Core Ultraプロセッサ（シリーズ3）の「Xe3 GPU」の全体像を解説　完全な新世代ではないものの用途に合わせた最適化がポイント

　Intelが2025年末に一部製品をリリースする予定の「Core Ultraプロセッサ（シリーズ3）」（開発コード名：Panther Lake）について、米アリゾナ州フェニックスで開催された報道関係者向けイベント「Intel Tech Tour 2025」で技術的概要を解説した。ITmedia PC USERでは、これまでにPanther Lakeの全体概要とCPUコアについて解説してきた。

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　今度は、Panther LakeのGPUコアについて2回に分けて“深掘り”していく。今回はGPUアーキテクチャの概要をチェックしよう。

●Xe3アーキテクチャは「Battlemage」の拡張版……？

　Panther LakeのCPUコア（Computeタイル）は、Core Ultraプロセッサ（シリーズ2）から基本的アーキテクチャをあまり変えず、物理設計をIntel 18Aプロセスでやり直し、省電力性能に振ったチューニングを施した。ある意味で「低電力×高性能」のバランスを重視した設計といえる。

　一方、GPUコア（GPUタイル）はどうなのだろうか？

　まず、Panther LakeのGPUコアは新しい「Xe3アーキテクチャ」を採用しており、プロモーション上はこのGPUを「Xe3 GPU」と呼称している。全体概要やCPUコア解説でも触れた通り、Panther Lakeは大きく「8コアCPU＋4コアGPU」「16コアCPU＋4コアGPU」「16コアCPU＋12コアGPU」と3種類のパッケージを用意しているが、4コアのGPUタイルは自社の3nm相当プロセス「Intel 3」で、12コアのGPUタイルはTSMCの3nm相当プロセス「N3E」で生産されている。

　コアの数によって製造プロセスが異なることが特徴の1つだ。

　近年のIntelのGPUアーキテクチャは開発コード名がファンタジーRPGのクラス（職業）名にちなんだものになっている。最初の「Alchemist」（錬金術師）は2022年に登場し、「Intel Arc Aシリーズ」という独立GPUとしてリリースされた。Core Ultraプロセッサ（シリーズ1）（開発コード名：Meteor Lake）やCore Ultraプロセッサ 200U／200H／200HX／200Sプロセッサ（開発コード名：Arrow Lake）に内蔵されたGPUもAlchemistの系譜の延長線上にある。

　続いて登場したのが、2024年リリースの「Battlemage」（魔闘士？）こと「Xe2アーキテクチャ」だ。こちらは「Intel Arc Bシリーズ」として独立GPUがリリースされた後、Lunar Lakeの内蔵GPUとしても採用された。ここまでが、現時点で製品化されたものになる。

　では、今回のXe3 GPUは、次世代の「Celestial」（天上導師）の系譜の上に置かれたものなのだろうか……？

　ピーターセン氏によると、Intelでは「単体（独立）GPUのブランド名と、CPU統合型GPU（内蔵GPU）の名称は意識して連動させていない」という。独立GPUと内蔵GPUに求められる機能や性能特性が異なるからだ。ここまでうまく連動していたのは「たまたま」だという。「ややこしくて申し訳ない」とも述べた。

　ピーターセン氏がアーキテクチャ名（プロモーション名）と開発コード名の“連動性”にわざわざ言及したのには理由がある。Xe3 GPUは、次世代のCelestialを採用していないからだ。　

　Intelが提示したスライドを見る限り、Xe3アーキテクチャはIntel Arc Bシリーズ（Battlemage）の系譜にあるように見える。しかし、説明されたのはあくまでも「Xe3≠Celestial」ということだけだ。「Celestialから一部要素を省いたもの（Celestial Light）」である可能性も、完全には否定できない。

　競合であるAMDは、最新のAPU（GPU統合型CPU）である「Ryzen AI 300シリーズ」において、独立GPUにも使われる「RDNA 3アーキテクチャ」をベースとしつつ、部分的な拡張を行った「RDNA 3.5アーキテクチャ」のGPUコアを統合している。元のアーキテクチャに「0.5」をプラスしている。

