CPUとは?【なるべくわかりやすく解説】

PC用CPUの基本的な事について簡単に解説しています。2022年版の、主にデスクトップPCおよびノートPC向けの話になります。

CPUとは?

CPUとは?
  • CPUはPCの頭脳
    CPUはPCの頭脳とよく表現されるパーツです。PCの中心となって処理を行うパーツとなっており、CPUの性能がPC全体のパフォーマンスを左右するため、非常に重要なパーツです。基本的にどんな用途のPCでもCPUは重要なので、PCにおいては最も重要なパーツと言っても過言ではありません。
  • ただし、画像処理は別ユニット(GPU)が担当
    先に述べたようにCPUはPCの中心となるパーツですが、画像処理に関しては基本的にGPUと呼ばれる別のユニットが担当する点に注意が必要です。たとえば、処理の負荷が大きい3Dゲームなどは、いくら高性能なCPUを搭載してもGPUの性能が低ければパフォーマンスは上がりません

本記事で取り扱うCPUとは、PCの中心となって処理を行うパーツのことを指します。PCの頭脳とよく表現される、PCにおいて最も重要なパーツと言っても過言ではないパーツになります。

CPUという名称は「Central Processing Unit(セントラル プロセッシング ユニット)」の略称で、直訳すると「中央処理装置」となります。翻訳通り、PCのシステムの中心となって処理を行うパーツです。PCのとも言えるパーツとなっており、CPUの性能がPC全体に影響を及ぼすため、PCの性能を決定付ける非常に重要なパーツとなっています。

CPUの性能が高いほど動作は快適で重い処理もこなせるようになり、CPUの性能が低いほど動作はもっさりして重い処理が厳しくなります。そのため、出来れば高性能なCPUを搭載することが望ましいですが、高性能なCPUほど高価な他、消費電力・発熱が多いなどのデメリットもあります。

また、CPUはPCの中心となるパーツですが、画像処理に関してはGPUという別ユニットが担当す点は注意が必要です。これは、画像処理(特に動画)は負荷が非常に大きい処理であるため、汎用プロセッサであるCPUにとっては荷が重い処理であるためです。そのため、画像処理に特化したGPUというユニットが担当することが基本となっています。

性能・仕様について

次に、CPUの各仕様についてざっくりと説明しています。

まずは各項目を箇条書きにしたものを下記に記載しているので、そちらを見た後、各項目を見ていきたいと思います。

CPUの項目まとめ
  • コア:核となる部品
    CPUのメインの処理を行う核となる部品です。コア数が多いほどCPU全コアでの処理の能力が上がり、複数の処理を並行して行う場合(例:ゲーム配信)や膨大な量のデータ処理(例:レンダリング)で有利になります。
  • スレッド:仕事の単位
    コアが行う仕事の単位です。ざっくり分かり易くいうと、システム上で認識するコア数といった感じ。
  • クロック(動作周波数):データ処理の速度
    CPUのデータ処理の速度を示す指標です。単位はHz(ヘルツ)。
  • TDP(熱設計電力):おおまかな消費電力
    消費電力のおおまかな目安となる値です。単位はW(ワット)。高性能なCPUでは表向きのTDPは最大消費電力を示している訳ではないことも多いので注意。あくまで目安。高性能なCPUではTDP PL2の方を参照することを基本としましょう(2022年9月時点)。
  • メモリ:CPUの作業スペース
    メモリはCPUの作業スペースです。基本的にCPUとは別にPCの基盤上に搭載されています(一部製品ではチップ上に実装しているものもあります)。
  • キャッシュメモリ:よく使うデータを格納
    キャッシュメモリは、メインメモリとは別にCPU自体に搭載しているメモリです。よく使うデータを格納しておき、処理の効率化を図ります。
  • プロセスルール:配線の太さ
    CPUの配線の太さです。単位はnm(ナノメートル)。細いほどより複雑な設計が可能になるため効率化が図れる他、消費電力の面でも有利です。
  • ベンチマークスコア:性能を数値化したもの
    CPUの処理性能を数値化したものです。専用のソフトを用いて測定します。様々な種類があり、測れる性能の傾向などが異なります。有名なソフトはPassMarkやCinebenchなど。


コア:実際に処理を行う部品

コアの要点
  • コアは実際に処理を行う部品
    コアはCPUのメインの処理を行う部品です。そのため、コアの性能がCPUの性能を最も大きく左右します。
  • コア数が多いほど高性能になる
    単純にコアの数が多いほどCPU自体の処理性能は向上します。他にもCPUの処理性能を上げる手段はありますが、最も手っ取り早くCPUの処理性能を上げることが出来ます。コア数が多いほど複数のアプリケーションを同時に動作させる「マルチタスク」や、データ量の非常に大きい処理(レンダリングなど)などで有利になります。
  • コア数が多いほど発熱・消費電力は多くなるし、コストも高くなる
    コア数が多くするとCPUの処理性能は上がりますが、逆にデメリットもあります。主なデメリットは発熱・消費電力が多くなることと、コストが高くなることです。発熱や消費電力が多くなると、冷却や電源でより高い性能が求められるため、特にノートPCやタブレットなどのモバイル端末では痛いデメリットです。また、コア数を増やすことは単純にコスト増大に繋がるため、コア数が多く高性能なCPUは高価になってしまう点も要注意です。

