プロセッサーまたはCPU-知っておくべきすべての情報

すべてのコンピュータとゲームファンは、PCの内部ハードウェア、 特にプロセッサを知っている必要があります 。 私たちのチームの中心的な要素であり、それなしでは何もできませんでした。この記事では、プロセッサーの最も重要な概念をすべて紹介します。これにより、その使用、部品、モデル、履歴、および重要な概念についての一般的な考えがわかります。

コンテンツインデックス

プロセッサーとは

プロセッサーまたはCPU（Central Processing Unit）は、コンピューター内部にあるシリコンチップの形の電子コンポーネントで、特にソケットまたはソケットを介してマザーボードに取り付けられています。

プロセッサは、ハードディスクまたは中央ストレージに格納されているプログラムとオペレーティングシステムによって生成されたすべての論理演算を実行する要素です。 CPUは、RAMメモリから命令を取得して処理し、応答をRAMメモリに送り返すことで、ユーザーが操作できるワークフローを作成します 。

最初の半導体トランジスタベースのマイクロプロセッサは、1971年のIntel 4004で、一度に4ビット（4つのゼロと1の文字列）で動作し、加算と減算を行うことができました。 このCPUは、現在のプロセッサが処理できる64ビットとはかけ離れています。 しかし、これまでは、 ENIACのように、トランジスタとして機能する真空管でいっぱいの大きな部屋しかありませんでした。

プロセッサのしくみ

プロセッサアーキテクチャ

プロセッサについて知っておく必要がある非常に重要な要素は、そのアーキテクチャとその製造プロセスです。 それらは、物理的に製造する方法を重視した概念ですが、市場のガイドラインを設定し、マーケティングのもう1つの要素です。

プロセッサのアーキテクチャは、基本的にこの要素の内部構造です 。 形状やサイズについてではなく、プロセッサを構成するさまざまな論理ユニットと物理ユニットがどのように配置されているか、ALU、レジスタ、コントロールユニットなどについて話しています。 この意味で、現在2種類のアーキテクチャがあります。CISCとRISCです。1945年にデジタルマイクロプロセッサを発明したフォンノイマンのアーキテクチャに基づいて動作する2つの方法です。

アーキテクチャがこれを意味するだけではないことは事実ですが、現在のメーカーは、商業的関心をもってコンセプトを採用し 、プロセッサの異なる世代を定義しています。 ただし、注意しなければならないのは、 現在のすべてのデスクトッププロセッサはCISCまたはx86アーキテクチャに基づいているということです。 何が起こるかというと、メーカーは、より多くのコア、メモリコントローラー、内部バス、さまざまなレベルのキャッシュメモリなどの要素を組み込んだこのアーキテクチャに小さな変更を加えています。 これは、コーヒーレイク、スカイレイク、禅、禅2などの宗派を聞く方法です。 これが何であるかを見てみましょう。

製造工程

一方、いわゆる製造プロセスがあります 。これは基本的に、プロセッサを構成するトランジスタのサイズです 。 最初のコンピューターの真空バルブから、 TSMCおよび数少ないナノメートルのグローバルファウンドリによって製造された今日のFinFETトランジスタまで、その進化は驚異的なものでした。

プロセッサはトランジスタで構成されており、内部にある最小単位です。 トランジスタは、電流の通過を許可または禁止する要素で、0（非電流）、1（電流）です。 これらの1つは現在14nmまたは7nmを測定します（1nm = 0.00000001m）。 トランジスタは論理ゲートを作成し 、論理ゲートはさまざまな機能を実行できる集積回路を作成します。

主要なデスクトッププロセッサメーカー

これらは、今日までの歴史を通じてプロセッサがどのように開発されてきたかを理解するための基本的な要素です。 私たちは最も重要なことを経験します。 そして今日のパーソナルコンピュータの議論の余地のないリーダーであるIntelとAMDであるメーカーを忘れてはなりません。

