私は GeForce RTX3070 で4K最高画質でゲームをしています。４KゲームだとGeForce RTX3070でも負荷が高く、古いCPU（AMD FX8350）でもGPU使用率は100%になります。その時のFX8350のCPU使用率は70%程度。
- CPUの使用率には余裕があり、CPU性能を良くしたところで使用率100%のGPUのパフォーマンスはこれ以上上がらないのでは？
- CPU→GPUの命令の通り道であるPCI Express2.0 を PCI Express4.0 に太くしたところで、使用率100%のGPUのパフォーマンスはこれ以上上がらないのでは？
そんな疑問を抱きつつ、実際にどうなるのかを試してみました。
従来のPC構成
電源：NE550C ATX550W電源
UEFIマザーボード: ASRock970 Pro3 R2.0 Socket AM3+（PCI-Express2.0）
CPU: AMD FX8350 X8 （4.0GHz）
CPUクーラー：白虎 弐（Byakko2）AMD専用
メモリ:DDR3 1600 (PC3-12800) 4GB CL11 KVR16N11S8/4 × 4枚 = 16GB
ストレージ: M.2 NVME SSD (WDS500G2B0C) Gen3 ※変換カードでPCIe2.0に接続
グラフィックボード: ZOTAC GAMING GeForce RTX 3070 Twin Edge OC LHR
モニター : BenQ EW3270U(31.5インチ 4Kモニタ )
OS : Windwos10 Pro バージョン21H2
赤字部分がボトルネックになりそうな古い構成です。
変更箇所
今回、赤色部分を緑色部分に変更しました。
マザーボード: 【旧】ASRock970 Pro3 R2.0 Socket AM3+（PCI-Express2.0）
→【新】 PRIME B550M-A（PCI-Express4.0）
CPU: 【旧】AMD FX8350 X8 （4.0GHz）
→【新】AMD Ryzen5 3600（3.6 GHz）
メモリ:【旧】DDR3 1600 (PC3-12800) 4GB CL11 KVR16N11S8/4 × 4枚 = 16GB
→【新】DDR4 3200 (PC4-25600) 8GB × 2枚 = 16GB
SSD：【旧】M.2 NVME SSD (Gen3)（PCI-Express2.0接続、変換カード経由）
→【新】M.2 NVME SSD (Gen3)（PCI-Express3.0接続、マザーボード直結）
当初は新品のマザーボードASRock B550M-HDVを１.1万円買う予定でしたが、ヤフオクでクーポンを利用しPRIME B550M-Aを7,730円で購入できました。
メモリもドスパラでDDR4 PC4-21300 8Gx2枚を4,580円で予定でしたが、セールでPC4-25600を4,480円で買うことができました。CPUはメルカリでクーポンと値引きで8,000円で買えました。
合計20,210円の投資です。果たして、GPUの４Ｋ描画パフォーマンスは上がるのか？
ベンチマーク
Horizon Zero Dawn ： 4K(3840 x 2160) 最高画質
7027 → 9160、30%アップです。
FX8350: スコア 7027
Ryzen3600：スコア 9160
FFXVベンチマーク： 4K(3840 x 2160) 高品質
4703 → 5815、 23%アップです。
FX8350: スコア 4703
Ryzen3600：スコア 5815
ちなみに、4K標準品質では7013でした。昔高値の花だったRTX2080Tiを超えました。DLSSをONにするとガクガク首を振ったりする変な挙動をするのでOFFにしたスコアです。
3DMark
4Kではないですが、比較してみました。トータルのスコアは 8442 → 11380、35％アップですが、グラフィックのスコアは 11,924 → 13,072、10％アップと控えめです。
FX8350: スコア 8442
Ryzen3600：スコア 5815
CrystalDiskMark
描画に直接関係ありませんが、PCIe3.0接続によりM2.NVME の性能が発揮できたか確認します。
PCIe 2.0
PCIe 3.0
M2.NVMEは変わらないのに、PCIe2.0からPCIe3.0に差し替えたらこんなにパフォーマンスがあがるとは。何だか得した気分です。
ゲームの操作感