CPUのコアは処理を実際に行う部品です。コアはCPUの性能に直結する部品となっているため非常に重要です。

コアが処理を行う訳なので、コアの数が出来るだけ多い方がCPU全体としては高性能となります。コア数を増やすというのはCPUの性能を向上する最も効果的かつ手っ取り早い方法です。そのため、現在では処理性能を上げるために一つのCPUの中に複数のコアが存在する「マルチコア」が主流となっており、2022年8月現在のデスクトップ向けCPUでは、個人向けでも最高16コアにまで達しています。

もちろん1コアあたりの性能を向上させることでもCPUの性能向上には貢献しますが、コア数を増やすよりも性能の向上率は小さく、技術的にも難しいため、CPUの性能向上のカギは、どれだけコアを省電力かつ小さくして、一つのCPUの中にたくさん収められるかという感じになっています。

ただし、CPUのコア数が増えるというのは、電力を消費する部品が増える、熱源が増えるということでもあります。そのため、コア数が増えるほど発熱と消費電力が多い傾向があります(コア自体の仕様にもよるけど)。また、コアを多く搭載するということはコストが増えることでもあります。コア数が多いほどCPU自体の価格も高い傾向があります。

このように、コアを増やすことは性能を向上させる非常に大きなメリットがある反面でデメリットもあるので、一概にコア数が多いほど良いCPUとは言えない点に注意です。特に、重い処理を想定していないユーザーは、適度なコア数の安価なCPUの方が実用性もコスパも良くなる可能性が十分にあります


スレッド:コアが行う仕事の数

スレッドの要点
  • 原則は1コアにつき1スレッドだけど、SMTという技術で1コア2スレッドのコアも一般的
    スレッドは、ざっくりいうとコア行う仕事の数を表すものです。コアあたりのスレッド数は原則では1ですが、同時マルチスレッディング(SMT)という1コアで2スレッド処理を実現する技術があり、1コアで2スレッドのコアも一般的となっています(ちなみに、IntelではSMTではなくハイパースレッディングと呼称しています)。システム的には1コア2スレッドのコアは2コアと見えているような感じとなっているので、スレッドは「システム上で認識するコア数」と考えても分かり易いかもしれません。
  • SMT(1コア2スレッド)を使用すると、コアあたりの処理性能は向上するけど、消費電力と発熱も増える
    SMTを使用して1コアで2スレッドとして運用すると、1コアあたりの処理性能は大きく向上します。直接コアを増やすよりもコストを削減できるため、少ない費用で性能を大きく伸ばせる嬉しい技術です。しかし、1コアに掛かる負荷も当然増えるので、発熱や消費電力も増えます。

CPUの仕様を見る際、「8コア16スレッド」や「8C16T」など、スレッドという仕様を目にすることがあります。

コアと一緒に表記されているためややこしいですが、このスレッドとは、コアのようなパーツのことではありません。簡単にいうと、CPUのコアが行う仕事の単位を指します。

スレッド数が多いほど仕事の手数が多くなり作業を効率的に分担できるため、重い処理での処理に掛かる時間が短くなります。特にエンコードやレンダリングなどの膨大な量の処理や、マルチタスクの処理などで有利に働きます。

このスレッドは、原則は1コアにつき1スレッドで「1コア=1スレッド」で、1つのコアが1つの仕事を担当するという形です。しかし、この使い方だと、たとえば10の仕事がある場合でも8つのコアで対応しなければならずに効率が悪くなるケースが考えられます。スレッド数が少ないと、パフォーマンスの低下や処理効率の低下の可能性が高くなるため、スレッド数は出来るだけ多い方が良いです。

そこで出てきた技術が「同時マルチスレッディング(SMT)」です。これは疑似的に1コアを複数コア(2コア)に見せる事で、1コアで2スレッドを処理するという技術です。IntelではSMTではなくハイパースレッディング(HT)と呼称しています。現在ではこの技術を使用したCPUが一般的となっています(例:8コア16スレッドCPUなど)。仕組み的にはスレッド数はシステム上で認識するコア数と考えても分かり易いかもしれません。

このように、1コアを2コアとして扱うことで、コアの性能を最大限活かしつつ、効率よく処理を行うことができるため、非常に有益です。単純にCPUの最大性能を押し上げることにも繋がるので、コスパ面でもプラスです。

ただし、1コアを2コアとして扱うということは、コアあたりの負荷が重くなるため、消費電力の上昇が懸念されるというデメリットもあります。

同時マルチスレッディング(SMT)※Intelではハイパースレッディング(HT)