もちろん、 IBMのような他のメーカーもありますが、これはプロセッサーの作成者であり、テクノロジーのベンチマークであるすべてにとって最も重要です。 クアルコムのような他の企業は、スマートフォン向けのプロセッサの製造を実質的に独占することにより、市場のニッチを切り開いています。 間もなくパーソナルコンピュータに移行する可能性があるため、IntelとAMDのプロセッサは素晴らしいので準備をしてください。

インテルプロセッサーの進化

では、PC向けのプロセッサやその他のコンポーネントの販売で常にリードしてきた最大の企業である、ブルージャイアントであるインテルコーポレーションの主な歴史的マイルストーンを確認してみましょう。

• Intel 4004 Intel 8008、8080および8086 Intel 286、386、および486 Intel Pentiumマルチコア時代：Pentium DおよびCore 2 QuadコアiXの時代

1971年に販売された、それはシングルチップ上に構築され、非産業用の最初のマイクロプロセッサでした。 このプロセッサは、16ピンのCERDIP （すべての生命のゴキブリ）のパッケージにマウントされていました。 これは、 2, 300 10, 000 nmのトランジスタで構築され、4ビットのバス幅を備えていました。

4004は、当時のIBMによって独占されていたIntelのパーソナルコンピュータの旅の始まりに過ぎませんでした。 インテルが会社の哲学を変え、コンピューター用プロセッサーの構築に専念するようになったのは、1972年から1978年の間にでした。

4004以降は8008でしたが、プロセッサはまだ18ピンDIPカプセル化されており、周波数を0.5 MHzに 、トランジスタ数を3, 500に増やしました。 この後、 Intel 8080 はバス幅を8ビットに上げ、 40ピンDIPカプセル化で2 MHz以上の周波数を実現しました。 これは、 Altair 8800mやIMSAI 8080などのマシンでグラフィックスを処理できる最初の本当に有用なプロセッサーと考えられています。

8086は、x86アーキテクチャと命令セットを最初に採用したベンチマークマイクロプロセッサで、現在までに有効です。 16ビットCPU、4004の10倍の性能。

正方形チップのPGAソケットの使用をメーカーが開始したのは、これらのモデルです。 そしてその画期的なことは、 コマンドラインプログラムを実行できることです。 386は、史上初の32ビットバスを備えたマルチタスクプロセッサでした 。

1989年にリリースされたIntel 486が登場しました。これは、浮動小数点ユニットとキャッシュメモリを実装したプロセッサとしても非常に重要です。 これはどういう意味ですか？ さて、コンピュータはコマンドラインから進化して、グラフィカルインターフェイスを介して使用されるようになりました。

やっとPentiumの時代が到来しました。デスクトップコンピュータ向けのバージョンとしてPentium 4まで、ポータブルコンピュータ向けのPentium Mまで数世代あります。 それが80586だったとしましょう。しかし、Intelはその特許をライセンスできるように、またAMDのような他のメーカーがプロセッサのコピーをやめるように名前を変更しました。

これらのプロセッサは、製造工程で初めて1000 nmを下げました 。 1993年から2002年にかけて、 Itanium 2はサーバー用に構築されたプロセッサとして初めて64ビットバスを使用するようになりました。 これらのPentiumはすでに純粋にデスクトップ指向であり、伝説的なWindows 98、ME、およびXPを使用して、マルチメディアレンダリングで問題なく使用できました 。

Pentium 4は、NetBurstと呼ばれるマイクロアーキテクチャで、MMX、SSE、SSE2、SSE3などのマルチメディアを完全に対象とした一連の命令をすでに使用しています。 同様に、 1 GHzを超える 、特に1.5 GHzを超える動作周波数に到達した最初のプロセッサの1つでした。そのため、カスタムモデルでも高性能で大型のヒートシンクが登場しました。

