CPUについて

Question

パソコンのCPUのコアを少なくして1コアの性能すごく高くしてコアを増やしいたい時に1コアの性能上限を制限して発熱抑えたら1コアのクロックがものすごく上がると思いますかほんとうですか？なぜ1コアの性能重視しした作りではないのでしょうか？

air_supply · Accepted Answer

1 コアあたりの性能を上げるのには、クロックを高くすれば良いのですが、それには物理的な限界があります。それは CPU 配線の長さやコアの寸法です。これが小さければ小さい程高速化がし易くなりますが、それと共に姑息かによる発熱量も増えて、細い配線や小さいパターンではその発熱に耐えられなくなってしまいます。そのため高速化には限度があるのです。

また、それは Intel が過去からさんざんやってきていることです。

質問者さんの仰っている ｢コアを増やしいたい時に、1 コアの性能上限を制限して発熱抑えたら、1 コアのクロックがものすごく上がると思います｣ は矛盾しています。

1 コアあたりの性能とはクロックの高さであり、性能上限を設けて発熱を抑えるということは、クロックを抑えるしかない訳です。それと共に製の王も下がってしまいます。

しかし、それでコア数を増やせば、マルチスレッドの性能はコア数に乗じて向上します。

1 コアだけでクロックを上げることは可能ですが、現在の CPU はマルチコア、マルチタスク、マルチスレッドで動作し、分散して多くの処理を行っています。Intel ではターボブースト機能により、特手のコアのクロックを高める機能を組み込んでいます。それによりピークの性能を確保したいますが、発熱によるダメージを防ぐために一定時間で戻るようにしています。発熱の問題は大きい訳です。

自動クロックアップのターボ・ブースト・テクノロジー　※CPU は古い(笑)
https://www.pasonisan.com/customnavi/z1012_cpu/04tbt.html

私の今プレイしている ｢S.T.A.L.K.E.R. Call of Pripyat｣ と言うゲームは、古いもので 1 コアを集中して使い、ほぼ CPU 使用率が 100% になっています。これは、まだマルチコア化する前のゲームなんです。

最近のゲームはコア数を一杯まで使っており、それぞれは適切な負荷分散を行って処理しています。GPU はかなりシャカリキになって動作していますが、CPU は比較的余裕が持って動作していますね。

何故 1 コアに集中して処理をしなくなっているのかですが、それには CPU の動作が関係しています。CPU は命令を読み込んでそれを処理します。一つコアは、これを繰り返すだけです。処理が多い場合でも、現在の命令を終了するまでは次に命令は実行できません。それを短時間に切り分けて処理することで、一見すると沢山の処理を同時に行っているように見えますが、実は一本道での処理なのです。

クロックを上げればこのサイクルが速くなりますが、処理が増えてくると 1 コアだけでは足りない状態が出てきてしまいます。そこでマルチコア、マルチスレッドの登場です。これは、1コアで熟していた処理を複数のコアで行い、更にマルチスレッドにより、更に細かく分散して処理を行います。マルチスレッドに置き換えられています。マルチスレッドはプログラムの細かい処理を分けて実行します。

それでトータルでスループットを上げて処理します。これならクロックはそれ程上げずに性能を確保できます。勿論、Intel ではさらに高いクロックを目指していますが、流石に製造プロセスとの関係で限界がありますから、無暗に高いくすることはできません。

【CPUの基本】図解でよくわかる「マルチコア / スレッド」の意味
https://chimolog.co/bto-cpu-core-thread/

kikyuuu · Answer

最近の世代のCPUは1コアではないですが近い思想にはなっていて、
Pコア、Eコアというのですが、
クロックの高いコアとクロックの低いコアに分けられています。
その中でゲームや動画作成等で一時的に負荷が高いと、ターボブースト機能で少数のPコアのクロックを5.8GHzまで引き上げて動作します(13世代のCorei9の場合)。

メールの受信とかWindowsUpdateの確認とか速度が必要無いものはEコアがゆっくりと処理します。

rera1016 · Answer

ここ40年で、CPU製造における微細化が進んでいくことで、少ない電力でも高性能かつ高クロックで動かせるよう進歩をし続けました。

しかしその微細化技術も、物質の分子2,3個分まで至ってしまったことで、これ以上の微細化が難しくなっています。
また現状では1コアだけで6GHzのクロック周波数が限界となっています。

加えて今のアプリケーションやOSがマルチタスク、マルチスレッド対応になっているため、コア自体の性能アップではなく、コアを増やす方向に進んでいます。

ただ、その方法にも物理的な限界があるので、量子コンピューターなどの全く新しい技術を身近な機器にも導入する動きになるでしょう。

trka · Answer

発熱の問題からこれ以上クロックを上昇させることが難しくなり、但しCPU全体の処理量をこれまでどおり増加させる目的でマルチコアの傾向が強くなりました。
同時にマルチコアCPUはそれまでよりCPUチップの面積が大きくなります。単純に考えれば、同じ性能ならダブルコアはシングルコアの2倍の面積が必要になります。この傾向は半導体メーカにとってチップの価格を上昇させやすくなると思います。

CPUクロックが上がらず、CPUチップの面積が大きくなりCPUの価格が上昇することは製造メーカにとって歓迎すべきことではないのでしょうか。

Wabu_478 · Answer

ウソです。
性能と発熱はクロック周波数に比例します。性能と発熱を制限したらクロックは上がりません。
クロックを上げる方向で行き詰まったから、現在のコアを増やす方向に転換したのです。

appoppa · Answer

単一コアの場合同時に行う処理がない場合当然クロックを上げた方が早い。
複数のコアが存在すると、パソコン上では複数のプロセッサーとして認識され、複数の処理を並行で行えるので早く処理できます。
1つのCPUで沢山の処理を同時並行が多くなったから。

ゲームだけなら単一コア　配信もするなら複数のコア。

kigoshi · Answer

１コアの性能を上げるボトルネックは、半導体のスイッチング速度をこれ以上上げることが（できない訳ではないけれど）困難だからです。
高い冷却機能が必要になるなど、トータルでコスト高になるので、コアあたりの周波数を一定（最高でも4GHzくらい）で抑え、並列（多コア）化した方がコスパが良いからです。

mimazoku_3 · Answer

考えられるのは、動作周波数を上げる意味合いが低い。
信号を高速度で変化させる高周波になると、半導体の追従速度が追いつかなくなったり、発熱が激しくなったりする。
なので、コア数を増やして並列処理に走ったのでしょう。

発熱量を減らすには、回路の線幅などをもっと狭くしたり、高周波時における耐ノイズ性の向上など、課題が増えるからでしょうね。

CPUについて

1 コアあたりの性能を上げるのには、クロックを高くすれば良いのですが、それには物理的な限界があります。

最近の世代のCPUは1コアではないですが近い思想にはなっていて、

ここ40年で、CPU製造における微細化が進んでいくことで、少ない電力でも高性能かつ高クロックで動かせるよう進歩をし続けました。

発熱の問題からこれ以上クロックを上昇させることが難しくなり、但しCPU全体の処理量をこれまでどおり増加させる目的でマルチコアの傾向が強くなりました。

ウソです。

単一コアの場合同時に行う処理がない場合当然クロックを上げた方が早い。

１コアの性能を上げるボトルネックは、半導体のスイッチング速度をこれ以上上げることが（できない訳ではないけれど）困難だからです。

考えられるのは、動作周波数を上げる意味合いが低い。

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