サーマルスロットリング。私たち（ほとんどの人）は今までその意味を知らなかった、アングロサクソンの言葉の一つ。理由は明らかで、昨年 7 月 17 日、YouTuber の Dave Lee (友人たちには Dave2D) が、i9 プロセッサーを搭載した新しい MacBook Pro 2018 でレンダリングすると、そのタスクの実行に i7 搭載モデルよりも時間がかかるという憂慮すべきビデオを公開したことから始まりました。前世代のプロセッサ。
しかし、嵐の真っ只中、またはすべてのデータが揃っていない状態で結論や評決を下すと、通常は間違いが発生することがあります。そのため、私の場合は冷静に判断することを好みました。私は調査をしていましたが、ユースケースについての 1 回のテストだけでは結論に達するのに不十分と思われたため、他の専門家がこの機器でさらにテストを行うのを待ちました。最終的に、先週末にこのテーマについて話しているポッドキャストをリリースしました。クオンダ。その中で、サーマル スロットリングとは何か、機器設計の問題、ソフトウェアの問題 (これも存在します)、および各使用例に対する一連の推奨事項について技術的に説明します。 ここ IphoneFocus.clickでは、私の同僚の Pedro Santamaria もこのトピックについて正しく話しました。
しかし、嵐が去り、すべてのデータが手元にあれば、何が起こったのか、なぜ起こったのかを時系列に説明し、この存在する問題と、さらに前進する可能性のある解決策を明確な視点で理解するための背景を与えるつもりです。アップルから。
動的な周波数スケーリングまたは CPU スロットリング
数年前、Intel プロセッサにはCPU スロットリングと呼ばれる機能が組み込まれ始めました。プロセッサーが用途に応じてクロック周波数を変更し、プロセッサー自身の完全性を危険にさらす状況を回避できるようにする機能。これは予防機能であると同時に、より良いエネルギーパフォーマンスを達成することを目的とした機能でもあります。 Intel の場合、この技術は SpeedStep と呼ばれ、ソフトウェアによって管理されます。
CPU の温度が TDP (または熱設計電力) (チップが取り付けられている構造によって放散に耐えられる熱) を超えると、コンピューターはCPU スロットリングを使用するため、クロックが低下します。その結果、発生する熱も減少し、速度も低下します。このような状況でこの技術が使用されるのは、冷却障害が発生した緊急事態において機器の電源を自然にオフにすることもできるサーマル スロットリングについて話すときです。
ただし、この手法では CPU の使用も最適化されます。CPU が常にデフォルトと同じクロック速度と消費量である場合、機器のバッテリーの持続時間は大幅に短くなるからです。そのため、 CPU スロットリングは、CPU がアイドル状態 (作業や待機のない状態と呼ぶことができる) にあるときに、クロック周波数を 800Mhz に下げることにより、消費量を削減し、エネルギー パフォーマンスを向上させます。これは、要求の厳しいプロセス負荷に合わせてクロック周波数を変更したり、コンピュータがほとんど何もしないときにクロック周波数を下げることができる方法です。
なぜ彼はこんなことをするのでしょうか？ x86 アーキテクチャでは、CPU のすべてのコアが同等である必要があります。これは、 ARM アーキテクチャに含まれるヘテロジニアス コンピューティング テクノロジを統合できないためです。モバイル デバイスに搭載されている Samsung、Qualcomm、Apple のプロセッサには、エネルギー効率や高性能と呼ばれるさまざまな周波数のコアが搭載されているのを覚えていますか?
