Intel Gear Mode の謎を解く

AM の話をしているときに Intel Gear Mode という言葉を耳にすることがあると思いますが、それが実際にはどのようなもので、システムパフォーマンスにどんな影響を与えるのでしょうか。

ntel Gear Mode は、CPU 内部のメモリコントローラのクロック速度とメモリモジュールのクロック速度の比率のことです。基本的に、CPU のメモリコントローラが RAM と通信する速度を決定します。これにより、より高いメモリ速度とさまざまなメモリキットとの互換性を実現するための柔軟性が向上します。

Gear Mode が導入されたのは、DDR4 メモリの速度が向上することで、CPU 内の統合メモリコントローラ (IMC) が、特にオーバークロック時に、より高い周波数で安定性と電力効率を維持するのに苦労し始めたためです。この問題に対処するために、Intel は 2021 年から第 11 世代「Rocket Lake」プロセッサーに Gear Mode を導入しました。これにより、メモリと IMC が異なるクロック速度で動作し、システムの安定性を維持しながら高速 RAM をサポートできるようになりました。

デフォルトでは、BIOS が自動的に適切な Gear Mode を選択しますが、ユーザーは必要に応じて、手動で調整できます。高速に達するオーバークロック (Gear 1 で 3600MT/秒、Gear 2 で 9000MT/秒) は、プロセッサーとメモリ間の信号の安定性を確保するために高品質な CPU とマザーボードが必要になります。

Gear Mode の仕組み

Intel Gear Mode は、メモリコントローラ (IMC) とシステムメモリのクロック速度を分離し、高い RAM 周波数で柔軟性と安定性が向上します。

• Gear 1: IMC と メモリ は同じ周波数で動作する
  例：DDR4-3200 (1600MHz) → IMC が 1600MHz で動作
• Gear 2: IMC はメモリ周波数の半分の速度で動作する
  例：DDR5-9000 (4500MHz) → IMC が 2250MHz で動作する
• Gear 4: IMC はメモリ周波数の 1/4 の速度で動作する
  例：DDR5-9600 (4800MHz) → IMC が 1200MHz で動作する

この分割により、IMC に対する電気負荷と熱負荷が低減し、低電圧でのメモリ速度の向上がサポートされます。ただし、メモリのレイテンシが発生し、ワークロードに応じて全体的なシステムパフォーマンスが影響を受ける可能性があります。

Gear 1 メモリ周波数: 3200MT/秒 (1600MHz) IMC 周波数: 1600MHz
Gear 2 メモリ周波数: 9000MT/秒 (4500MHz) IMC 周波数: 2250MHz
Gear 4 メモリ周波数: 9600MT/秒 (4800MHz) IMC 周波数: 1200MHz

DDR (Double Data Rate) memory transfers data on both the rising and falling edges of each clock cycle, the data transfer rate in MT/s (Megatransfers per second) is effectively twice the clock rate in MHz (Megahertz).

Gear Mode はどのようにシステムパフォーマンスに影響を与えるのか

• メモリ帯域幅:CPU のデータの読み込み/書き込み最大速度
  
  • メモリ帯域幅 = メモリ周波数 x バス幅
  • 例：デュアルチャネルマザーボードに取り付けられた 2x DDR5-6400 モジュール
    
    • 6400MTs x 8 バイト (64 ビット) = 51.2 Gb/秒 (1 チャネル)
    • 2 つのモジュールと 2 つのメモリチャネルを使用しているため、51.2 GB/秒 x 2 = 102.4 GB/秒の最大メモリ帯域幅を取得できます。
• レイテンシ:メモリについて説明すると、レイテンシとは CPU が RAM からデータをリクエストしてからそのデータが CPU で使用できるようになるまでの遅延のことです

Gear Mode 2 や 4 にシフトすると、IMC がボトルネックとなります。これは、IMC がメモリ速度の一部でしかデータを処理できないためです。このボトルネックは高い (長い) レイテンシの原因となり、場合によっては、低レイテンシの低速 Gear Mode を維持するほうが良い場合があります。一人称シューティングゲームの場合、1 秒当たりのフレーム数が多くなり、入力の低遅延が重要になるため、広い帯域幅より低レイテンシを優先するでしょう。ワークロードが AI、動画編集、3D レンダリング、または応答性よりスループットがより重要なアプリケーションに焦点を当てている場合、レイテンシよりもメモリ帯域幅を優先すると有効です。

Gear 2 の DDR5-8800 とGear 4 の DDR5-9600

これで、Gear Mode に関する集中講座は終了です。いくつかの AIDA64 のベンチマークを見て、2 つの異なる周波数で実行されるメモリが Gear Mode からどのような影響を受けるかを比較してみましょう。

ベンチマークシステム
マザーボード：ASUS ROG Maximus Z890 APEX (BIOS v1801)
プロセッサー：Intel Core Ultra 7 265K
メモリ:48GB (2x24GB) DDR5-8800 CUDIMM
対 48GB (2x24GB) DDR5-9600 CUDIMM

この比較では、両方のテストで同じ DDR5-8800 メモリを使用しました。一貫性を確保するために、2 回目のベンチマークでは、9600MT/秒にオーバークロックしました。これにより、Gear Mode の影響を隔離し、DRAM 自体を一定に保つことができます。この結果から、ほとんどのケースのパフォーマンスにおいて、8800MT/秒のキットが 9600MT/秒のキットより優れていることがわかります。

高周波数にもかかわらず、Gear 4 で実行されている DDR5-9600 設定が、Gear 2 の DDR5-8800 設定と比較するとほとんどのエリアでパフォーマンスが低下します。理由:

• IMC ボトルネック: Gear 4 では、メモリコントローラはメモリ速度の 1/4 の速度で動作し、使用可能な帯域幅の完全に利用する機能が制限されます。
• レイテンシの影響DDR5-8800 設定には、約 14% 低いレイテンシがあり、ゲームなどのアプリケーションの応答性では最も重要です。
• ベンチマーク対効率性DDR5-9600 はわずかにコピー速度が優れていますが、レイテンシ増加と IMC のボトルネックにより全体的なパフォーマンスは低下します。

簡単に説明すると、理論速度がすべてではないということです。低レイテンシと優れた IMC 効率性は多くの場合、特にレイテンシに影響を受けるタスクにおいて、より明確なパフォーマンスのメリットを提供します。

まとめ

Intel の Gear Modeは、メモリ技術の進化に応じて、メモリ速度とシステム安定性のバランスを取る方法を提供します。メモリ周波数からメモリコントローラを分割することで、Gear Mode は信頼性を損なうことなく CPU が高速 RAM をサポートできるようにします。ただし、これには、特にレイテンシにおいて、トレードオフが生じ、ワークロードに応じて現実世界のパフォーマンスが重大な影響を受けます。DDR5-8800 と DDR5-9600 で示したように、ベンチマーク、Gear 4 のメモリ速度の向上は、レイテンシ増加と IMC のボトルネックにより、常にパフォーマンスが向上しているとは限りません。ゲーマーおよびレイテンシ重視のユーザーにとって、わずかに低い周波数の Gear 1 とGear 2 は応答性が向上する可能性があります。一方、帯域幅を大幅に消費するアプリケーションで作業するプロフェッショナルは、Gear 2 と Gear 4 の高速メモリからより大きなメリットを受ける可能性があります。Gear Mode がパフォーマンスに与える影響を理解することで、適切なメモリ構成を選択して、システムの可能性を最大限に高めることができます。

Gear 2 の DDR5-8800 CL46

Gear 4 の DDR5-8800 CL46