高性能なグラフィックボードは、性能と比例してサイズが肥大化していますね。
物理的な巨大化に歯止めをかけるためには、製造プロセスや技術におけるイノベーションが必要不可欠です。
私は自作PC歴10年で、これまでにGPU分野の二大メーカーである、NVIDIAやAMDのグラフィックボードを自分のパソコンに組み込んできました。
最近になって感じていることが「グラフィックボードの巨大化」で、特にハイエンドモデルはマザーボードに負担をかけるほど重量が増加しています。
今回はそんな重量級グラフィックボード(グラボ)の現在と未来について、AIと一緒に考えていきます。
それでは早速見ていきましょう！
ハイエンドグラボが巨大化する原因
冷却性能由来
グラフィックボードが大きくなる主な要因の一つは、冷却性能の確保です。
パソコンに組み込まれているパーツは、高性能なものほど計算中に発熱します。これはCPU、メインメモリ、グラフィックボードで顕著な傾向です。
正常な稼働範囲の発熱に抑えるため、グラフィックボードには冷却機能を組み込むことが必須で、高性能なモデルほど冷却装置が大きくなりがちです。
高い計算能力を持つハイエンドグラボが大きくなるのは自明の理ですね。
回路由来
ハイエンドなモデルは高度な演算能力を持っているため、GPU自体やメモリチップ、その他の制御回路が増加し、基板面積が大きくなります。
グラフィックボードの心臓部であるGPUは、「製造プロセスの微細化」によって性能をアップさせてきた歴史を持ちますが、これが小型化に直結するわけではないようです。
GPUダイが微細化されたとしても、空いた面積に「より多くの機能」を詰め込むことでダイサイズの縮小が抑制されてしまう、というのがAIの見解です。
また、微細化してもそれで発熱が収まるわけではなく、同じ面積内に集まる電力密度が増加して、熱密度の上昇を招いてしまう、という弊害も出てきます。
日本ポリマー株式会社のHPでは、微細化のデメリットとして「配線抵抗の増大」と「リーク電流(漏れ)の発生」を挙げています。
微細化によってダイサイズを一定の大きさに留めることはできますが、高性能なグラフィックボードのサイズが必ずしも小型化するわけではない、という結論です。
グラフィックボードを水冷化して重量とサイズを軽減する、という道もありますが、一般に敷居が高いプロセスで、お金もそれなりにかかります。
NVIDIAやAMDは、基本的に従来モデルを上回る性能を持つハイエンドなGPUを発表し続けています。このまま巨大化に歯止めをかけることはできないのでしょうか。
グラフィックボードの未来は？
グラフィックボードが進化するためには何が必要になりますか？
技術の限界が近づく中で、以下のイノベーションがどれだけ実現されるかが、GPUの今後のサイズや形状に大きな影響を与えるでしょう。
新素材の開発
シリコンに代わる新素材（例：グラフェンやカーボンナノチューブなど）の開発が進めば、従来のトランジスタよりも高効率かつ高性能な半導体が作られる可能性があります。
現在、CPUやGPUなどの半導体はSi(シリコン)ベースで製造されています。将来的にこれを新素材へと置き換えることで、様々な問題が解決されるはずです。
すぐに実現することは難しいかもしれませんが、新素材の登場で半導体が大きく進化を遂げる可能性にはワクワクしますね。
新素材への置き換えには、数十年という開発期間がかかると見られています。
チップレット設計の進展
チップレット設計をさらに進化させれば、従来の「1つの巨大なダイ」を作る必要がなくなり、製造効率が向上し、その結果コストやサイズを抑制することができます。
複数のチップを集めて配置し、1つのチップのように働かせる設計をチップレット設計と呼びます。GPUはこの設計思想の面でやや遅れを取っている半導体です。
AMDはRadeon RX 7000シリーズでチップレット設計を投入しており、生産コストの削減と電力効率のアップをアピールしています。
GPUのシェアで頭一つ抜き出ているNVIDIAがこの設計を本格的に導入していけば、グラフィックボードの巨大化は解消するかもしれません。
今後世界中で開発競争が激化していきそうな設計技術ですね。
AIとソフトウェアの最適化
AIベースのレンダリング技術を利用することで、ハードウェア依存の高性能化を緩和できます。
その仕組みにAIを採用しているNVIDIAのDLSSや、AMDのAFMFなどの、アップスケール及びフレーム生成技術が劇的に進化していく未来も考えられます。
新素材とチップレット設計、そしてAIの進化。この三要素が上手く合致する開発が起こった場合、従来の概念を覆すグラフィックボードが生まれるはずです。
AIを活用してフレームレートを補完する技術は、グラフィックボードの物理的な制約に対処する一つの鍵となるかもしれません。
まとめ
NVIDIAのGeForce RTXシリーズが誕生して以降、凄まじい肥大化が起こっているハイエンドグラフィックボードですが、この動きはもう少し続きそうです。
描画性能の面では間違いなく年々進化を遂げているので文句はないのですが、サポートステイなしでは明らかに危ないサイズと重量には危機感を感じます。
ソフトウェアレベルでスムーズな描画を実現できるようになれば、コンパクトサイズでハイエンドな機能を持つグラフィックボードが生まれるかもしれませんね。
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