同時マルチスレッディング(SMT)は、1コアで複数スレッド処理を実現する技術です。コアの物理的な仕様を変えずに性能を上げることが出来る非常に有益な技術です。デメリットとして、未使用時より高負荷時の消費電力や発熱が増加するなどの点もありますが、基本的に低負荷時には問題にならないものですし、コアの物理的な仕様を変えずに性能を上げれるというのは非常に魅力的です。無いよりは絶対あった方が良い有益な技術です。ちなみにハイパースレッディングというのはCPUの大手メーカー「Intel」の商標で、PCにおけるCPUが長期間「Intel」製CPUがほぼ一強状態だったために普及しましたが、他メーカー製CPUだとこの名前は使えないため、同様の技術の広義的な名前であるSMTSimultaneous Multi-Threading、同時マルチスレッディング)と呼ばれます。


動作周波数(動作クロック):データ処理の速度

動作周波数(クロック)の要点
  • 動作周波数(クロック)は処理の速度
    クロックはCPUのコアのデータ処理の速度を示します。基本的にGHzという単位で表されます。そのため、クロックが高いほどコアの処理性能は高くなります。
  • クロックが高くなるほど発熱と消費電力は多くなる
    クロックを上げると処理性能を向上させることができますが、負荷が高くなるため、発熱と消費電力も増えてしまいます。

動作周波数(動作クロック)は、CPUのデータの処理の速度を示すものです。GHzという単位で表されます。

クロックが高いほど高い性能を発揮する事が可能になりますが、クロックを上げるほどコアの負荷が大きくなり、消費電力や発熱が増加するというデメリットがあります。

また、クロック以外でもIPC(クロックあたりの命令数)や、レイテンシ(遅延)など性能を左右する項目はたくさんあるため、動作クロックが高いから性能が高いとは限らない点も留意しておきましょう。

2022年現在ではCPUの多コア化が進んでおり、以前よりも並列化処理の効率化やコアやCPU自体の設計の改良など、他の性能向上の余地が大きくなっていますし、CPUにおける性能の重要度としてはやや低くなっている印象です。

ただし、クロックは物理仕様を変えないで性能を上げることが出来、ユーザー側からも環境によっては変更することが出来るのは強みです。オーバークロックなどは有名なクロックを上げることで性能を上げる手段です。

参考:オーバークロック(OC)

CPUによっては「オーバークロック(略称:OC)」という、本来の仕様よりも動作周波数を引き上げることができるものがあります。これを利用すると、CPUの性能を従来より引き上げる事が可能です。しかし、想定されていない発熱の増加が発生する可能性があるため、故障のリスクが高まります。上級者向けの機能で、基本的に推奨されません。


TDP(熱設計電力):発熱や消費電力のおおまかな目安

TDPの要点
  • TDPは発熱や消費電力のおおまかな目安
    TDPは熱設計電力の略称で、大体の発熱や消費電力の目安となる指標です。TDPの値を見て使用するCPUクーラーや電源ユニットを決めることになります。ただし、見るのはTDPの最大値という点に注意が必要です(詳細は下記から)。
  • TDPは高性能CPUでは段階的に複数設けられており、最大消費電力は表向きの数字とは基本異なる点に注意(2022年時点ではPL2の値が基本的に最大値)
    TDPは発熱や消費電力の目安となる数値ですが、2022年現在では高性能CPUの表向きのTDPの値はあまり意味を成していない場合も多い点に注意が必要です。これは、TDPが段階的に複数設けられているCPUが一般的になってきているためです。高負荷時には基本的に最終段階のTDPで動作しますが、表向きの表記されるのは一段階目のTDPのみの場合が多いので、これに騙されないようにする必要があります

ここまで「消費電力」や「発熱」という言葉を何度も出しましたが、これらに関わるのがTDPです。

TDP(Thermal Design Powerの略)は、直訳すると熱設計電力です。大体の消費電力や発熱量の目安として扱われています。単位はW(ワット)です。TDPの数値を見て、CPUクーラーの冷却性能はこれくらいあった方が良いとか、電源ユニットの容量はこれ以上はあった方が良いとかの判断基準にします。

ただし難しいのは、基本的に表向きに表記されているTDPの数値は基本最大消費電力を表したものではない点です。たとえば、TDPが65Wと表記されているCPUだからといって、最大の消費電力が65Wとは限らないという事です。

一つ例を挙げると、「Core i7-12700」というCPUのTDPは65Wと表記されていることが多いですが、実際の最大消費電力に当たるのはTDP PL2(2段階目のTDP)にあたるMTPと呼ばれる設定値で、これは180Wです。実際の最大消費電力はおおよそ180Wとなっており、65Wよりも圧倒的に多い事がわかります。

このようにTDPの扱いには少し注意が必要です。実際の最大消費電力の値はメーカーの公式スペック表には記載されている場合もありますし、無い場合でもPC上でCPUの仕様を調べるソフトなどを利用すれば大体見れるので、レビューなどを見ると分かる事もあります。