それがヘテロジニアス コンピューティングであり、ARM がエネルギーを節約してバッテリー寿命を最大化するという問題をどのように解決するかです。異なる周波数の複数のコアを備え、より軽いタスクまたはより重いタスクに特化します。ただし、Intel の x86 アーキテクチャではそれができず、 CPU スロットリングを使用して、負荷に応じて CPU 全体の周波数を下げたり上げたりします。
熱の問題
i9 や近年の Intel プロセッサなどのプロセッサは非常に発熱します。それは簡単です。 MacBook Pro がフル稼働しているときに、MacBook Pro の背面に手を置き、火傷をしなかった場合は (文字通り) 奇跡です。同様に、私たちの多くは、Apple のラップトップがある瞬間にファンの速度を上げ始め、いつか飛行機のように離陸するのを目にしたことがあります。熱は新しい問題ではありません。この問題は何年も前からあり、8年前に私がこのジャーナリストの世界で働き始めた別の媒体で新しいアルミニウム製MacBook Proをレビューしたとき、問題の1つは過度の熱でした。これら。
しかし、なぜこのようなことが起こるのでしょうか?それは、Intel プロセッサと機器の設計の間に問題があるためです。そして、これは Apple だけの問題ではありません。Dell、Acer、HP などの他のブランドもまったく同じ問題を抱えています。なぜなら、これはブランドの問題ではないからです。それは、近年の Intel ラップトップ用のハイエンド プロセッサの問題だからです。アルミニウムなどの高級素材が主流の、美しくエレガントなデザインでは正しく冷却されていません。これらは魅力的で機能的なデザインを備えたラップトップですが、これらのプロセッサには十分ではありますが、最適ではない冷却システムが搭載されています。そして、私が言っているように、これは決して新しいことではありません。
これらの CPU を冷却するには、それに見合った優れた冷却機能を備えた他のタイプのラップトップが必要です。 (たとえば) 重さ 4 キロで金属製ではないゲーマータイプのラップトップ。それらはプラスチック素材でできており、厚く、非常にうるさいです。これらは、インテル Core プロセッサーを適切な温度で最大のターボ ブーストで維持し、プロセッサーが持つすべてのパワーを引き出すことができます。しかし、Apple は 2016 年に MacBook Pro を再設計した際、改良された熱システムを開発し、その斬新さの一部は非対称のファンブレードにありました。これは、機器を冷却するために作動したときの音を小さくする構成でした。
ということは、薄くて洗練されたラップトップのほうが劣っているということでしょうか？いいえ、それは、それらすべてが十分に冷却されていないという問題を抱えていることを意味し、したがって、それらに多くの負荷を要求すると、準備されたラップトップほどには動作しません（ただし、それらはより醜く、重く、騒音が大きくなります）。これは、インテルが機器の出力を向上させ続けているにもかかわらず、機器が発生する熱をまったく削減していないために引き起こされる現実の二分法です。そして、これは何年もの間、すべての MacBook Pro だけでなく、Dell XPS、HP Envy、Acer ZenBook Pro、Xiaomi Mi Air… 軽量でプレミアムなデザインを備えたすべての製品で起こってきました。
ただし、注意してください。ここで話しているのは、プロ市場またはゲーマー向けに設計されたハイエンド プロセッサです。スリムなデザインの中低音域は十分すぎる通気性を持っています。私たちは高域について話しています。高域は、非常に高いパフォーマンスが必要な場合に、より大きな出力を発揮するため、最も多くの熱を発生します。
MacBook Pro 2018の熱問題
新しい設備では何が起こっていたのでしょうか？まあ、その設計は高性能の負荷をサポートできませんでした。 i9 (特に) は強力すぎるため、スロットリング CPU は周波数を下げることを決定し、最終的には機器のパフォーマンスの低下により前世代よりも劣るようになりました。しかし、なぜアップルは気づかなかったのでしょうか？発売前に何もテストしなかったのですか？もちろんその通りですが、このケースはソフトウェア要因が関係する特定のケースに非常に特化したものでした。
Dave Lee は、Premiere Pro CC を使用して機器をテストし、Scarlett カメラで 5K 解像度で録画したビデオを RED RAW コーデックから H.264 にエンコードしました。知らない人のために説明すると、RAW コーデックは、処理済み (または開発済み) のコーデックよりもマシンにとって (プロセスの点で) はるかに重いです。 RAW 形式の写真と同様、RED RAW (または Apple の新しい ProRes RAW コーデック) での記録は、記録時にレンズが捉えたすべての情報を各フレームに保持することを意味します。つまり、「未現像」フレーム (画像のデジタル ネガのようなもの) を取得し、その後、すべてのカラー カーブ パラメータ、絞り、さらには各カラー チャネルを個別に取得して、すべての値を後から操作できるようにします。画像を撮影したプロダクションを使用し、いわゆる画像のデジタル グレーディングを実行します。
