Zen 2/3/4

2025年10月23日

Zen 2/3/4

英語表記: Zen 2/3/4

概要

Zen 2、Zen 3、Zen 4は、AMD（Advanced Micro Devices）が開発した高性能なCPUコアのマイクロアーキテクチャ「Zen」ファミリーの、それぞれ第2、第3、第4世代を指します。これらは、当カテゴリの「マイクロアーキテクチャ（Intel 64, ARM, RISC-V）」という大きな技術競争の枠組みの中で、特に「AMD 系アーキテクチャ」の復権を決定づけた重要な設計進化です。各世代は、製造プロセス技術の微細化と、IPC（Instruction Per Cycle：1クロックあたりの実行命令数）の継続的な向上を主眼としており、AMDのRyzenプロセッサやEPYCプロセッサの基盤となっています。

詳細解説

Zen 2/3/4の進化は、単なるクロック周波数の向上にとどまらず、根本的な設計思想と製造技術の革新によって成り立っています。これは、当タクソノミにおける「Zen マイクロアーキテクチャ」が、いかに効率的かつスケーラブルな設計を追求しているかを示す証拠です。

世代ごとの技術革新と特徴

Zen 2 (第2世代)

Zen 2は、7nm（ナノメートル）プロセス技術を初めて本格的に採用した世代であり、これが最大のブレイクスルーでした。製造プロセスが微細化することで、同じ面積により多くのトランジスタを詰め込むことが可能になり、電力効率と性能が飛躍的に向上しました。
さらに、Zen 2は「チップレット設計」を本格的に導入しました。これは、コアが搭載された複数のCCD（Core Chiplet Die）と、メモリコントローラやPCI ExpressなどのI/O機能を集約した巨大なI/Oダイを分離し、Infiniy Fabricという高速なインターコネクトで接続する構造です。このモジュラー設計により、AMDは高性能ながらも製造コストを抑え、最大64コアという驚異的なコア数を実現しました。この設計思想は、AMD系アーキテクチャがIntelと差別化を図る上での決定的な武器となりましたね。

Zen 3 (第3世代)

Zen 3の進化は、製造プロセスこそZen 2と同じ7nmを維持しましたが、内部設計の最適化に重点が置かれました。特に注目すべきは、CCX（Core Complex）構造の統合です。Zen 2までは、8コア構成の場合、4コアずつに分かれたCCXが2つ存在し、それぞれのCCX間で通信する際に遅延（レイテンシ）が発生していました。Zen 3では、このCCXを統合し、8コアすべてが共通の大きなL3キャッシュプールにアクセスできるようになりました。
これにより、コア間の通信速度が大幅に向上し、特にゲームなどシングルスレッド性能が重要視されるワークロードにおいて、IPCが平均で約19%も向上するという劇的な効果をもたらしました。これは、マイクロアーキテクチャの内部構造の洗練がいかに重要であるかを証明しています。

Zen 4 (第4世代)

Zen 4は、さらなる微細化となる5nmプロセス技術を採用し、Zen 3からさらなるIPC向上と電力効率の改善を果たしました。Zen 4では、命令セットアーキテクチャ（ISA）の拡張も行われ、特にサーバー分野で重要となるAVX-512命令に初めて対応しました。また、デスクトップ向け製品において、統合型グラフィックス（RDNA 2アーキテクチャ）を標準搭載するなど、機能面でも多様化が進みました。
さらに、Zen 4は新しいプラットフォーム（AM5）とともに、DDR5メモリやPCI Express 5.0といった最新のインターフェース技術をサポートしており、システム全体のボトルネック解消にも貢献しています。

タクソノミ内での位置づけの重要性

Zen 2/3/4の進化の歴史は、マイクロアーキテクチャの進化が、いかに製造技術（プロセスルール）と設計効率（IPC向上）の二輪で駆動されているかを示す好例です。AMD系アーキテクチャがこの数年で劇的な復権を果たしたのは、まさにこのZenアーキテクチャの継続的な改善努力の賜物と言えるでしょう。

