーリングを含む高度な電力管理は、特にエネルギー効率と高速応答の両方が求められる最新のワークロード（異機種混在CPU-GPUアプリケーションを含む）にとって不可欠となっています。

現代のマイクロアーキテクチャにおける進化する役割

近年、「コア」と「アンコア」の区別は曖昧になってきています。プロセス統合の進歩により、従来の設計では分離されていた機能がより緊密に統合されるようになりました。

ハイブリッド アーキテクチャ (Alder Lake 以降など) では、システム エージェントに統合グラフィックスや追加の I/O ロジックなどの要素が組み込まれるようになりました。

AI アクセラレーション機能と高度な接続コントローラーをアンコアに統合することで、現代のアプリケーションの需要の高まりを反映しています。

これらの機能強化は、重要な機能を物理的にコアの近くに配置することでレイテンシを削減するだけでなく、エネルギー効率も向上させます。動的なスケーリングと高度な電力状態管理により、最新のアンコア設計は、全体的な電力消費を抑えながら、多様なワークロードにわたってパフォーマンスを最適化します。

参考文献

  1. ^ 「Ultrabook、スマートフォン、ラップトップ、デスクトップ、サーバー、組み込み - Intel」 Intel.com 2014年1月21日閲覧。
  2. ^ Anand Lal Shimpi (2010年9月14日). 「IntelのSandy Bridgeアーキテクチャが暴露される」 . AnandTech . 2010年9月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。2015年7月15日閲覧。
  3. ^ 「開発者向けThunderbolt™テクノロジー」 Intel.com、2014年1月13日。 2014年1月21日閲覧。
  4. ^ 「Nehalem: The Unwritten Chapters」 . AnandTech. 2009年6月1日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2014年1月21日閲覧。
  5. ^ 「Intel(R) Xeon(R) プロセッサー 7500 シリーズ Uncore プログラミング・ガイド」(PDF) . 2014年1月30日閲覧。
  6. ^ Yus, Carlos (2011年1月27日). 「HighPerformanceSystems: Intel Sandy Bridge 4.0、4.4、4.6GHzの仕様外。更新 – H​​ighPerformanceSystems」 . Highperformancesystems.blogspot.com . 2014年1月21日閲覧。

追加参考文献

「開発者向けThunderbolt™テクノロジー」Intel.com。2025年3月30日閲覧。

Anand Lal Shimpi、「Intel の Sandy Bridge アーキテクチャの公開」、AnandTech、2010 年 9 月 14 日。更新された情報は、以降のアーキテクチャのレビューで入手できます。

「インテル® Xeon® プロセッサー Uncore プログラミング・ガイド」Intel.com。2025年3月閲覧。

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