eGPUとは？—接続＆内部構造と利用に必要なものをお勉強

記事のポイント

eGPUの接続構造と内部構造について調べてみた！
対応状況や相性には気をつけたほうが無難！
面白くて可能性はあるけど大変な部分も多い！

ノートパソコンでもグラボが使える凄み。

Macがサポートしたことによって注目されている、『eGPU』という外付けグラフィックボード。MacBookやMac miniのような、内部GPUが非力なパソコンのGPUを強化できるわけですが…そもそもeGPUとは？構造は？何が必要？ｺﾚｶﾞﾜｶﾗﾅｲ。そこで、来るeGPU時代（？）のために、eGPUについてお勉強してみます。

ノートパソコンでグラフィックボードを使えるって、夢のような時代やんね！

Thunderbolt 3とPCIe 3.0のおかげですわね。

高速で高汎用性なのは偉大あーる！（Alienware Graphics Amplifierというのがあって……）

『eGPU』とは？
eGPUの構造
- 接続構造
- 内部構造
eGPU利用に必要なもの
eGPUを利用する際の注意点
まとめ「接続自体は簡単だけど条件も多いeGPU」
おまけ

『eGPU』とは？

■eGPUの概要

概念的には外付けのグラフィックプロセッサーのこと。
物理的にはeGPUボックス自体のこと。
WindowsとMacの両方で利用可能。
接続インターフェースはThunderbolt 3。

『eGPU』とは、External Graphics Processing Unitの略で、外付けのグラフィックプロセッサーのことを言います。

GPUとは？: Graphics Processing Unitの略で、画像描画に必要な計算処理を行うプロセッサーのことを指します。連続的な計算処理が得意なCPUとは対照的に、並列的な計算処理を得意としている。コア数がCPUと比べて、圧倒的に多いのも特徴のひとつ。

いわゆるGPUには、

iGPU：Integrated GPU
dGPU：Discrete GPU
eGPU：External GPU

の3つが存在しており、eGPUはそのうちの1つということになります。

iGPU・dGPU・eGPUの違い—利点＆欠点を初心者向けに総まとめ

2020年7月17日

今までは、内蔵するか組み込むかの二者択一だったけど、新たに外部インターフェースを通じて、グラフィックプロセッサーと接続する選択肢が生まれたわけですなー。

まさに技術の賜物ですわね。

そんなeGPUですが、意味としては2つ持っており、

概念的eGPU：外付けグラフィックプロセッサー
物理的eGPU：パソコンと接続するeGPUボックス（eGFX Enclosure）

という概念的な意味合いと、物理的な意味合いを持っています。

概念的なeGPUについては、ここまで話したことで終わってしまうので、ここからは物理的なeGPU（eGPUボックス）について見ていきます。

eGPUの構造

それでは、物理的なeGPUである、eGPUボックスとその構造について見ていきます。

接続構造

eGPUボックスの接続構造イメージ。

■接続イメージ

パソコン - Thunderbolt 3ケーブル - eGPUボックス - HDMIケーブル等 - ディスプレイ

接続構造としては、パソコンに搭載されているThunderbolt 3ポートと、eGPUボックスに搭載されているThunderbolt 3ポートを、それぞれThunderbolt 3ケーブルで接続するだけ。なお、当然ですが、これとは別にeGPUボックスに電源供給するために、ACケーブルをコンセントに接続する必要があります。

例ではノートパソコンになっていますが、対応さえしていればデスクトップパソコンでも利用可能。また、ノートパソコンに搭載されているThunderbolt 3ポートが『USB PD』に対応している場合、eGPUボックスから電源供給が可能です。

Thunderbolt 3とUSB PDはそれぞれ独立した規格だから、利用したいパソコンのThunderbolt 3ポートがUSB PDに対応しているかは要チェックなのであーる。

内部構造

eGPUボックスの内部構造イメージ。

【A】電源ユニット
【B】Thunderbolt 3 to PCIe変換カード
【C】グラフィックボード
【D】IECコネクター（電源コネクター）
【E】Thunderbolt 3ポート
【F】映像出力ポート
【G】USBポート

eGPUボックスの内部構造と各種インターフェースをまとめると、上記のような感じ。

eGPUボックスにある【E】Thunderbolt 3ポートにThunderbolt 3ケーブルを接続して、電源とディスプレイさえ接続してしまえば、普通にeGPUとして機能してくれます。相性云々が結構ある感じなので、簡単に…とは言い切れないのですが、普通のドッキングステーションのように使えるのがメリットでしょう。