そして、マルチコアプロセッサの時代が到来します。 これで、各クロックサイクルで1つの命令を実行できるだけでなく、2つの命令を同時に実行できました。 Pentium Dは基本的に、同じパッケージに2つのPentium 4が配置されたチップで構成されています。 このように、 FSB （フロントサイドバス）の概念も再発明されました。これは、CPUがチップセットまたはノースブリッジと通信するために役立ち、現在は両方のコアの通信にも使用されています。

2つが終わった後、 4つのコアは2006年にLGA 775ソケットの下に到着しました 。これはさらに最新であり、一部のコンピューターではまだ見ることができます。 それらのすべては、4つのコアに64ビットx86アーキテクチャをすでに採用しており、製造プロセスは65 nmから始まり、45 nmから始まります。

それから私たちは私たちの時代に来て、巨人がそのマルチコアとマルチスレッドのプロセッサに新しい命名法を採用しました。 Core 2 DuoおよびCore 2 Quadの後、新しいNehalemアーキテクチャが2008年に採用され 、CPUはi3（低パフォーマンス）、i5（ミッドレンジ）、およびi7（高性能プロセッサ）に分割されました。

これ以降、 コアとキャッシュメモリはBSB （バックサイドバス）またはバックバスを使用して通信し、 DDR3メモリコントローラーはチップ自体の内部にも導入されました 。 フロントサイドバスは、周辺機器と拡張カードおよびCPU間の双方向データフローを提供できるPCI Express規格にも進化しました。

第2世代Intel Coreは、2011年に32 nmの製造プロセスと2、4、最大6コアの数を持つSandy Bridgeの名前を採用しました。 これらのプロセッサは、市場のプロセッサの範囲に応じて、 ハイパースレッディングマルチスレッディングテクノロジとターボブースト動的周波数ブーストをサポートします。 これらのプロセッサはすべて統合グラフィックスを備え 、 1600 MHz DDR3 RAMをサポートしています。

その後まもなく、2012年に第3世代のIvy Bridgeが発表され 、トランジスタのサイズが22 nmに縮小されました 。 それらは減少しただけでなく、3DまたはTri-Gateになり、以前のものと比較して消費を最大50％削減し、同じパフォーマンスを実現しました。 このCPUは、PCI Express 3.0のサポートを提供し、デスクトップ範囲の場合はLGA 1155ソケットに、ワークステーション範囲の場合は2011にマウントされます。

第4世代と第5世代は、それぞれHaswellとBroadwellと呼ばれ、前世代からの革命ではありませんでした。 Haswellsは製造プロセスをIvyブリッジとDDR3 RAMと共有しました。 はい、 Thunderboltのサポートが導入され、 新しいキャッシュ設計が行われました。 最大8コアのプロセッサーも導入されました。 ソケット1150および2011は引き続き使用されましたが、 これらのCPUは前世代と互換性がありません 。 Broadwellに関しては、14 nmでドロップした最初のプロセッサであり、この場合、HaswellのLGA 1150ソケットと互換性がありました。

Intelの第6世代と第7世代 、 SkylakeとKaby Lakeは14 nmの製造プロセスで終わり、両方の世代に互換性のある新しいLGA 1151ソケットを採用しています 。 これら2つのアーキテクチャでは、DDR4、 DMI 3.0バス、Thunderbol 3.0の サポートがすでに提供されています。 同様に、統合グラフィックスは、 DirectX 12およびOpenGL 4.6および4K @ 60 Hzの解像度と互換性のあるレベルに上昇しています。一方、Kaby Lakeは、プロセッサのクロック周波数の改善とUSB 3.1のサポートにより2017年に登場しました。 Gen2およびHDCP 2.2。

AMDプロセッサーの進化

私たちが知っておく必要があるもう1つのメーカーはAMD（Advanced Micro Devices） です。これはIntelの永遠のライバルであり、 Ryzen 3000が本日登場するまでほとんど常に最初のメーカーに遅れをとっています。後で見るので、AMDプロセッサの履歴を少し復習しましょう。

