グラフィックボード（GPU）のメモリとは | 容量が異なるだけではゲーム性能にほとんど影響がない！？

当記事では、グラフィックボード（GPU）に搭載されているメモリについて解説している。いわゆるGPUメモリについて詳しく知りたいという方向けのコンテンツだ。GPUメモリは、ビデオメモリーやVRAM（Video Random Access Memory）と呼ばれることもあるので合わせて覚えておくとよい。パソコン本体に搭載されているシステムメモリ（RAM）との違いにも触れていく。

まず基本的なグラフィックボードのメモリの役割についてまとめていく。その後中上級者向けにもう少し突っ込んだ内容を解説している。具体的には、ゲーミングに必要なメモリ容量の検証やGPUメモリについてのよくある疑問についてなどだ。実際のベンチマークを見ながらGPUメモリについての理解を深めていただければ幸いだ。

GPUメモリ（VRAM）の概要（容量、規格 etc.）

GPUメモリ（VRAM）とは？

GPUメモリとは、グラフィックの処理にのみ特化したグラフィックボード搭載メモリと考えてもらえばわかりやすいと思う。グラフィックボードのスペックを見るとGPUメモリ容量が記載されていることに気付くだろう。メインメモリとは役割が異なっている。違いは後述している。ゲームプレイやWEBデザインなどグラフィック処理を行う際に、必要に応じて映像データを一時的にGPUメモリに保存して必要な処理を随時行う形になる。

映像処理をスムーズに行うためにまずグラフィックボードの処理速度が優先される。リアルタイムにたくさんの映像処理を行うと、グラフィックボードに負荷が掛かり遅延を発生させてしまう。結果的にスムーズな処理ができなくなることもある。そういうケースで負荷の軽減のためにGPUメモリが登場するというわけだ。GPUメモリ容量が大きければ大きいほどたくさんの映像に関する情報を一時的に保存でき、同時に情報処理も行ってくれる。

最近はより効率的にGPUメモリを活かせるようによりGPUに近いキャッシュ回りを強化するケースが増えている。具体的にはL1キャッシュ・L2キャッシュなどだ。まず、GPUがL1データキャッシュで必要なデータを検索してそこになければL2キャッシュへと下りる。GPUに近くかつ高速にアクセスできるため効率的だ。L2キャッシュでデータが見つからなければようやくGPUメモリにアクセスすることになる。なお、GPUメモリにもデータがなければシステムメモリ→ストレージへと映る形だ。

ゲーム向けのGeForce製グラフィックボードのGPUメモリ容量は2GB～24GBの範囲に収まる。「現行のグラフィックボード性能比較表」を見るとわかるとおり、性能が高いモデルの方がGPUメモリ容量も多くなる。GPUメモリを活用することでゲームプレイ時などに遅延が発生せず、リアルタイム描写でありながらスムーズな処理が可能になるのだ。なお、プロフェッショナル向けのNVIDIA RTXシリーズの場合最大GPUメモリ容量は48GBと大容量だ。3D CADなど大規模な処理を行う際に有効だと言える。

GPUメモリ規格

GPUメモリ消費量の確認方法

VRAMとRAMの違いとは？

メモリと聞けばゲーミングパソコン本体に搭載されているシステムメモリ（RAM）を連想しがちだ。このRAMは、CPUとストレージ（SSD・HDD）との橋渡し役で、いわゆるVRAMとはまったく異なるものとなっている。GPUメモリよりも広範囲な情報を取り扱う。VRAMはGPUとシステムメモリあるいはストレージとの橋渡し役だ。

グラフィックボードに搭載されているメモリはあくまでもグラフィックに関する情報のみを保存する。GPUメモリもとても重要なパーツなので、軽視してはいけない。本体に搭載されるメモリ（メインメモリ）とは本質的に違うものになる。保持する情報に違いがあると考えれば十分だ。GPUメモリの容量が多いと下記のようなメリットがある。

GPUメモリの役割（中上級者向け）

次にGPUメモリがどのような用途で使用されているのかを知る必要がある。かなり簡略化しているが下記のような役割がある。初心者の方や簡単に役割を知れれば十分だという方はスキップしていただいても問題ない。