なお、上記の説明には、【G】USBポートを含んでいますが、これはGPUボックスによっては非搭載なので注意。また、【C】グラフィックボードについても、基本的には別売りとなっているので、別途ユーザーが用意する必要があります。

eGPUボックスって、正式には『eGFX Enclosure』って言うみたいだねー。

eGPU利用に必要なもの

Thunderbolt 3搭載のパソコン
対応のeGPUボックス（eGFX Enclosure）
対応のグラフィックボード（eGPU）
Thunderbolt 3ケーブル^*1

^*1パッシブケーブルは1m未満（40Gbps）を推奨。

当然ですが、eGPUを利用するには、Thunderbolt 3ポートを搭載したパソコンである必要があります。eGPUボックス（eGFX Enclosure）とグラフィックボード（eGPU）に関しては、使いたいパソコンで動作確認が取れているものを選ぶと安心です。

Thunderbolt 3ケーブルを選ぶときは、転送速度に要注意。

Thunderbolt 3ケーブルは、パッシブケーブルなら1m未満（最大40Gbps）を選びましょう。1m以上のパッシブケーブルだと最大20Gbpsに転送速度が落ちるので、長いThunderbolt 3ケーブルを使いたい場合は、アクティブケーブル（最大40Gbps）を選択する必要があります。

Thunderbolt 3って、最大40Gbpsだけど、PCIe 3.0が最大32Gbps（8Gbps ×4）なんだよねー。

そこがボトルネックになる可能性があるわけですね。

eGPUを利用する際の注意点

MacはAMD系GPUのみサポート。
eGPUボックスによってサポートするグラフィックボードが異なる。
一部のThunderbolt 3ポートでは使えない可能性あり。
外部ディスプレイなしで利用するとパフォーマンスが低下する。

【注意点1】MacはAMD系GPUのみサポート

	Windows OS	macOS
AMD	○	○
NVIDIA	○	×

OSごとのeGPUサポート

まず、気をつけないといけないのが、OSそのもののeGPUサポート。

Windows OS（Windows 10）の場合は特段気にする必要はないのですが、macOS（macOS Catalina）の場合は要注意。NVIDIA系のGPUをサポートしていないので、必然的にAMD系のGPUを利用する必要があります。

デザイナー的 iMac 5K vs Mac mini 比較—開発＆写真に最適なプロマシンはどっち？

2020年7月11日

【注意点2】eGPUボックスによってサポートするグラフィックボードが異なる

次に気をつけないといけないのが、eGPUボックス（eGFX Enclosure）によって、サポートしているグラフィックボード（GPU）が異なるという点。

これに関しては、各製品ページに対応グラフィックボードが掲載されているはずなので、そちらを参照しましょう。なお、Macの場合はこちらを参照。Intel公式サイトにも一部掲載があります。

【注意点3】一部のThunderbolt 3ポートでは使えない可能性あり

そしては、一部のThunderbolt 3ポートでは、eGPUが使えない可能性があるということ。

Some Thunderbolt 3-ports aren’t built to Intel’s eGFX standards, and as you might expect, propriety GPUs will only work with a handful of specially made laptops.

Source：Boost Your Laptop’s Gaming Prowess with an eGPU - Review Geek

どうやら、一部のThunderbolt 3ポートには、Intel標準のeGFXをサポートしていないものがある模様。Thunderboltの公式サイトにも、「Thunderbolt 3 Notebook that support eGFX feature.」という記述があるので、たしかに全部のThunderbolt 3ポートが対応しているわけではない、という解釈もできなくはないです。

Thunderbolt公式サイトで、認定しているパソコンが掲載されているので、気になる人は『THUNDERBOLT 3 CERTIFIED PC SYSTEMS PROMOTING EGFX』を見てみるとよいかもしれません。

【注意点4】外部ディスプレイなしで利用するとパフォーマンスが低下する

また、ノートパソコンでeGPU（eGFX Enclosure）利用時、外部ディスプレイに出力しない場合（ノートパソコン内蔵ディスプレイに出力）、パフォーマンスが下がるというのも注意。

パフォーマンス低下の原因は、Thunderbolt 3の帯域制限。

データレート	10.3125Gbps ×2 20.625Gbps ×2
PCIe	32Gbps （8Gbps ×4）
レーン数	4
アップリンク	2レーン
ダウンリンク	2レーン

Thunderbolt 3の仕様

上表はThunderbolt 3の仕様の抜粋なのですが、パフォーマンス低下の原因は内蔵ディスプレイに出力した場合に、アップリンクにもPCIeの帯域を使ってしまうからと考えられる。要するに、パフォーマンスを最大限発揮したい場合は、外部ディスプレイを使ったほうがよいということになります。うーん、罠っぽい。