Horizon Zero Dawn ： 4K(3840 x 2160) 最高画質
FX8350ではFPSは30前後でした。Horizon Zero Dawn はシューティングゲームでは無いのでFPS30でも遊べます。しかし、描画が立て込んでくるとFPSが10前後に落ち込みスローモーションになることが度々ありました。
Ryzen 3600 ではFPS45前後で安定しています。操作が滑らかになった実感があります。
ウィッチャー３ワイルドハント Next Gen ： 4K(3840 x 2160) RTウルトラ
以前、witcher 3 next gen を導入した時は、RTX4000シリーズのDLSS3しかサポートされておらず、グラフィック設定メニューのDLSSメニューはグレーアウトされていました。しかし、アップデートされたのか、メニューが変わっており、RTX3070でもDLSSが選択できるようになっていました。嬉しい。
FX8350の時は当時のグラフィック設定「最高＋」でFPSは20以下でした。
Ryzen 3600 で現在のグラフィック設定「RT＋（DLSSクオリティ）」で果たしてFPSは？…やはり20前後です。RTX3070の限界なんでしょうね。
でも窓から差し込む月明かりが月の移動と共に流れて消えていくのが確認できました。レイトレーシングのおかげですね。
「RT（DLSSパフォーマンス）」設定にすると、FPS30前後になりました。これならギリギリ遊べそうです。レイトレーシングも楽しめます。
CPUがグラフィックを描画している？
4KゲームでGPUがアップアップ（使用率100%）なのは、GPUの性能の限界であって、CPUの性能を上げたりバス（PCIe）を広げてもそれ程意味は無いのでは？と理屈で考えていたのですが、約３割増しの性能アップです。予想以上に効果がありました。
使用率100%のGPUをCPUが助ける？CPUも描画するの？FX8350だって使用率70%だったのだからGPUを助けられたのでは？
CPU使用率が70%でGPU使用率が100%なのに、実はCPUがボトルネック。自分の中でこの意味の整理がつかず、CPUとGPUの関係を調べてみました。
ゲームにおけるCPUの役割は地形や物の座標（距離）の管理や当たり判定です。
4K描画でGPUが100%の時はFX8350のCPU使用率は70%で一見余裕があるように見えますが、距離や当たり判定を瞬時に計算する瞬発力が足りないのでは？
瞬発力＝コアの性能、ですね。
地形が複雑で木が生い茂る中をたくさんの敵から逃げるとスローモーションになったりしますが、その時CPU使用率は100%になります。
ゲームにはシングルコアの性能が高い intel core i がお勧め、という理由が分かった気がします。
前述の3DMarkで触れていませんでしたが、FX8350のCPUスコアは3180、Ryzen3600は6566。倍以上の性能差です。
当たり判定が瞬時にできる瞬発力を得ることで、操作が滑らかになったんですね。GPUの描画を手伝っているわけではありません。腑に落ちました。
まとめ
４KゲームでGPU使用率が100%、CPUの使用率が70%だからといって、ボトルネックがGPUとは限らない、ということを体感してようやく理解できた気がします。
今までは古いマザーボードと最新のグラボを組み合わせて動くのか？なんてアンバランスを楽しんで来ましたが、今回はその足かせ（PCIe2.0、DDR3）を外して風通しを良くする快感を楽しむことができました。気持ちいいー！
CPUの性能を上げることでまだまだパフォーマンスが上がる可能性が出てきました。マザーボードをB550チップセットにしたので、いつかRyzen 9 5950X (Vermeer) を載せてみたいですね。今はRyzen 3600 で満足しているので、１万円以下で買えるようになったら、かな。
補足：FX8350の擁護
FX8350からRyzen3600に変えて性能は３割増しになりましたが、CPUを交換した時にCPUファンがFX8350に密着していなかった事が発覚しました。
これではFX8350の性能が出し切れません。ゲーム中のカクツキを抑えるために電源管理で敢えてCPU性能を抑えていましたが、まずCPUファンを疑うべきでした。前述のベンチマークは電源管理での抑制はしていない値ですが、CPUファンが密着していればもっと良いスコアが出たはずです。FX8350は熱管理が大変なCPUですが、楽しめるCPUです。
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