具体例・活用シーン

Zen 2/3/4世代の進化は、私たちが日常的に利用するPCの性能に直接影響を与えています。特に、複数の処理を同時に行うマルチタスク性能や、複雑な計算を必要とするクリエイティブ作業においてその恩恵は顕著です。

1. サーバー市場での影響

Zenアーキテクチャを採用したEPYCプロセッサは、データセンターやクラウドコンピューティングの分野で大きなシェアを獲得しています。Zen 2以降、多数のコアを低コストで提供できるチップレット構造が功を奏し、仮想化環境やビッグデータ処理において、高いスループットと電力効率を実現しています。これは、企業がクラウドサービスを選ぶ際のコスト効率に直結する重要な要素です。

2. コンシューマ向け高性能化

Zen 3世代のRyzen 5000シリーズは、従来のAMDの課題であったシングルスレッド性能を大幅に改善し、高性能ゲーミングPC市場で一気にトップクラスの地位を確立しました。「ゲームをするならIntel」という常識を覆した、非常にエポックメイキングな出来事でしたね。

比喩による理解：建築現場の効率化物語

マイクロアーキテクチャの世代進化を、高性能な自動車工場を例にして考えてみましょう。

| 世代 | 比喩的な改善点 | 実際の技術的要素 |
| :— | :— | :— |
| Zen 2 | 工場全体をより狭い土地（7nm）に建て直し、作業棟（CCD）を増やした。部品倉庫（I/Oダイ）を隣に移し、コアの作業に集中できるようにした。 | 7nmプロセス採用、チップレット構造、コア数増加 |
| Zen 3 | 作業棟内部の設計を徹底的に見直し、作業員（コア）が部品を取りに行くための通路（CCX間の通信）を一本化・短縮した。これにより、作業員一人当たりの効率（IPC）が劇的に向上した。 | CCX統合、L3キャッシュ共有化、IPC約19%向上 |
| Zen 4 | さらに土地を狭く（5nm）しながら、最新のロボットアーム（AVX-512）を導入し、高性能と省電力化を両立させた。 | 5nmプロセス採用、命令セット拡張、DDR5/PCIe 5.0対応 |

このように、Zen 2/3/4は、単に工場を大きくしたのではなく、「土地の節約（微細化）」と「内部導線の最適化（IPC向上）」を両立させることで、継続的に進化し続けているのですね。

資格試験向けチェックポイント

IT資格試験において、マイクロアーキテクチャの進化に関する問題は、技術のトレンドや専門用語の理解を問う形で出題されます。Zen 2/3/4に関連する知識は、特に基本情報技術者試験や応用情報技術者試験で重要視されます。

ITパスポート・基本情報技術者向け:
- プロセスルールの理解: Zen 2が7nm、Zen 4が5nmを採用したように、「ナノメートル」で表されるプロセスルール（製造技術）の微細化が、性能向上と省電力化に直結することを理解しておきましょう。微細化はCPUのトレンドとして頻出です。
- IPCの重要性: クロック周波数だけでなく、IPC（1クロックあたりの命令実行数）が性能を大きく左右することを認識してください。Zen 3がプロセスルールを変えずにIPCを向上させた事例は、設計最適化の重要性を示す良い例です。
応用情報技術者向け:
- チップレット構造: Zen 2以降で採用されているチップレット（マルチダイ）設計のメリット（歩留まり向上、コスト効率、コア数のスケーラビリティ）と、デメリット（ダイ間通信の遅延）について、深く理解しておく必要があります。これは、半導体製造戦略に関する問題として出題される可能性があります。
- サーバー市場への影響: AMDのZenアーキテクチャが、データセンターやクラウドベンダーのCPU選定にどのような影響を与え、TCO（Total Cost of Ownership）削減にどう貢献しているかという、経営戦略的な視点も押さえておきましょう。