テクスチャの読み込み

テクスチャの読み込みが基本的な役割となる。テクスチャとは、ものの表面の質感をリアルに表現するために貼り付ける画像のことだ。車の汚れやシミを表現したり、ビルの模様を表現したりするのに利用される。リアリティを出すために必須の技術だと言える。メモリにロードされるテクスチャのサイズは、プレイしているゲームおよびゲームにセットされている質によって異なる。

例としては、スカイリムの高解像度テクスチャでは3GBのテクスチャが含まれている。ほとんどのアプリケーションは必ずしもすべてのテクスチャがGPUメモリに残るわけではなく、動的に必要な時にテクスチャをロードしたり、アンロードしたりする。ただし、特定のシーンを描写するために必要なテクスチャは必ずメモリに保持される必要がある。

フレーム・バッファーの保持

フレーム・バッファーの保持という機能も持っている。ディスプレイに送られる前または間に画像が描写されると、そのイメージを保持するためにGPUメモリが使用されるのだ。フレームバッファとは、複数のレイヤーにあるオブジェクトを一枚にすることを指している。このように、メモリの使用量は出力する解像度やバッファーの数に依存することになる。

解像度が1920×1080×32の場合は8.3MBで、3840×2140×31の場合は33.2MBとなる。特定のアンチエイリアス処理（FSAA、MSAA、CSAA、CFAAが対象でFXAAとMLAAは対象外となる。）は描写されるべきピクセルの数が飛躍的に増加するので、それらは全体的に必要なGPUメモリの量を増加させる。

とくに描写ベースのアンチエイリアス処理ではメモリー使用量に甚大な影響を与え、サンプルサイズが増加するにつれてさらに増えることになる。追加のバッファーはさらにGPUメモリを消費する。

Zバッファーの保持

GPUメモリにはZバッファーを保持するという役割がある。Zバッファーとは、深度情報の活用によって3次元画像の表示を高速化する技術のことだ。GPUメモリにはこの深度情報を格納することになる。GPUメモリ容量が多ければより速く処理を行うことが可能だ。ゲームプレイというよりもクリエイター作業におけるメリットだと言える。プロフェッショナル向けのNVIDIA RTX Aシリーズ/NVIDIA Tシリーズは、GeForceに比べてGPUメモリ容量が多く、要求されるGPUメモリ容量多いことがわかる。

ゲーミングPCに必要なGPUメモリ容量は？

現行のグラフィックボード搭載メモリ容量一覧

最低限必要なGPUメモリ容量は2GBだが…

ゲームプレイを考えた際に最低限必要なGPUメモリ容量は2GBだ。Pascal世代のGeForce GTX 1050あるいはMaxwell世代のGeForce GTX 950あたりが最低ラインとなる。ここ最近はGeForce GTX 1050でもGeForce GTX 950でも性能面ではやや厳しくなってきているのは事実だ。GeForce GTX 700番台のGeForce GTX 750 Tiだと1GBだったが、2024年時点では1GBというのは通用しない時代になった。理想を言えば6GB以上を基準にしたいところだ。

現行のグラフィックボードだと、ローエンドのGeForce RTX 3050でも8GBのGPUメモリ容量を搭載している。今後は8GBあるいはそれ以上が当たり前の時代が来るだろう。旧世代ならGeForce GTX 1650で4GB、GeForce GTX 1660で6GB、GeForce RTX 2060 SUPERで8GBとなる。基本的にGPUメモリ容量は「グラフィックボードの性能に依存する」と考えておけばいいと思う。情報の蓄積量と処理速度が関係する以上、基本的に性能が高いグラフィックボードほどメモリ容量も大きくなっていく。

同じ型番でもGPUメモリ容量の異なるモデルがある

同じ型番でもGPUメモリ容量の異なるラインナップが発売されている。基本的には大容量のGPUメモリ搭載モデルは。容量の少ないモデルと比べてスペック・パフォーマンス共に高い。たとえばAmpere世代のGeForce RTX 3080ではGeForce RTX 3080 10GB搭載モデルの上位モデルとして、GPUメモリ容量が12GBのGeForce RTX 3080 12GBモデルがリリースされた。ハイエンドクラスのグラフィックボードならGPUメモリ容量が増えるのは大きなメリットだ。また、純粋にCUDAコア数が増えたり、クロック周波数が引き上げられたりとスペックの強化がされたバージョンと考えることもできる。