2022年現在では主にTDPの2段階目が最大値となっていることが多いですが、先のMTPのようにメーカーごとに異なる名称を使用していたりするので少し分かり難いです。基本的にはTDP PL2などで検索するのが調べやすいと思います。下記にざっくりと再度解説を載せているので、良ければ参考程度にご覧ください。

TDP:PL1とかPL2

もう少しだけ詳しくTDPについて触れています。先に一番に表記されているTDPが最大消費電力ではないということを書きましたが、これはどういうことかというと、2022年現在のCPUではTDPが複数設定されていることが多いためです。負荷や熱状況などに応じて、稼働状況(電力制限)が切り替わるのが一般的です。

各電力設定の名称はメーカーや製品によって異なりますが、便宜上全てTDPとして扱います。仕組みとしては、TDPが2段階用意されているCPUでは、第一段階のリミッター(TDP PL1)があって、余裕がある場合に条件付きで更に緩いリミッター( TDP PL2)を利用するという感じが多いです。2022年現在ではまだTDPは2段階目までのCPUが一般的なので、ほとんどの高性能CPUはこのような感じで動作します。

一般的にCPUの仕様として一番に表記される「TDP」というのは第一段階のリミッター値(TDP PL1)ですが、この数値は負荷がそこまで重くない場合や、CPUの熱や電力状況が制限値を超えている場合のものです。ですが、TDPを見てCPUクーラーや電源ユニットを選ぶ際に必要となるのは最大値で、TDP PL1では無い点に注意してください。TDP PL1はノートPCやタブレットなどのモバイルデバイスではまだ意味のある数値ですが、高性能なデスクトップPCにおいては、十分に冷却性や電力が確保されている場合が多く、大きな意味を持たないことも多い数値となっています。

そのため、先にも触れましたが、出来るだけ正確なCPUの最大消費電力を知りたい場合には、TDP PL2の数値を調べるか、実測レビューを参考にする必要がある点に注意が必要です。

余談になりますが、PCにはCPUの他にも消費電力が非常に多いパーツに「GPU」というものがあります。このGPUにもTDPが示されていますが、こちらはCPUと違って最大消費電力とほぼ一致しているため、念のため注意です(2022年現在)。


メモリ:CPUの作業スペース

メモリはCPUそのものに関わることではないですが、関係性が強いため軽くここでも触れておこうと思います。

メモリの要点
  • メモリはCPUの作業スペース
    メモリはCPUの作業スペースとなるパーツです。CPUの足を引っ張らないように、適切な容量を搭載することが求められます。ただし、用途やCPUの性能によってはメモリを大容量搭載しても無駄になる可能性もあるので、多ければ良いというものでもありません。

メモリはCPUの作業スペースとよく表現されるパーツです。メモリ容量が少ないとCPUが満足に作業できないため、適切な容量を搭載する必要があります。

また、CPUの内蔵GPU時には、GPUは基本的にこのメモリを利用することになるため、より重要度が増します(内蔵GPUについては後述しています)。


キャッシュメモリ:よく使うデータを格納

キャッシュメモリの要点
  • キャッシュメモリはよく使うデータを格納
    キャッシュメモリは、CPUがよく使うデータを格納し、必要になった先にすぐに取り出して使えるようにしておく場所です。これによって処理の効率化を図ります。
  • CPUの自体に搭載
    CPUの作業スペースとしては前述のメモリがあります。これは基本的にCPUとは別に搭載されますが、キャッシュメモリはCPU自体に搭載されます。そのため、より遅延が少なくアクセスすることが可能となっていますが、後からの増設等や仕様変更は不可能となっています。
  • メインメモリよりも高速だけど容量が少ない
    キャッシュメモリは、メインメモリよりも高速なものが基本採用されます。その代わり、単価も高価になることもあって、搭載容量は非常に少ないです。2022年現在では、CPU用のメインメモリは8GB~32GBが主流ですが、キャッシュメモリはハイエンドCPUでも100MBに満たないことが基本です。

キャッシュメモリはよく使うデータを格納しておき、必要になったときにすぐに使えるようにしておく保存領域です。キャッシュメモリはメインメモリよりも高速かつ遅延が少ないので、出来るだけキャッシュメモリからデータを受け取るようにした方が処理が高速化されます。

容量が多い方がよく使うデータをより多く格納でき、より低速なメインメモリに頼る場面が減るため良いですが、高速な分高価なこともあり、メインメモリと比べると圧倒的に容量は少ないです。

