コンピューターや電子機器の世界を学び始めたばかりの方は、様々な部品を指す用語に戸惑うかもしれません。おそらく、部品に関する用語の一つに「CPU」があります。これは「中央処理装置」の略です。
スマートウォッチ、コンピューター、サーモスタットなど、あなたが所有するほぼすべてのデバイスにはCPUが搭載されています。CPUは命令の処理と実行を担い、デバイスの頭脳として機能します。ここでは、CPUがデバイスの他の部分とどのように連携し、なぜコンピューティングプロセスに不可欠なのかを説明します。
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CPU を CPU たらしめるものは何でしょうか?
CPUはコンピューティングデバイスを定義づける中核コンポーネントであり、非常に重要な役割を担っていますが、他のハードウェアと連携して動作する必要があります。このシリコンチップは、デバイス内部のメイン回路基板（マザーボードまたはメインボード）にある専用のソケットに取り付けられています。CPUは、情報が一時的に保存されるメモリとは独立しています。また、画面に表示される動画や3Dグラフィックスをレンダリングするグラフィックカードまたはグラフィックチップとも独立しています。
CPUは、数十億個もの微細なトランジスタを単一のコンピュータチップ上に配置することで作られています。これらのトランジスタは、CPUがシステムメモリに保存されたプログラムを実行するために必要な計算を実行できるようにします。小さなスイッチのように機能し、オンとオフの状態を切り替えながら、ビデオの視聴やメールの作成など、デバイス上でのあらゆる操作の基盤となる2進数の1と0を伝えます。
CPU技術における最も一般的な進歩の一つは、トランジスタの小型化です。これにより、数十年にわたってCPUの速度が向上し、ムーアの法則と呼ばれる現象がしばしば見られます。
現代のデバイスでは、デスクトップやノートパソコンにはシステムの多くの処理機能を実行する専用のCPUが搭載されています。モバイルデバイスや一部のタブレットでは、CPUと他のコンポーネントをパッケージ化したシステムオンチップ（SoC）が採用されています。IntelとAMDはどちらも、グラフィックチップとメモリを搭載したCPUを提供しています（AMD APUについて聞いたことがあるかもしれません）。つまり、標準的なCPU機能以上の機能を実行できるということです。
CPU は実際には何をするのでしょうか?
CPUは、プログラムまたはアプリケーションから命令を受け取り、計算を実行します。このプロセスは、フェッチ、デコード、実行という3つの主要な段階に分かれています。CPUはRAMから命令をフェッチし、命令の内容をデコードした後、CPUの関連部分を使って命令を実行します。
実行される命令、つまり計算には、基本的な算術演算、数値の比較、関数の実行、メモリ内での数値の移動などが含まれます。コンピューティングデバイス内のあらゆるものは数値で表されるため、CPUは非常に高速に動作する電卓と考えることができます。結果として得られるワークロードは、Windowsの起動、YouTube動画の表示、スプレッドシートでの複利計算などです。
現代のシステムでは、CPUはサーカスの団長のように、必要に応じて専用のハードウェアにデータを供給します。例えば、ゲームで燃料ドラム缶を撃ったときにグラフィックカードに爆発を表示するよう指示したり、SSDにOfficeドキュメントをシステムのRAMに転送してアクセスを高速化するよう指示したりといった処理をCPUが行う必要があります。
コア、クロック、コスト
かつてCPUは1つの処理コアしか搭載していませんでした。今日の最新のCPUは複数のコアを搭載しており、複数の命令を同時に実行できるため、実質的に1つのチップに複数のCPUを詰め込んでいます。エントリーレベルのプロセッサは2～6個のコアを搭載していますが、ゲーム機やPCでは6～8個のコアが主流です。ハイエンドモデルでは最大32個のコアを搭載し、プロ仕様のハードウェアではそれ以上のコアを搭載することもあります。
多くのプロセッサは、同時マルチスレッドと呼ばれる技術も採用しています。1つの物理CPUコアが2行の実行（スレッド）を同時に実行できると想像してみてください。これにより、オペレーティングシステム側では2つの「論理」コアとして表示されます。これらの仮想コアは、同じリソースを共有するため、物理コアほど強力ではありませんが、互換性のあるソフトウェアを実行する際のCPUのマルチタスク性能を全体的に向上させることができます。
CPUを選ぶ際、クロック速度は特に目立つように宣伝されています。これは「ギガヘルツ」（GHz）という数値で、CPUが1秒間に処理できる命令数を表しますが、パフォーマンスの全体像を示すものではありません。クロック速度は、主に同じ製品ファミリーまたは世代のCPUを比較する際に重要になります。他の条件が同じであれば、クロック速度が速いほどプロセッサ速度も速くなります。しかし、2010年の3GHzプロセッサは、2020年の2GHzプロセッサよりも処理能力が低くなります。これは、新しいモデルの方が基盤となるシリコンが進化しているためです。
CPUにはどれくらいの予算が必要でしょうか？一般的に言えば、ハードコアなゲーマーや動画編集を目的とした人でない限り、200ドルから300ドル以上は必要ないでしょう。最新のハードウェアを避け、最新世代のCPUにこだわることで、コストを抑えることができます。
Intel CPUの場合、これは第13世代または第14世代のチップを意味します。製品名で世代を判別できます。例えば、Core i7-10700Kは古い第10世代チップですが、Core i9-14900Kは新しい第14世代チップです。
AMDはRyzen CPUでも同様の取り組みを行っています。Ryzen 9 3950Xは第3世代チップ、Ryzen 7 5700Xは同社のZen 3アーキテクチャをベースにした第4世代CPUです。Ryzen 4000は、ラップトップ向けチップラインとAPUとしてリリースされましたが、デスクトップ向けではシステムビルダーを通じてごく限られた数しか入手できませんでした。この点を踏まえると、AMD Ryzen CPUのどの世代なのかは議論の余地がありますが、Zen 5ベースのRyzen 9000シリーズが最新であり、さらに最近では、AMDはラップトップ、APU、デスクトップのプラットフォームを統合しました。
CPUはどれくらい重要ですか?
近年、CPUはかつてほどシステム全体のパフォーマンスに重要ではなくなりましたが、それでもコンピューティングデバイスの応答速度と速度に重要な役割を果たしており、CPUがなければ全く機能しません。一般的に、ゲーマーは高いクロック速度の恩恵を受けますが、CADや動画編集などのより高度な作業では、CPUコア数の増加がパフォーマンスの向上につながります。
CPUはシステムの一部であることを念頭に置いてください。十分なRAMを搭載し、CPUにデータを供給できる高速ストレージを確保するために、HDDではなくSSDを使用することをお勧めします。PCでは、パフォーマンスとコストの両面でバランスが求められるため、おそらく最も大きな疑問符はグラフィックカードでしょう。
CPUの役割を理解した今、コンピューティングハードウェアについてより賢明な選択ができるはずです。CPU購入ガイドを活用して、現在入手可能な最高のチップについて詳しく学びましょう。その後は、現在入手可能な最高のIntelプロセッサと最高のAMDプロセッサのリストで、上位の選択肢をチェックしてみてください。