　Panther LakeにおけるXe3アーキテクチャがRDNA 3.5アーキテクチャと似た発想に立ったと仮定すると、筆者としてはXe3アーキテクチャはCelestial Lightではないかと考える（根拠は後述する）。

●Xe3で構造が変わった「レンダースライス」　一体なぜ？

　近年のIntel GPUは、一番大きな塊として「レンダースライス（Render Slice）」があり、この中に演算器などを内包する「Xeコア」を複数基搭載するという階層構造になっている。Xeコアの中には、単位ベクトル演算器として「Xe Vector Engine（XVE）」が複数配列されている。

　これらの用語を、NVIDIAのGPUに置き換えて説明すると以下の通りとなる。

・レンダースライス≒GPC（Graphics Processing Cluster）

・Xeコア≒SM（Streaming Mulitiprocessor）

・XVE≒CUDA（Compute Unified Device Architecture）コア

　ここで、Meteor LakeにおけるXe GPU（Alchemistベース）と、Lunar LakeのXe2 GPU（Battlemageベース）、そしてPanther LakeのXe3 GPUのレンダースライスを比較してみようと思う。ここではXe3 GPUについては12コア仕様で説明するが、4コア仕様では少し話が異なるポイントがあるので、後ほどフォローする。

　レンダースライスは、ミニGPUを複数内包した「GPUクラスター」ともいえる塊だ。NVIDIAのGPUならGPC、AMDのGPUでは「シェーダーエンジン（Shader Engine）」または「シェーダーアレイ（Shader Array）」に相当する。

　Intelにおいて、このような「ミニGPUのクラスター」的な考え方を採用したのはXeアーキテクチャが初めてだ。それ以前にも「サブスライス（Subslice）」という概念はあったものの、Xeコアに相当するものだ。強いて説明するなら、サブスライスは「レンダースライス1基」ということになる。

　XeとXe 2のレンダースライスを比較すると、1基当たり4基のXeコアを内蔵していることに注目すると、変化が少ないように思える。しかし、変化が全くないわけではない。搭載するXVEの数が16基から8基に削減されている……のだが、これは能力の劣化を意味しない。

　実は、XVEにおけるSIMD（Single Instruction／Multiple Data：並列処理を行う手法の1つ）の実行レーン数が、Xe GPUの8レーン（SIMD8）から16レーン（SIMD16）に倍増しているのだ。そのため、以下の通り論理的な演算能力は変わりない。

・Xe GPUのXeコア1基当たりの演算器：SIMD8×16XVE＝128基

・Xe2 GPUのXeコア1基当たりの演算器：SIMD16×8XVE＝128基

　筆者は、この方針転換を「処理できるスレッド数を半分にする代わりに、一度にこなせる演算密度を増やした」と解釈している。

　もう少し具体的に、実際の3Dグラフィックス描画における違いで説明すると、Xe GPUは「たくさんのシェーダープログラムを動かす」ことに重きを置いたのに対して、Xe2 GPUは「複雑なシェーダープログラムを短時間で終える」ことを重視したともいえる。あるいは、「4K（3840×2160ピクセル）といった高解像度ゲーミングは最初から想定せずに割り切った」と捉えることもできる。

　ここでXe3 GPU（12コア仕様）のブロックダイアグラムを見てみると、Xe／Xe2 GPUと比べて分かりやすい違いがある。それはレンダースライス1基当たりのXeコアの数が4基から6基に増えたことだ。

　これを踏まえて下に掲載したXe3 GPU（12コア仕様）の全体図を見てみよう。レンダースライスは2基あるので、Xeコアは6基×2＝12基構成となる。

　しかし、ここで疑問が湧く人もいるはずだ。Xeコアを12基にするなら、レンダースライスのXeコアを4基に据え置いて「Xeコア4基×レンダースライス3基＝Xeコア12基」という構成にしても良かったのではないだろうか。

　確かに、レンダースライスは2基構成よりも3基構成にした方が、処理の並列度は上がる。しかし、独立GPUと比べると内蔵GPUはメモリ帯域が狭いため、並列度を高めて複数のレンダースライスでピクセル色を演算できても、それをメモリへ書き出す部分、いわゆる「ROP（Rendering Output Pipeline）」がボトルネックになって効率的に出力できない（IntelではROPを「PiXel Backends」と呼んでいる）。