2022年8月現在ではハイエンドCPUでも100MB未満が基本で、10MB増えるだけでも結構大きな向上という感じです。


プロセスルール:配線の太さ

プロセスルールの要点
  • プロセスルールは配線の幅
    プロセスルールとはCPUの半導体の回路の配線の幅を指します(以下プロセス)。単位はnmで、5nmのように表現します。ルールというと何かの決まりという印象を受けますが、細かい規定のようなものを表現するものではなく、単純に配線の幅と捉えて問題無いです。外国ではノードとかプロセスサイズと言ったりします。
  • 小さいほど良い(電力効率が良くなる他、配線の利用幅が広がる)
    プロセスは小さいほど良いです。配線の幅が広がるとより細かな回路設計が可能となりますし、消費電力も減るので電力効率も良くなります。良い事尽くめで、コスト面以外ではデメリットもありませんので、プロセスの微細化がCPU性能躍進の大きなカギを握っていると言っても過言ではありません。
  • IntelとAMDではAMDの方が先を行っている(2022年時点)
    2022年11月現在ではデスクトップ向けCPUの主要メーカーはIntelとAMDですが、各メーカーの最新CPUのプロセスルールは、Intelは10nmで、AMDは5nmです。プロセス微細化においてはAMDが一歩先を行っています。プロセスの微細化だけがCPU向け半導体の質の全てを決める訳ではないですが、2018年頃からずっとAMDが有利な状況が続いており、電力効率もAMDが優勢なので、プロセス面ではAMDが暫く有利という状況となっています。

プロセスルールはCPUの半導体の回路の配線の幅を指します。単位はnm(ナノメートル)。ルールというと何かの決まりや規定を想像してしまいますが、単純に配線の幅と捉えた方が分かり易いです。アメリカのレビューサイト等では一般的に「ノード」や「プロセス」や「プロセスサイズ」と呼んでおり、そちらの方が直感的で分かり易いと思います。

端的にいうと、プロセスルールは小さいほど良いです。デメリットもコスト増加の可能性や開発の難しさくらいで、性能面でのデメリットは基本的にありません。配線の幅が細くなると、より細かな回路設計が可能な他、トランジスタ等の部品を配置するスペースもより大きく取る事ができます。更には消費電力も少なくなるなど、良い事尽くめです。CPUの歴史を見てもプロセスの微細化はCPU性能の大きな底上げに貢献しているので、CPUの性能の躍進の大きなカギを握っています。ただし、単位がnmと非常に小さいですから、それを更に微細化するのは並大抵のことではありません。


ベンチマークスコア:CPU性能を数値化したもの

ベンチマークスコア
  • ベンチマークスコアはCPUの性能を数値化したもの
    ベンチマークスコアとは、CPUの処理性能をベンチマークテストを用いて測定して数値化したものです。CPU以外のプロセッサでもよく使われます。ここまでコアなどのCPUの仕様について説明してきましたが、そのような仕様だけでは各CPU間の性能差を測るには不十分なので、ベンチマークが用いられます。ベンチマークテストにはたくさんの種類がありますが、CPUにおいてはPassMarkやCinebenchというものが使用率が高い印象です。

CPUの性能は非常に重要ですが、上述したコアの数などから詳細な性能を知るには限界があり、実際に動作してみた性能の方が重要です。

そこで便利なのが、ベンチマークスコアです。ベンチマークスコアは、PCの処理性能を測る専用のベンチマークテストを用いて処理性能を数値化したものです。この数値を見ることで、CPUの性能をある程度知ることができるのでCPUを選ぶ際には必見です。

CPUでは「PassMark」や「Cinebench」などのベンチマークソフトが特に有名なので、選ぶ際には参考にしましょう。本ブログでもまとめた記事があるので、良ければ参考にしてみてください。

また、一口にCPU性能といっても、用途や処理によっていくつか種類があります。大きく分けると「マルチスレッド性能」「シングルスレッド性能」「ゲーミング性能(高性能GPU使用時)」という感じで見るのが、個人向けCPUでは一般的です。下記にざっくりと説明をまとめているので、良ければご覧ください。

各種性能について

CPUの各種性能のざっくりとした説明です。

  • マルチスレッド性能
    CPUの全力(全コア)での処理性能です。一般的なCPUの処理性能といえばこれを指します。マルチスレッド性能が高いと、単純に重い処理を行う際に有利になるのはもちろん、複数の処理を並行して行う(マルチタスク)際や膨大なデータ量の処理(レンダリングなど)の際に特に役立ちます。
  • シングルスレッド性能
    1スレッド(1コア)の処理性能です。シングルスレッド性能が高いとレスポンスが良くなる(サクサク動く)他、基本的にどんな処理に関しても有利に働く汎用性の高い性能です。高いマルチスレッド性能を持っていても重い処理をしないのであれば大して意味を成さない可能性もありますが、シングルスレッド性能は無駄になることがないため、重い処理を想定しないデバイスではマルチスレッド性能よりも重要な場合もあると思います。ベンチマークソフトではマルチスレッド性能と同時に測られることが多いです。
  • ゲーミング性能(外部GPU)
    高性能なGPU(グラボ等)搭載時のゲームパフォーマンスです。ゲームにおける描画処理の中心は基本的にGPUになりますが、ゲームではソフト内の圧縮されたデータを解凍するなどの処理が逐次大量に発生し、その処理に関しては基本CPUが行うため、CPUにもGPUが処理できるフレーム数に対して負けないくらいの処理性能が必要になります。CPUのゲーミング性能はIPC(1クロックあたりの処理命令数)やシングルスレッド性能が重要と言われています。ベンチマークテストもありますが、ゲーミング性能はGPUにおける比重の方が圧倒的に大きいので、同じGPUを用いて複数のCPUの多数のゲームの平均フレームレート(1秒あたりのフレーム数:以下fps)数を算出したりして調べたデータなどの方が信頼性は高いです。