• AMD 9080およびAMD 386 AMD K5、K6およびK7 AMD K8およびAthlon 64 X2 AMD Phenom AMD LlanoおよびBulldozer AMD Ryzenが登場

AMDの旅は基本的にこのプロセッサーから始まります。これはIntelの8080のコピーに過ぎません 。 実際、製造元はIntelと契約し、Intelが所有するx86アーキテクチャのプロセッサを製造できるようにしています。 次のジャンプは、 グラフィックドライブとEPROMメモリを提供するAMD 29Kでした 。 しかしその直後、AMDは互換性のあるプロセッサをパーソナルコンピュータやサーバー向けに提供することで、Intelと直接競合することを決定しました。

しかしもちろん、Intelプロセッサの「コピー」を作成するこの合意は 、AMDがIntelとの真の競争になるとすぐに問題になり始めました。 AMDが勝訴したいくつかの法的紛争の後、Intel 386との契約は破られました。IntelがPentiumに改名され、特許を登録した理由はすでにわかっています。

ここから、AMDはプロセッサを完全に独立して作成する以外に選択肢はなく、それらは単なるコピーではなかった。 面白いことに、AMDの最初のスタンドアロンプ​​ロセッサは、明らかにIntelの80386と格闘したAm386でした。

さて、AMDは自分でゼロから製造したプロセッサーを使用して 、この技術戦争で独自の方法を見つけ始めました。 実際、両方のメーカー間の互換性がなくなり、その結果、 AMDが独自のボードと独自のソケット （Socket A）を作成したのはK7でした。その中に、新しいAMD AthlonとAthlon XPが2003年にインストールされました。

AMDは、64ビット拡張機能をデスクトッププロセッサに実装した最初のメーカーでした 。 目的地を見てください。これはIntelになり、プロセッサ用にAMDにx64拡張機能を採用またはコピーします。

しかし、 AMDは2005年にIntelより前にデュアルコアプロセッサを販売することもできたため 、これはここで止まりませんでした。 ブルージャイアントはもちろん、これまでに見たCore 2 Duoで彼に答え、AMDのリーダーシップはここで終わります。

AMDは、マルチコアIntelプロセッサーのパフォーマンスが飛躍的に向上したために遅れをとり、K8のアーキテクチャーを再設計することでそれに対抗しようとしました。 実際、 2010年にリリースされたPhenom IIは最大6個のコアを持っていましたが、解き放たれたIntelにとっても十分ではありません。 このCPUには45 nmのトランジスタが搭載されており、最初はAM2 +ソケットに搭載され、その後AM3ソケットに搭載されてDDR3メモリとの互換性を提供します 。

AMDはATIを買収しました。これは、これまで3DグラフィックスカードでNvidiaの直接のライバルでした。 実際、メーカーはこのテクノロジーの利点を利用して、IntelがWestmereに比べてはるかに強力な統合GPUを備えたプロセッサを実装しました。 AMD Llanoはこれらのプロセッサで、以前のPhenomのK8Lアーキテクチャに基づいており、もちろん同じ制限があります。

このため、 AMDは新しいブルドーザーでアーキテクチャを再設計しましたが、結果は Intelコアと比較するとかなり劣っていました。 当時のソフトウェアはまだマルチスレッド管理において非常に環境に優しいものであったため、4つを超えるコアを持つことは利点になりませんでした。 L1およびL2キャッシュリソースを共有する32nm製造プロセスを使用しました。

AMDが以前のアーキテクチャであるJim Kellerで失敗した後、K8アーキテクチャの作成者は、いわゆるZenまたはSummit Ridgeアーキテクチャで再びブランドに革命をもたらしました。 トランジスタは Intelと同じように14nmになり、弱いブルドーザーよりもはるかに強力になり、ICPが高くなりました 。