　では逆に、なぜXe3 GPU（12コア仕様）ではレンダースライスを2基構成にしたのだろうか。答えはシンプルで、16MBのL2キャッシュでボトルネックを解消（というか低減）できるからだ。

　となると、今度は「L2キャッシュをもう少し大きくすれば、レンダースライスを3基構成にもできたのではないか？」という疑問も浮上する。それは確かにその通りなのだが、「できるけどあえてそうしなかった」のだと推測している。

　SRAMによる大容量キャッシュは、どうしてもチップ上で大きな面積を専用する（SRAMはプロセス微細化の恩恵を受けづらい）上に、電力消費と発熱も大きくなりがちだ（アイドル時にもリーク電流が大きいため）。要するに、現状の「レンダースライス×2基＋L2キャッシュ16MB」という仕様がベストバランスだと判断したのだろう。

　実は、AMDもAPUに内蔵するGPUにおいてIntelと似た判断をしており、せいぜい毎秒100GBクラスのメモリ帯域を想定して多くのモデルでGPUクラスタを1〜2基にとどめている。最大パフォーマンスを引き出すため、内蔵GPUの設計者は「メモリ帯域」と「キャッシュ容量」のバランスに頭を悩ませているのだ。

　余談はさておき、この「1基のレンダースライスにXeコアが6基」という仕様は、過去のAlchemistはもちろん、Battlemageでも見られなかった。筆者は、この構成が次期アーキテクチャであるCelestialで採用されるのではないかと見ている。ゆえに、Xe3 GPUはCelestial Lightなのではないかと考えた次第である。

●ピーク性能は12コア仕様で「Xbox One X」超

　ここで、Xe3 GPUの理論性能値を求めてみよう。下の資料にもあるように、Xe3 GPU（12コア仕様）の8bit整数（INT8）時のピーク性能は120TOPS（毎秒120兆回）と公開されている。

　これはXe系GPUに内蔵されている推論アクセラレーター「Xe Matrix Extensions（XMX）」の値で、XMXは「1クロック当たり4096OPS」という性能値も公開されているので、ここから最大動作クロックを以下の式で逆算できる。

　12（Xeコアの数）×4096（OPS）×F（GHz）＝120TOPS　F＝120TOPS÷12÷4096＝2.44GHz

　最大動作クロックが分かれば、プログラマブルシェーダー全体の理論性能も以下の通り計算可能だ。

　12（Xeコアの数）×8（XVEの数）×16（SIMD16演算）×2FLOPS（積和算）×2.44（GHz）≒7.5TFLOPS

　これまで、Intelの内蔵GPUの理論性能値は、Meteor Lakeの約4.61TFLOPSが最大だった。計算上、Panther Lakeはそれを約1.6倍上回る性能を備えることになる。

　据え置きゲーム機の内蔵GPUと比較すると、「Xbox One Series X」の6TFLOPSを超えている。なかなかの高性能ぶりだ。MSIがこれを使ったポータブルゲーミングPCを出してくるかもしれない（あくまで予想だが）。

4コア構成でも案外強い　ピーク性能は「プレイステーション4」を超える

　さて、ここで後回しにしてきた4コア仕様のXe3 GPUについても見てみよう。

　4コア仕様の場合、1基のレンダースライスに2基のXeコアを備えており、これを2基搭載している。なのでXeコアは2基×2＝4基構成となる。動作クロックを2.44GHzとして理論性能値を求めると、以下の通りだ。

　 4（Xeコアの数）×8（XVEの数）×16（SIMD16演算）×2FLOPS（積和算）×2.44（GHz）≒2.5TFLOPS

　動作クロックが高いこともあって、想像よりもだいぶ高い性能だ。なにしろ、PlayStation 4の内蔵GPUのピーク性能（1.84TFLOPS）を上回っているのだから。

　最新の大作3Dグラフィックスゲームは無理だとしても、シンプルなビジュアルのゲームは普通にプレイできるだろう。

　次回は演算器であるXVEやXMX、レイトレーシング処理を担う「レイトレーシングエンジン」をもっと深掘りしつつ、Xe3 GPUの全般的な改良ポイントをさらに深掘りしていく。