内蔵GPU

内蔵GPUの要点
  • 内蔵GPUは画像処理用のGPUをCPUに統合したもの
    冒頭で触れましたが、PCの画像処理に関しては基本的に「GPU」と呼ばれるCPUとは別のユニットが担当します。GPUがないと画面に映像を出力できないため、実質的にGPUはPCにとって必須のパーツです。場合によってはグラフィックボードを搭載するなどして別に実装する事も可能ですが、利便性やスペースなども考慮してCPUにはGPUを内蔵しているものが多くあります。
  • 性能は単体のGPUと比べると低く、重いゲームや動画編集は厳しい
    内蔵GPUの性能は、グラフィックボードに搭載される単体のGPUと比べると大幅に低いです。そのため、基本的に重い3Dゲームや動画編集などに使うには性能不足な点には注意が必要です。上記のような用途で使いたい場合には、高性能な単体GPUを搭載したゲーミングPCやクリエイターPCと呼ばれるタイプのPCが必要になります。
  • 基本CPUのメインメモリを使用するので、メモリ性能が重要
    CPUの内蔵GPUは、基本的にCPUのメインメモリの一部を共有または割り当てられて使用します。そのため、メモリの性能が重要となります。特に、画像処理はデータ量が大きいため帯域幅が重要なので、帯域幅の広いメモリ(帯域幅はDDR4-3200とかの3200の部分)を使用すると内蔵GPUの性能を向上させることに繋がります。
  • 最近では性能が向上しており、高性能なものなら多少は重い処理もいける
    内蔵GPUでは重いゲームや動画編集は厳しいと前述しましたが、性能自体は最近かなり向上してきています。そのため、内蔵GPUでも特に高性能なものであれば、重いゲームや動画編集などの重い処理も多少はいけるほどの性能になってきています。

CPUにはGPUが内蔵しているものが多くあります。軽く前述しましたが、GPUとは画像処理に特化したプロセッサで、GPUは重いグラフィック処理でも重要ですが、単純にディスプレイ・モニターに映像をまとも表示するためにも必須のパーツなので、利便性やコスト面を加味して内蔵しているという感じです(一応GPUが無くても全く映せない訳ではないけど)。

デスクトップ向けCPUではGPUを内蔵していないものがあり、その場合には主にグラフィックボードを搭載する形でGPUを導入する必要があるので一応注意です。逆にデスクトップ向け以外のCPUでは基本的に内蔵しているため、画面出力という点で困ることはありません。

ですが、CPUにGPUが内蔵している場合でも、内蔵GPUの性能はグラフィックボードなどに搭載の単体GPUと比べると圧倒的に低いため、重いゲームや動画編集を用途とする場合にはグラフィックボードを搭載することが求められる点は注意です。

ただし、近年では内蔵GPUの性能も大幅に向上しています。以前は重いゲームや重めの動画編集をするならグラボは必須という感じでしたが、今では高性能な内蔵GPUなら多少重い処理もいけなくはないレベルにまで到達しています。

本記事はCPUの記事なので深くは触れませんが、最後に内蔵GPUの長所と短所を下記にまとめているので、参考程度に見てください。

内蔵GPUの良い点
  • 追加費用が要らない
  • 消費電力が少ない
  • 幅広い用途に最適化(多くのAPIに対応)
  • 重い処理(重い動画編集やゲームなど)をしないなら十分な性能

内蔵GPUの悪い点
  • 単体のGPUと比べると性能が大幅に低い
  • メモリが基本的にCPUと共有のため、低速で使える容量も少ない

参考

内蔵GPUについては、下記の記事でもう少しだけ詳しく解説しているので、気になる方はご覧ください。

内蔵GPUの性能をざっくり解説【性能比較】

関係性の深いパーツ

CPUとは別パーツですが、CPUと関係性の特に深いパーツについても軽くこちらで触れています。メモリについては前述したので、それ以外のものになります。

グラフィックボード(GPU)

(C) NVIDIA


グラフィックボードは単体のGPUを搭載したパーツで、内蔵GPUを大幅に上回るグラフィック性能持ちます。単体のGPUでは高速な専用のビデオメモリ(VRAM)が付属しているため、プロセッサの性能以外でも内蔵GPUと大きな差があり、特に高解像度のゲームや動画編集への対応力に関しては内蔵GPUの性能が多少上がったところで追い付くのは厳しいレベルです。そもそも2022年現在では内蔵GPUでは重い3Dゲームや動画編集を日常的にやるのはまだ厳しい状況なので、そのような用途でPCを使いたい場合にはグラフィックボードの搭載が実質必須となっています。近年ではPCゲームが流行しているため、主にゲーミング目的での採用が多いと思いますです。