現行のAda Lovelace世代でも、元々はGeForce RTX 4080 16GB・GeForce RTX 4080 12GBと2種類がリリースされる予定だった。ところが、スペック差・性能差が大きいことからSNSなどで注目度が高まり、結果的にGeForce RTX 4080 12GBはGeForce RTX 4070 Tiへとリネームされた経緯がある。GPUメモリ容量違いとは言っても性能差が大きすぎるとこのような事態になってしまう。GeForce RTX 4080ならその枠組内で収める必要があるということだ。GeForce RTX 4060 Tiでは8GBと16GBモデルがそれぞれリリースされる。どのぐらいの性能差があるのか気になるところだ。

Pascal世代で人気を博したGeForce GTX 1060にもGPUメモリ容量の異なるラインナップがあった。GeForce GTX 1060 6GBとGeForce GTX 1060 3GBで、GPUメモリ容量6GBの方が性能で上回っていた。ただし、ミドルクラスのモデルはそれほど恩恵があるわけではない。性能差はGeForce RTX 3080ほど顕著ではない。動画のエンコードなどのクリエイター作業では差が広がる可能性がある。AMDもRadeon RX 570のように、GPUメモリ容量が8GBと4GBといったように異なるモデルを販売していた。

それより以前のグラフィックボードの場合、メモリ容量は多い方がよいのかどうかを決めるのはより難しくなる。たとえGPUメモリが多いとしても、処理速度が遅いグラフィックボードだと結局メモリ容量をうまく活かせなくなるからだ。一例を挙げるならば基本的にGeForce GTX 760のGPUメモリは2GBだが、4GBのモデルも存在している。この2GBと4GBではどちらの性能がよいかと言われるとほぼ同等の性能と答えるのが正解だろう。

グラフィックス処理性能はそれほど高くないモデルで、GPUメモリ容量がそれほど大きな影響を与えることはないからだ。グラフィックボード自体の性能によってアッパーが決まってしまうことになる。GPUメモリ容量の使用量が大きくなるタイトルであれば、4GBバージョンのGeForce GTX 760がよいと思ってしまうかもしれない。しかしながら、事実はそうでもないこともある。というのも、性能自体はどちらもGeForce GTX 760なのだからメモリが大きくなろうと処理性能に違いはない。

容量が大きくなることによって理論上はスムーズに処理できるはずだが、処理速度が追いつかずに遅延の原因となることもある。GeForce GTX 760では元々の性能がそこまで高くないことであまり意味がないと一蹴されたが、当時のハイエンドモデルであるGeForce GTX 780 Tiがメモリ2倍となれば話は別だ。それこそGeForce GTX 780 Tiに「6GB版が出る」と話題になったように、もしも全世界で発売されていたら世界はGeForce GTX 900番台の登場前に大きな衝撃を受けただろう。

GeForce RTX 4060 Tiの登場はGPUメモリ容量に関する議論を呼んだ

2023年5月にGeForce RTX 4060 Tiがリリースされたが、GPUメモリ容量の少なさで多くの議論を呼んだ。メモリバスも192 bitから128 bitへとダウングレードされてメモリバス帯域幅も狭い。確かに旧世代のGeForce RTX 3060 Tiが8GBで、下位モデルのGeForce RTX 3060では12GBだったことを考えると物足りなさがある。最低でも12GB、できれば16GBは欲しかった。今後GeForce RTX 4060 Ti 16GBもリリースされるものの$100アップは痛い。GeForce RTX 4060 Ti 8GBの価格でGeForce RTX 4060 Ti 16GBが購入できていれば、ユーザーの評価も変わったのかもしれない。実際のベンチマークを見ると、GPUメモリ容量が違ってもパフォーマンスはほとんど同じだ。

出典：（NVIDIA, 2023）

NVIDIAによると、GPUメモリ容量が少なくかつメモリ帯域幅が狭くてもパフォーマンス面には大きな影響がないということだ。メモリサブシステム全体で理解する必要がある。L2キャッシュ容量を増やすとキャッシュヒット率が上がり、VRAMアクセスの減少を見込める。結果的にGPUメモリ容量を極端に増やす必要がない。トラフィックの減少は、メモリ帯域幅をより効率よく使用させてくれる。理論上288.0 GB/s→554.0 GB/sまで跳ね上がるのだ。フルHDにおいてそれほど影響はなさそうだが、高解像度になるとややGPUメモリがボトルネックになっているふしがある。もっともGeForce RTX 4060のターゲットがフルHDなので大きな問題ではない。

