Core i7-6700K全方位レビュー その1
～CPUコアとメモリ性能～

マイクロアーキテクチャ改良でAVX系処理性能が大幅に向上

　SkylakeではCPUのマイクロアーキテクチャに大きな改良を加え、クロックあたりの性能を向上させている。その内容は8月18日（現地時間）からサンフランシスコで行なわれたIDF2015でようやく公開されたが、その内容は下に簡単にまとめた。

Skylakeアーキテクチャの主なポイント

第6世代Coreシリーズのブロック図

　Skylakeも歴代のCPUと同じく、プログラムされたx86系命令を内部命令に変換し、アウトオブオーダーで（命令の並びを無視して）実行するスーパースカラ型の基本構造を採る。HaswellではAVX2をサポートしたこともあって内部命令変換後の部分を拡張し、並列実行性能を拡張させた。

　今回は内部命令変換前の段階（フロントエンド）部分を拡張して命令取り込み性能を向上させるアプローチをメインに、アウトオブオーダー部のバッファ増量や、キャッシュ構造の改良によるデータロードや実行結果の書き出しも高速化して効率化を図っている。

　ここでは、こうした改良がクロックあたりの性能をどのくらい向上させたかをベンチマークテストで検証していこう。世代間の比較を主目的としているため、もっともクロックが低いCore i7-5775Cに合わせて、4コアとも3.3GHzに固定した状態でのテストも行なっており、その結果を中心に見ていく。

　Sandraのプロセッサーの性能テストは、整数演算や浮動小数点演算における実行ユニットの基本的な処理性能を見るためのものだ。ストレージやグラフィックスはもちろん、2次以降のキャッシュやメモリの性能もまず影響しない。結果は、整数演算性能ではHaswell/Broadwellよりも14％弱向上した一方、浮動小数点演算では、Haswellからの改良が入ったBroadwellには若干見劣りしている。

　Sandraのマルチメディア処理は、AVX/SSE系のSIMD演算の処理性能を見るためのテストだが、こちらははっきりと旧世代からの進化が分かる。HaswellとBroadwellは似たようなスコアだが、それに対し、Skylakeでは整数演算系の項目で3割以上と大きく性能が向上しているほか、FMAを含む浮動小数点演算も2割以上向上した。

　Sandraの暗号処理（AES256）でも、SkylakeはHaswell/Broadwellに比べて約35％も性能が向上している。暗号化処理命令の実行性能のほか、キャッシュやメインメモリ性能の影響も大きく、それが出ているのだろう。

リングバス構造も改良　キャッシュも高速化

　Sandraのキャッシュとメモリーでは、転送データのブロックサイズを逐次変えてテストすることでキャッシュやメモリ性能を計測する。これを見ると、1次データ、2次、3次（LLC）いずれも旧世代から高速化しており、とくに2次と3次キャッシュは40％以上高速化している。

　3.3GHzに統一した状態での折れ線グラフを見るとそれがよく分かる。

DDR4メモリの効果は確かにある
実アプリではなかなか違いが分かりにくいが、基本的な処理性能を見ていくと、メモリ高速化の効果はそれなりに大きいことが分かる

　メモリーレイテンシは、2次キャッシュまではまったく変わっていないが、3次キャッシュ一杯のデータ量である8MBでSkylakeのレイテンシが低い。理由は不明だが、何かしらキャッシュ管理が効率化された可能性はある。Skylakeについては、1GB、つまりメインメモリのレイテンシの低さも興味深い。

　DDR4-2133（CL＝15）とDDR3-1600（CL＝11）はサイクルタイムで比較すると若干後者のほうが短いのだが、はっきりSkylake＋DDR4のほうが低いのは、メモリコントローラレベルでアクセスが効率化されている可能性がある。メモリ帯域については、PC4-17000とPC3-12800、利用したメモリの帯域差がそのままストレートに反映されている。

　最後にアプリケーションレベルの比較を見てみよう。同一クロックに合わせて比較しても、CINEBENCH R15、PCMark 8、どちらのテストでもHaswellよりBroadwell、BroadwellよりもSkylakeのほうがはっきり高速化されていることが分かる。

オーバークロック耐性をチェック

CPUクロックがベースクロック×倍率で生成されるのは同じだが、PCI Expressクロックがベースクロックから独立して作られるようになった

　クロックあたりの性能が高いSkylakeだが、14nmプロセスルールで製造されていることやCPU内蔵レギュレータ（FIVR）が廃止されたことなどから動作クロックを伸ばしやすい要素があり、OC面でも期待されている。

　今回、Core i7-6700Kで倍率変更によるOCを軽く試してみたところ、電圧1.585V（定格では1.25V前後）まで上げて4.8GHzでのベンチマークテスト完走が確認できた。今回はミドルクラスのCPUクーラー（サイズ 虎徹）を利用したが、冷却を強化すればさらに行けそうな感触も受けた。

　なお、Skylakeプラットフォームでは、システムのクロック体系が変更された。PCI Expressのクロックがベースクロックから独立したため、PCI Expressの動作に影響がなくなったのはメリットだ。

4.8GHzへのOCに成功！

今回のテストでは、1.585Vで4.8GHzでのCINEBENCH R15完走を確認できた

[Text by 鈴木雅暢]