しかし、グラフィックボードはその高性能なグラフィック性能と引き換えにデメリットがある点に注意です。

まず、グラフィックボードは非常に高価な点です。製品にもよりますが、重いゲームや動画編集もある程度対応できるものは、最低でも3万円程度のグラフィックボードを検討する必要があります(2022年8月時点)。3万円は高価だと思いますが、グラフィックボードにおいてはむしろかなり安価な方です。人気のコスパの良い製品は6~7万円程度のものになりますし、性能重視の高い製品だと10万円を超えるものもあります。このように、グラフィックボードは非常に高価なので、搭載PCの価格は非常に高額になる点は大きいデメリットです。

次に大きいデメリットは、消費電力が多い点です。これは、特にノートPC等のモバイル端末ではバッテリー持続時間の低下などにも繋がるので致命的です。そのため、モバイル端末においては高い性能があっても搭載していれば良いというものではなく、高いグラフィック性能が必要でないならむしろ搭載しない方が実用性は高くなる可能性が高い点は留意です。

他にもスペース面や発熱の点などのデメリットがあり、高い性能と引き換えに多くのデメリットをがあるのは留意しておくべき部分です。

CPUとの関連性という点では、先にも軽く触れましたが「ボトルネック」がポイントです。GPUにおけるボトルネックとは主にゲーム用途で言われる用語で、ざっくり言うとCPUの性能の低さが原因でGPUの性能を活かし切れていない状態のことを指します。

画像処理はGPUが担当するとはいえ、ゲームやソフトなどでは画像関連以外の処理も発生しますから、CPUも無関係ではありません。GPUが高性能であるほどフレームレートが上昇し、CPUももそれに応じた処理が必要となるため、そのGPUが処理できる膨大なデータ量についていける性能をCPUが持っていなければ、活かす事ができない可能性があります。

要するに、高性能なGPU(グラボ)の性能を最大限活かすには、それに見合った高性能なCPUが必要となります。

留意事項:GPU
  • ボトルネック
    GPUにおいては、CPUの性能の低さが原因でGPUの性能を活かしきれないことを指します。
  • 内蔵グラフィック(CPUの内蔵GPU)
    CPUにはGPUを内蔵しており、別途グラフィックボード等を用意しなくても良いものがあります。Intel製の主流CPUは、ほとんどがGPUを内蔵しています。ただし、内蔵GPUは、グラフィックボード等に搭載される単体GPUより性能は大きく劣るため、高画質の3Dゲーム等を動作させるのは難しいです。(2019年9月時点)

GPUについては、下記でもう少しだけ詳しく説明しています。良ければご覧ください。

GPU(グラボ)とは?【ざっくり解説】[/box]


CPUクーラー

虎徹 MarkII

CPUはその小さなユニットの中で膨大な量の処理を行うため、高負荷時には大きく発熱します。そのため、発熱の多いCPUでは冷却しながらの使用が必須です。その際に利用するのが「CPUクーラー」です。

高性能なクーラーを採用するとCPUが常に全力で稼働しやすくなりますし、電力効率も良くなるというデータもあるので(要確認)、高性能で発熱の多いCPUを採用する場合にはCPUクーラーも出来るだけ高性能なものを採用することが望ましいです。

以下はデスクトップ向けの話になります。

CPU自体にクーラーが付属しているモデルもあるため、別途の用意が必須という訳ではありませんが、付属のクーラーは基本的に性能が低く、安価な別売りクーラーより劣ることが多いので、静音性や冷却性にこだわりたいなら別のものを採用するのをおすすめします。

また、そもそもTDPが95W以上のモデルではクーラーが付属しないことが基本なので、クーラーは別途の用意は必須となっています。BTOパソコンや既製品のPCでは何かしらのクーラーが始めから取り付けられていますが、初期採用のものだとあまり良くない安価なものが採用されていることも結構多いので、高性能なCPUの場合にはチェックが必要です。

次に仕様面の話も軽くしていこうと思います。CPUクーラーにはの冷却方式は、大きく分けて「空冷式」と「水冷式」の2種類があります。下記からそれぞれについて軽く説明しています。

空冷

DEEPCOOL AS500 PLUS

冷却ファンが起こす風を利用して冷却する方法です。「ヒートシンク」と呼ばれる、熱伝導率の高い金属でCPUの熱を吸収し、そのヒートシンクを冷却ファンの風で冷やすことでCPUを冷却します。
水冷式と比べると安価な点や、故障率が非常に低くてメンテナンスもほぼ要らないなどのメリットがあり、採用率が非常に高いです。水冷の劣化と捉えている方も居るかもしれませんが、実際にはどちらが優れているというものではなく、双方の良さがある点は勘違いしないで欲しいと思います。
ただし、デメリットとして、搭載可能なファン的に水冷よりも最大冷却性能では劣る点や、PCケースのエアフローが非常に重要となる点、大きいサイズの空冷クーラーはPCケースの選択肢が狭くなることなどが挙げられます。

