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CPUとは?【なるべくわかりやすく解説】

CPUの基本的な事について簡単に解説しています。

CPUとは

CPU(Central Processing Unit)は、PCの処理の中枢を担うものになります。人間でいう「頭脳」とよく例えられます。「頭脳」と例えられている通り、PCにとって非常に重要な部分になります。このCPUの性能が高いほどPCの全般的な処理の速度が速くなり、逆に低いほど処理が遅くなります。
ただし、画像処理に関しては主に別のユニット(GPU)が担当しており、CPUの性能の良さだけではカバー出来ないため注意です。
CPUのポイント
  • PCの頭脳ともいえる非常に重要なパーツ
  • ただし、画像処理は別パーツが主に担当しているため、CPUの性能だけではカバーできない

性能について

CPUの各種スペックについてのざっくりとした説明です。

ベンチマークスコア

ベンチマークスコアは、専用のソフトを用いて処理性能を数値化したものです。一律の基準がある訳ではなく、ソフトの種類や測定環境によって数値が変わってきます。CPUでは「PassMark」「Cinebench」などがよく用いられます。
また、ベンチマークスコアを基に、性能が大まかにランク分けをされている事があります。一般的なものを下記にざっとまとめたので、参考までに良ければ見てください。
参考:ベンチマークスコア
ランク 概要
ハイエンド 超高性能。トップ層のCPU群。
ハイクラス 高性能。ハイエンドには及ばないものの、十分な性能。
ミドルクラス 中の上くらいの扱い。一つ上に「アッパーミドル」という区分けが作られている事もある。
エントリークラス 中の中~中の下くらいの扱い。平均的な性能よりは低性能寄りという意味合い強め。
ロークラス 低性能。省電力モデルや古いCPUが多い。
ローエンド 超低性能。古いCPUが多い。

クロック周波数(動作クロック)

クロック周波数は、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。しかし、この数値が高い=性能が高いという訳ではありません。CPUの処理はクロック周波数だけでなく様々な要素が関わってくるためです。もちろん、処理性能を上げる要因の一つではありますが、クロック周波数だけでは性能の高さは決まらないという事を覚えておきましょう。また、クロック周波数を高くすると発熱が多くなるという問題点もあります。
オーバークロック(OC)
一部のCPUには、「オーバークロック」という、クロック周波数を引き上げる事が可能な機能ががあります。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。基本的には推奨されていません。
まとめ - クロック関連
  • 単位はGHzで、データの処理の速度を示す数値
  • クロック周波数が高い=性能が高いとは限らない
  • クロック周波数が高いほど発熱が多くなる
  • オーバークロックは高リスク

コア

コアはCPUの処理を実際に行う部品の名称です。CPUにとっての核といえる部分です。2019年現在では、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」が当たり前となっています。
【参考:コア数と呼び方】
コア数
1コア
2コア
4コア
6コア
8コア
呼び方
シングルコア
デュアルコア クアッドコア ヘキサコア オクタコア

CPUのコアについて特に重要なのは、コアを増やす事は性能の上昇に繋がりますが、多コアCPUが必ずしも高性能とは限らない点です。その点も含め、コアを増やす事によるメリット・デメリットをざっくりと下記にまとめてみました。

コアを増やす事によるメリット

  • 性能の向上
    コアの数を増やすと、CPU全体の性能は高くなります。コアを増やす最大のメリットです。
  • マルチタスクが得意
    多コアCPUは、複数のアプリケーションを同時に利用するマルチタスク処理が得意です。そのため、マルチタスク処理を多用するスマホやタブレットでは、コア単位の性能よりコア数が重視される傾向があります。

コアを増やす事によるデメリット

  • 1コアあたりの性能は低くなる
    複数のコアのCPUは、並列化処理という方法を用いて複数コアを実現しています。この並列化処理は、利用するコアの数が多いほど1コアあたりの性能が落ちてしまうという問題があります。
  • 発熱量が多くなる
    当然といえば当然ですが、コアの数を増やすほど発熱量が多くなります。PCにとって熱は天敵なので、発熱量が増える事は好ましくありません。
コア数が多いほど高性能とは限らない
まずPC初級者の人に覚えて欲しいのは、コア数が多いほど高性能とは限らないことです。

いくら多くのコアを搭載していても、一つのコアあたりの性能が低ければ、CPU全体の性能としてはさほど高くない場合もあります。
そのためコアの数だけではCPUの性能を測る事は出来ません。

スレッド

スレッドは、CPUのコアが行う仕事のことです。「スレッド」自体はあまり重要視される事はなく、一つのCPU(コア)が一度に処理できるスレッドの数が重要です。このスレッドの数のことを「スレッド数」と呼びます。コアと同じく、スレッド数が多ければ性能が高いとは限らず、質と数の双方が重要です。
また、1スレッドでの性能のことを「シングルスレッド性能」と呼び、CPU全体(複数スレッド)での性能を「マルチスレッド性能」と呼びます。これは高い事によるメリットがそれぞれ異なります。下記に、それぞれが高い事によるメリットをざっくりとまとめています。

シングルスレッド性能が高い事のメリット

シングルスレッド性能が高いと、低負荷な処理に掛かる時間が短くなり、体感でもわかる差が出ます。イメージ的には、荷物を運ぶ人の足の速さのような感じ。低負荷な処理は利用者の用途に関わらず発生するため、シングルスレッド性能は特に重要視されます。

マルチスレッド性能が高い事のメリット

マルチスレッド性能が高いと、高負荷な処理に掛かる時間が短くなります。イメージ的には、複数人で荷物を運ぶ際の一度に運べる総量という感じ。多い荷物を運ぶ前提です。具体的には、最新の3Dゲームやエンコード処理などで重要視される性能です。高いに越した事はないですが、用途によってはそこまで重要でない場合もあります。

