CPUパフォーマンスに影響を与える要因とは？知っておくべきすべて

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市場に出回る最も高価なCPUを何千ドルもかけて購入すれば、確かに他の選択肢よりもパフォーマンスが向上します。しかし、それは次の tier のCPU、数百ドル安いものと比較してもせいぜい5～10％の改善に過ぎないことがあります。したがって、CPUパフォーマンスに影響を与える要因を知ることは、より良い購入決定を下すために重要です。

CPUとは

CPU（中央処理装置）は、コンピュータシステムの中で最も重要なコンポーネントの一つです。コンピュータシステムの「脳」としての役割を担い、すべてのデータ計算を行い、できるだけ早く処理されるようにします。

CPUはコンピュータの外側からは見ることができません。実際、完全に組み立てられたPCではCPUを見ることができません。それを見るには、コンピュータのケースを取り外し、ワイヤーを外し、ヒートシンク（およびファン）を取り外す必要があり、その後ようやくCPUの表面を見ることができます。CPUの形状は、下に多くのコネクタピンがある小さな四角いチップです。

以下の画像は、CPUの背面と上面を示しています。

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CPUの動作原理

シンプルに言えば、CPUの動作は以下の3つのステップで説明できます。

アプリケーションを実行するためにクリックすると、最初にハードディスク（時にはメモリから）から生の命令が取得され、CPUに送られます。
CPUが命令を受け取ると、論理を実行し、結果を計算します。
CPUが処理を終えると、結果をそれぞれのデバイスに送信してユーザーに出力します。

簡単に見えるかもしれませんが、これらの3つのステップは数秒内に完了しなければなりません。いずれかのステップに遅延が生じると、コンピュータがラグを引き起こします。

クロックスピード

すべてのCPUには、内部クロックが装備されており、作業の「リズム」を提供します。「クロックスピード」、別名「クロックレート」は、CPUが1秒間に実行できる操作の数を指します。

これは、通常CPUの名前の隣に表示されるHz（ヘルツおよび、それに伴うメガヘルツやギガヘルツはMHzやGHzとして見られる）で示されます。

問題は、速くするためにはCPUにより多くの電力を流す必要があり、それが熱を生じることです。4GHzの上限を超えると、CPUを十分に冷却するのが難しくなります。

HzでのCPUのパフォーマンスは、主にシングルスレッドアプリケーションに影響します。人気のあるChromeやFirefoxのような現代のソフトウェアのほとんどは、クロックスピードだけに依存するのではなく、マルチコア（次のセクションで詳しく説明）の利点を活かすように設計されています。一般に、コンピュータはクロックスピードが遅いマルチコアCPUの方が、単一コアのより速いCPUよりもパフォーマンスが良好です。

コアの数

実際の速度を上げることがますます難しくなったため、CPUメーカーはCPUにより多くのコアを追加してマルチタスク機能を持たせることにしました。

Cpu Performance Cores

マルチコアCPUを「2つ以上のCPUを同じパッケージにくっつけること」と説明するのは誤解を招きます。一般消費者にはそのように見えるかもしれませんが、実際の設計は単に2つのCPUを隣に貼り付けたよりもはるかに巧妙です。

同じダイ上で共存することで、マルチコアCPUの個々のコアは製造コストを削減し、パフォーマンスを向上させるためにリソースを共有します。たとえば、キャッシュメモリの一部、マザーボード上の他の要素への接続などを共有することがあります。

マルチコアCPUは、同質または異質です。同質CPUは、2つ以上の同一のコアを含みます。異質CPUは、異なるタイプのコアを含みます。たとえば、現代のスマートフォンのCPUには、一般的な操作に優れた中央コアと、写真撮影やAIなどを助ける複数の小型コアが通常含まれています。

CPUメーカーがGHz限界をさらに押し上げるのではなく、より多くのコアを追加することに注目を向けているため、現代のソフトウェアやオペレーティングシステムもそれに従いました。ほとんどの現代のソフトウェアはすでに複数のコアの利点を利用していますが、高い単一コア速度でより良く動作するツール、アプリケーション、さらにはゲームもまだ多く見つかるかもしれません。これは、一部の作業が単純に並列化できず、小さな部分に分割して複数のコアに分散できないために発生します。

キャッシュとアーキテクチャ

8ビット時代には、コンピュータのRAMはCPUに必要なすべてを提供するほど十分に速かった。しかし、CPUが速度を上げるにつれて、RAMはそれについていくのに苦労し始めました。そこで、キャッシュが導入されました。

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キャッシュは、実際には小さく非常に高速なメモリであり、RAMからの即時命令を保存するためにCPUに追加されます。キャッシュはCPUと同じ速度で動作するため、遅延なく最短時間でCPUに情報を迅速に提供することができます。

キャッシュには異なるレベルがあります。レベル1（L1）キャッシュは最も基本的な形式で、すべてのCPUに存在します。レベル2（L2）キャッシュは、より大きなメモリサイズを持ち、より多くの即時命令を保存するために使用されます。一般的に、L1キャッシュはL2キャッシュをキャッシュし、L2キャッシュはRAMをキャッシュし、RAMはハードディスクデータをキャッシュします。新しいマルチコア技術により、L3またはL4キャッシュも登場し、サイズが大きく、さまざまなコアの間で共有されます。

CPUとRAMの接続を大幅に高速化する方法が発見されれば、これらの重要性は将来的に低下する可能性があることは注目に値します。AMDが何らかの方法でこれを実現した可能性があり、これは彼らの次世代Zenアーキテクチャプロセッサが期待される理由の一つです。

上記は、CPUパフォーマンスに影響を与える要因です。IntelとAMDのCPUの違いや、AMD CPUの選び方についても知りたいかもしれません。