良い点

  • 水冷より安価
  • 故障率が非常に低い
  • CPU周辺のエアフローを強化できる

悪い点

  • 最大の冷却性能という点では水冷に劣る(主に搭載可能なファン的に)
  • 大型のものはケースやメモリの高さによっては使えない
  • エアフローがしっかりしていないと上手く機能しない可能性がある

簡易水冷

Corsair iCUE H115i RGB PRO XT

水冷クーラーは「冷却液」を冷却に利用するクーラーです。冷却液でCPUの熱を吸収し、熱くなった液体をラジエーター(ファン)で冷却し、また冷却した液でCPUの熱を吸収させる…という形で冷却液を循環させて冷却する仕組みのクーラーです。
水冷クーラーは搭載できるファンの仕様などの点から空冷よりも冷却性能を高くできるのが魅力です。空冷クーラーではスペース的に大きめのファンやファンサイズを増やしにくいですし、ファンの冷却性能を上げたらその分ヒートシンクも大きくしなければならないので、スペース的には厳しい仕様となっていますが、水冷クーラーはラジエーター(ファン)を別箇所に設置するので、設置難度は空冷よりも低く済みます。また、熱はPCケースの外に直接排熱されるので、エアフローが万全でなくてもPCケース内部に熱がこもりにくい点なども良い点です。
しかし、やはりデメリットはあり、空冷よりやや高価な他、高負荷時の継続使用で冷却能力が落ちる可能性がある、トラブル発生率が空冷よりは高い上に液漏れをした際のリスクが大きいなどが挙げられます。最近では故障率はかなり低くなり、メンテナンスも基本的に要らなくなったものの、空冷ではそのようなことを考える必要がないことを考えると、空冷にはないデメリットを抱えているという点のは留意しておいても良いかもしれません。空冷の上位互換では無い点は勘違いしないでください。

良い点

  • 空冷よりも冷却性能を高くできる
  • 熱をPCケースの外に排出できるため、ケースに熱がこもりにくい

悪い点

  • 空冷よりやや高価
  • ラジエーターを別箇所に設置しないといけない(ケースファンの搭載可能数が減る)
  • 環境によっては高負荷での継続使用で冷却能力が落ちる可能性がある
  • 確率自体は非常に低いけど、空冷よりはトラブルが発生する可能性が高いし、トラブルが発生した際のリスクも大きい

まとめ

最後に、全体の要点を箇条書きにしてまとめています。

CPUの要点まとめ
  • CPUはPCの頭脳
    CPUはPCの中央処理装置であり、CPUの性能がPC全体のパフォーマンスに影響するため非常に重要です。
  • コアが多い方が高性能だけど、発熱や消費電力が増える
    CPUはコア数が多い方が高性能で、複数の重いソフトを動作させる場合や、レンダリングなどの重い処理の際に有利に働きます。ただし、コア数が多いほど発熱や消費電力が増える傾向があるので要チェックです。高発熱・高消費電力のCPUを使う際には、CPUクーラーや電源に注意が必要です。
  • メモリがCPUの作業スペース
    PCのメモリはCPUの作業場になります。出来るだけ高速で容量が多い方が、CPUがより性能を発揮しやすいです。特に動画・画像編集ソフトなどはメモリを大量に消費する傾向があるので、注意しておくと良いかもしれません。
  • TDPは発熱・消費電力の大まかな目安(だけど、2022年時点では重要なのは基本TDP PL2)
    CPUの消費電力の基準として提示されているかにように思えるTDPですが、これはあくまで目安という点に注意です。2022年現在では高性能なCPUにおいては、表向きのTDPがあまり意味を成していない場合も多いです。TDP125Wでも最大消費電力は実はもっと多いという感じのことが基本です。最大消費電力を調べたいならTDP PL2にあたるものを調べる必要があります。
  • 内蔵GPUは軽いグラフィック処理なら十分な性能だけど、重い処理は厳しい
    CPUにはGPUを内蔵しているものが多くあります。その場合には別途GPU(グラボ)が必須ではありません。内蔵GPUの性能は近年急激に向上していることもあり、軽いグラフィック処理なら十分な性能ですが、未だに重いグラフィック処理(重いゲームや動画編集)は荷が重い点には注意です。
  • ゲーミングPCではボトルネックに注意
    ボトルネックとは、ざっくり言うと「CPU性能の低さが原因で、GPUが性能を最大限発揮できない」という問題のことです。そのため、高性能なGPUを搭載する場合には、CPU性能もそれに見合ったものが必要となる点に注意が必要です。

記事はここまでです。ご覧いただきありがとうございました。

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