スレッド数とコア数の関係
スレッド数は、コアの数と同じか2倍が基本的となっています。たとえば、4コアなら、4スレッドもしくは8スレッドという具合です。ですが、実は元々スレッド数は「1コアで1スレッド」というのが原則です。しかし、実際には「1コアで2スレッド」というCPUが山ほどあります。
これは、疑似的に1コアを2コアに見せる「ハイパースレッディング・テクノロジー」と呼ばれる技術によるものです。疑似的にコア数を増やし、より効率的に処理を行うことで、マルチスレッド性能を向上する事が目的の技術です。現在では、この技術を利用したCPUがメジャーとなっており「コア数=スレッド数」のCPUが少なくなってきました。ただし、ハイパースレッディングは、疑似的に1コアを2コアに見せているだけなので、コア自体の性能を向上させるものではありません。マルチスレッド性能は向上しますが、基本1スレッドあたりの性能はやや落ちてしまいます。
 
まとめ - スレッド
  • スレッドはコアが行う仕事
  • シングルスレッド性能が高い=低負荷な処理で有利
  • マルチスレッド性能が高い=高負荷な処理で有利

TDP

TDP(Thermal Design Power)は、熱設計消費電力の事です。単位はW(ワット)。大体の消費電力の目安程度のものと思って大丈夫です。なのですが、正確にはTDPは消費電力を表す指標ではなく、CPUの耐熱性を表した数値となっています。
ざっくりいうと、TDPは、「規定温度に達するまでは制限なく電力を使って稼働するよ~」的な意味合いの指標です。要するに、TDPが高いと高負荷時には高めの温度で稼働されてしまう(=消費電力が多くなる)、TDPの低いCPUでは高負荷時でも低めの温度で維持される(=消費電力が少なくなる)といった具合です。このように、TDPと消費電力には相関性があるため、消費電力の目安として広く扱われています。実際の最大消費電力は、TDPの1.5倍~2倍程度になるのが一般的です。また、あくまでTDPは「制限の掛かる数値」なので、TDPの高いからといって、常に消費電力が多いというわけではない点にも注意が必要です。
更に余談ですが、「オーバークロック」利用時には、このTDPの基準となる「動作クロック」が引き上げられます。そのため、「オーバークロック」利用時にはTDPの耐熱値をあっさりと超えてしまう可能性があるため、故障のリスクが高まります。
まとめ - TDP
  • TDPは消費電力の目安の指標(正確には耐熱性を表す)
  • 実際の最大消費電力は、合計TDPの1.5倍~2倍程度

他パーツとの関連性

メモリー

PCのメインメモリーは、CPUの作業スペースのような役割を持っています。メモリー容量が少ないと、CPUが満足に作業する事が出来ないため、処理能力を十分に発揮できません。そのため、CPUを能力をしっかり引き出すためにはメモリーは非常に重要です。また、容量だけでなく転送速度も重要です。特にAMD製のCPUは、メモリーの転送速度の影響を大きく受けるという特徴があるため覚えておくと良いでしょう。
メモリー
  • CPUの作業場のような役割を果たす
  • 一部のCPUは、メモリーの転送速度に性能を大きく左右されるものもある

グラフィックボード/GPU

GPUは画像処理に特化したプロセッサです。CPUの画像処理専門バージョンというと分かり易いかもしれません。しかし、じゃあCPUと関係が無いかといえばそうではありません。
GPUが行った処理結果を、ゲームなどのアプリケーションに反映させる最終的な処理はCPUが行っています。そのため、いくらGPUが高性能だったとしても、CPUが低性能では、その性能を活かす事が出来ません。GPUとCPUの性能のバランスが大事です。また、上記のような「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「ボトルネック」と呼びます。
ボトルネック
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「ボトルネック」と呼びます。
 

CPUクーラーについて

CPUはその小さなユニットの中で膨大な量の処理を行っています。そのため、発熱量が多く、冷却しながらの使用が必須です。ただ、PC利用者が必ず別途何かしなければいけない、という訳ではありません。既製品のPCのCPUには、冷却システムが当然備わっていますし、CPUをパーツとして購入する場合も、多くの製品にはCPUクーラーが付属しています。利用者が別途CPUクーラーを用意しなければならないのは、TDPが90を超えるようなハイエンド(超高性能)CPU限定です。

冷却方式

CPUの冷却方式は、大きく分けて「空冷式」と「水冷式」の2種類になります。シェアは、「空冷式」が圧倒的多数です(2019年現在)。また、水冷式は更に「簡易水冷」と「本格水冷」に分けられます。「本格水冷」は、CPUだけでなくPC全体を冷却する事も目的としたものです。費用と手間の面で一般人には現実的ではありません。そのため、「水冷式CPUクーラー」と言えば一般的に「簡易水冷」の事を指します。
空冷式CPUクーラー
扇風機のような冷却ファンが起こす風を直接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を冷やし、ヒートシンクと密着させたCPUを冷却します。
水冷式CPUクーラー
細かいシステムは複雑なため省略しますが、文字通り「水」を冷却に利用します。基本的に空冷クーラーよりも高い冷却能力を発揮します。静音性にも優れてると言われていますが、製品によってはポンプの音などがうるさい場合もあるようです。しかし、費用やラジエータ設置のスペースの問題で、採用例はあまり多くありません。

まとめ

最後に、特に重要そうな項目をまとめてリスト化しています。

  • CPUはPCの頭脳とも呼ばれる、非常に重要なパーツ
  • コア・スレッドは多ければ良いという訳ではない
  • メモリーがCPUの作業場となる
  • CPUの性能が低いとGPUの性能を最大限発揮できない可能性がある(ボトルネック)

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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