このコーデックは、RED カメラでデジタル形式で撮影された多くのハリウッド映画でプロレベルでも最もよく使用されています。しかし、その複雑さのため、処理が最も難しいものの 1 つでもあります。それには、Mac 上の Premiere Pro CC という要素を追加する必要があります。このソフトウェアは、ビデオ エンコーディングを高速化するために Intel プロセッサの Quick Sync テクノロジーを組み込むのに長い時間がかかっただけでなく、トランスコーディングを実行するため、まったく最適ではありませんでした (レンダリング中に処理されるビデオの形式を変更するなど）、タスクを実行するために通常よりも多くの手順を実行する必要があります。興味深いのは、Windows 上のこのソフトウェアは、グラフィックス ドライバーやコンピューター計算言語のサポートのおかげで、高度に最適化されておらず、コンピューター上でのパフォーマンスがはるかに重い Mac よりもはるかに高いパフォーマンスを実現していることです。遅いです。 C++ でクロスコーディングを多用します (Windows と Mac で同様に機能します)。
そこで、Dave Lee に起こったことは、空腹 (RED RAW コーデック) と食べたいという欲求 (Mac の Premiere Pro CC) を組み合わせることでした。そして、それは、今日 Mac で実現できる最も重要なビデオ エンコードの使用例につながりました (8K には触れませんが、これは別のトピックです)。 Cinebench R15 ソフトウェアでも (実際に起こったように) 3Dレンダリングテストを実行すると、サーマル スロットリングが有効になるケースが発生する可能性があります。しかし、パッチが適用される前でさえ、ソフトウェアを作成した会社自体は、そのソフトウェアとバージョンが Mac 用に最適化されていないため、結果は決定的ではないと指摘していました。
もし話がそこで終わっていたら、新しい Intelは MacBook Pro の設計に対応できていない、Premiere のようなソフトウェアやコーデックを使用するのであれば i9 を購入する意味はあまりない、ということを知って納得するしかなかったでしょう。 REDカメラのもの。そして物語は終わり。無いところは取れません。解決策のない Apple のエラー。
ただし、Final Cut Pro X の RED RAW コーデックの場合と同じ場合、機器が周波数の低下を引き起こすプロセス限界に達するわけではないことを理解することが重要です。ここで重要なのはソフトウェアであり、設計に起因する冷却不良による機器のパフォーマンス低下の問題は、Adobe Premiere CC または macOS に最適化されていないソフトウェアでのみ発生します。同じプロジェクトを Final Cut Pro に入れるとどちらの場合も同じです。 。なぜなら？ Apple のソフトウェアはより最適化されているため、トランスコーディングは行わず、ソース形式をベースとして動作します。また、すべてのシステム補助を使用してパフォーマンスを向上させます。オペレーティング システムのネイティブ コードをすべて使用することに加えて。
それが、デイブ・リー氏が何ヶ月にもわたってこの分野の専門家と行った多くのテストとトライアルで検出した問題をアップルが検出できなかった理由です。なぜなら、Premiere Pro CC でそのような負荷を伴うフローを試してみようと思う人は誰もいなかったからです。実際、Apple がこれらのデバイスで行ったテストでは、Premiere CC でのテストほどの負荷は必要ありませんでした。そして Apple は、DaVinci Resolve、Autodesk Maya、さらには Adobe 自体の Photoshop CC などの優れたアプリをテストしました。ただし、Adobe の Media Encoder よりも Mac 向けによく準備されたソフトウェアが使用されます。Media Encoder は、(Premiere CC とともに) Mercury Engine再生エンジンを使用してレンダリングを作成します。
そして明白な理由により、Apple も同様に処理負荷の高い他のアプリの Web 上で公開されているパフォーマンス テストでテストしたように、eGPU を搭載すると、これらのタスクの多くはその eGPU に派生し、CPU はほとんど処理を行わなくなります。または何もしません。
Appleの解決策と問題点
そして、デイブ・リー氏がビデオを公開してから48時間後にアップルがデイブ・リー氏に電話し、研究所で問題を再現して検出できるように、テストに使用したファイルを送ってほしいと頼んだという話の結末に至る。何が起こっていたのか。
そして、試してみるとすぐにキーを押しました。ファームウェアが間違っていたのです。インテルがプロセッサーをメーカーに提供する際には、熱抵抗、推奨電圧、いわゆる熱設計電力(TDP) の表示が付属しており、そのデータが正しくロードされておらず、これらの 6 コア コンピューターをあたかもロードされているかのように扱っています。 4. 実際、新しいものではなく、前世代のものであるかのように熱処理が施され、設計が変更され、耐久性が向上しました。技術的な問題は非常に複雑であるため、これは非常に広範な説明ですが、これがそれを理解する最も簡単な方法です。