GeForce RTX 3080 12GB/10GBのベンチマーク比較

ハイエンドクラスのGeForce RTX 3080になるとGPUメモリ容量の差がパフォーマンスの差につながっている。もっとも両者の場合、CUDAコア数・メモリバス・メモリバス帯域幅にも差が付けられている。GeForce GTX 1060やそれ以前のモデルよりも差が大きいと考えてよい。

Borderlands 3

Far Cry 6

Watch Dogs Legion

GeForce GTX 1060 6GB/3GBのベンチマーク比較

参考までにGeForce GTX 1060 6GB及び3GBのパフォーマンスを比較していく。基本的にGeForce GTX 1060 6GBの方が性能が高いと考えてよいだろう。ただし、やはりグラフィック処理性能が変わるわけではなく大きな差があるというわけではない。

Battlefield 4

Grand Theft Auto 5

Rise of the Tomb Raider

マーケティング手法として使われるというお話

GPUメモリの過信は禁物

GPUメモリに関してはいろいろな憶測が飛び交っている。GPUメモリ自体がビデオカードの販売メーカーによってマーケティングの道具として使われることがある。どういうことかというと、ゲーマーの多くは、何事も多ければ多いほど質がいいものと信じている。そのため各メーカーはメモリ容量の多さを強調しがちだ。メモリ容量を大きく売り出しプロモーションの強化を図る。

結果として、不必要に多くのVRAMが搭載された入門用ビデオカードをユーザーが購入してしまうのは当然かもしれない。あなたの環境でどれぐらいの性能が必要かを吟味しよう。そして、その性能を基準にグラフィックボードを選べば失敗を未然に防げる。GPUメモリ容量を基準にすることはNGとなる。Pascal世代以降のグラフィックボードではそれほど心配しなくてもよい。

GPUメモリ＜グラボ性能

2GB搭載GPUが、1GB搭載GPUよりも処理性能に優れているというのは時に真実ではない。メーカーが時に安価なグラフィックボードにも多くのメモリを搭載して、多くのマージンをとるということ自体驚くことではない。多くのメモリを積んでいるグラフィックボードの方が、速くなると信じている人がいるので販売側にとってはおいしい話だ。

当然GPUメモリを増やせば販売価格を高く設定することが可能になる。ビデオカードが搭載してるメモリ容量というものは、基本的に製品のパフォーマンスに影響を与えることはない。もちろんGPUメモリ容量負荷が高くすべてのメモリを使用できる環境にある場合は例外だ。それでは多くのGPUメモリがあるのはどういうときに効果があるのだろうか。それは基本的には高解像度でのゲームプレイやクリエイティブ作業ではないかと思う。

当記事のまとめ

グラフィクボードのメモリ（GPUメモリ）とは、グラフィック情報を一時的に保存しておくためのパーツだ。GPUメモリはグラフィックボードの内部に搭載されている。美しい映像をリアルタイムに映し出すためには、メモリに情報を移して効率化する必要があるのだ。GPUメモリは本体にあるシステムメモリと異なるものとなっている。

GPUメモリの大きさは必ずしもゲームプレイに影響を与えないことがある。GPUメモリが多ければ多いほどよいと考えるのは、グラフィックボードを販売している側の策略かもしれない。特にミドルクラス以下のモデルだとそれほど大きなインパクトはない。実際に容量の差を体感することはできないので深刻に考える必要はない。

一方で、GeForce RTX 4080やGeForce RTX 3080のようなハイエンドクラスのモデルになると、GPUメモリ容量の差が大きな性能差につながることがある。もちろんスペック差が大きいことも影響している。メーカー側が明らかな差別化を図っているのだ。PUメモリは補完的に考えてグラフィックボード自体のパフォーマンスを重視するのがオススメだ。

参照外部サイト

• GeForce RTX 40 シリーズ グラフィックスカードにおけるVRAMの詳細（NVIDIA, 2023）