そこでApple はそのファームウェアのアップデートをリリースし、これらのデバイスに正しい値をロードし、問題は解決されました。問題は解決しましたか?部分的には。これらのデバイスが過度に発熱するという同じ問題 (ターボ ブーストを使用する作業では、温度が 90 度を超える可能性があります) が依然としてありますが、目新しいものは何もありません。ワークロード中の現在のラップトップの温度を調べてみると、簡単に 80 度を超え、毎年その温度が維持されていることがわかります。
しかし実際には、現在、デバイスはあらゆる状況において Apple が約束したとおりに動作します。彼らは前にもそれをしませんでしたか？それは当然です。Apple の Web サイトにある証拠はすべて、Dave Lee の証拠と同様、完全に真実です。しかし現在、Lee 自身が実証したように、チームは H.264 でネットワークの 5K ビデオを作成するのに、Premiere CC で冷凍庫に保存するのにかかる時間と同じ時間がかかっています。したがって、問題が 1 つ減り、ソフトウェアの最適化には機器のパフォーマンスを評価するための非常に重要な鍵があることがわかります。
Apple 側に非常に重大なエラーがありましたが、幸いなことに、Apple はそれを検出し、パッチで修正しました。これは、それがハードウェア設計の欠陥ではないことを示しています。したがって、終わり良ければすべて良し、問題に対応して解決する Apple の能力を称賛します。
本当の問題: インテル
数か月前、ブルームバーグはApple が Intel から ARM に移行する日付を設定しました。そしてそれは論理的なステップです。なぜ Apple が IBM を捨てて Intel に移ったのかを振り返ってみると、その理由は、 G5 がラップトップの性能をあまりにも消費しすぎて、本来あるべきパフォーマンスをすべて提供できなかったためです。そのため、PowerPC アーキテクチャでは十分ではなかったため、Apple はエネルギー効率、熱管理、およびパフォーマンスを向上させるために Intel に切り替えました。
しかし皮肉なことに、PowerPC は RISC アーキテクチャであり、ARM は Advanced RISC Machine の略です。シングルスレッドプロセスの新しい A11 Bionicが、2016 年または 2017 年の MacBook Pro に搭載されている最新世代の Intel と競合できることは誰もが知っています。そして、A12 も同様にそれらを上回ると確信しています。しかし、問題はそれだけではありません。なぜなら、Qualcomm 845 と新しい 850 は信じられないほどの容量を備えた本物の野獣であり、x86 アーキテクチャのエミュレートされた実行も可能にするため、Windows 10 のようなシステムを実行できるからです。そして、サムスンの最新のExynosもそれほど遅れていません。
そして、それらすべてに共通する特徴があります。それは、そのパワーがその完全性を損なうことがなく、多くの場合、生成する熱は機械的な放散を必要としないことです。 MacBook Pro タイプのマシンのような機械冷却システムの背後にコアが搭載された CPU の 1 つを想像できますか?彼らが達成できるパフォーマンスは素晴らしいものになるでしょう。
まだまだ出張が必要であることはすでに承知していますが、Apple が 2020 年に移行を開始し、ほとんどの消費者向けコンピューターで移行を開始するのは当然のことです。しかし現実には、ARM はすでに 10nm で製造しているのに対し、Intel の第 9 世代 (まだ発売されていない) は依然として 14nm に留まっているということです。現実には、クアルコム、アップル、サムスンの CPU はますます強力かつ効率的になっていますが、インテルの CPU は力技を使用し、90 度を超える推奨できない物理的限界まで加熱し、フリントストーン型のケースのみがそれらを維持できるということです。危うい。
したがって、新しいプロセッサに正しいエネルギー管理値をロードしなかったという Apple の間違いを軽視することなく、 Intel が長年にわたって深刻な問題を抱えており、ARM アーキテクチャがそれを解決するためのすべてのカードを備えていることは明らかです。そしてそれを市場から排除します。
確かに、ARM アーキテクチャは電力レベルで効率が低いのは事実です (両方のアーキテクチャの技術的な違いについて詳しく説明している Apple コーディング ポッドキャストがあります。このトピックに興味がある場合は、ぜひ聞いてください)。重要なのは、マシンが X タスクを実行するのにどれくらいの時間がかかるかということになる時代が来るでしょう。そして、より効率的なエネルギー、熱、完全性の管理を備えた新しい ARM が、いつかインテルを追い越す日が来るでしょう。多くの巨人が倒れるが、私がインテルだったら心配するだろう。なぜなら、クアルコムは非常に熱心に市場に参入しており、アップルもそれほど遅れをとっていないからだ。