これらの新しいプロセッサの最も特徴的なテクノロジーには、CPUの電圧と周波数を自動的に増加させるAMD Precision Boostがあります。 または、 XFRテクノロジー 。すべてのRyzenは、乗数がロック解除された状態でオーバークロックされます。 これらのCPUは、今日も続くPGA AM4ソケットにマウントされ始めました。

実際、このZenアーキテクチャの進化はZen +であり、AMDは12nmトランジスタを実装して Intelを進化させました 。 これらのプロセッサーは、 より低い周波数でより高い周波数でパフォーマンスを向上させました。 内部のInfinityファブリックバスのおかげで、CPUとRAMのトランザクション間のレイテンシが劇的に改善され、ほとんど頭と頭でIntelと競争できるようになりました。

現在のIntelおよびAMDプロセッサー

次に、今日に至り、両方のメーカーが取り組んでいるアーキテクチャに焦点を当てます。 これらの1つを購入することが必須であるとは言いませんが、更新されたゲーム用PCをマウントしたいユーザーにとって、これらは確かに現在および近い将来に存在します。

Intel Coffee Lakeと10 nmでのエントリー

インテルは現在、デスクトップ、ラップトップ、およびワークステーションのプロセッサーの第9世代です 。 第8 世代 （Coffee Lake）と第9世代（Coffee Lake Refresh）の両方で、14 nmトランジスタとLGA 1151ソケットが使用されてい ますが 、 以前の世代とは互換性がありません。

この世代は基本的に、各ファミリのコア数を2増やし 、現在では2ではなく4コアのi3、6コアのi5、8コアのi7を備えています。 PCIe 3.0レーン数は24に増え、最大6つの3.1ポートと128GBのDDR4 RAMをサポートします 。 ハイパースレッディングテクノロジは 、高性能8コア、16スレッドプロセッサ、ノートブックプロセッサ などのi9専用プロセッサでのみ有効になってい ます。

この世代には、2コアと4スレッドのマルチメディアステーション向けのIntel Pentium Gold G5000と、デュアルコアを備えたMiniPCおよびマルチメディア向けの最も基本的なIntel Celeronもあります。 この世代のすべてのプロセッサは、名称のF名称を除いて、UHD 630グラフィックスを統合しています。

第10世代に関しては、確認がほとんどありませんが、新しいIce Lake CPUは 、デスクトップの仕様ではなく、ラップトップの仕様で入力されることが予想されます。 データによると、コアあたりのCPIはSkylakeと比較して最大18％増加します。 命令の合計6つの新しいサブセットがあり、それらはAIおよびディープラーニング技術と互換性があります。 統合されたGPUは、第11世代までレベルアップし、 4K @ 120Hzでコンテンツをストリーミングできます。 最後に、Wi-Fi 6および最大3200 MHzのRAMメモリをサポートします。

AMD Ryzen 3000およびすでに計画されているZen 3アーキテクチャ

AMDは、2019年にZen 2またはMatisseアーキテクチャを発表し、製造プロセスでIntelを進化させただけでなく、デスクトッププロセッサの純粋なパフォーマンスも向上させました。 新しいRyzenは7nm TSMCトランジスター上に構築され、4 Ryzen 3 コアから16 Ryzen 9 9350Xコアまで数えます。 それらはすべてAMD SMTマルチスレッディングテクノロジーを実装し、マルチプライヤのロックを解除しています。 AGESA 1.0.0.3 ABBA BIOSアップデートが最近リリースされ、これらのプロセッサーが最大ストック頻度に到達する必要がある問題が修正されました。

彼らが新しいPCI Express 4.0とWi-Fi 6規格をサポートし、 最大24のPCIeレーンを備えたCPUであるため 、彼らの革新はここに到達しただけではありません。 Zen +を超える平均ICPの増加は、ベース周波数の向上とInfinty Fabricバスの改善により、13％になりました。 このアーキテクチャは 、 メモリコントローラー用に常に存在する別のモジュールと共に、ユニットごとに8つのコアがあるチップレットまたは物理ブロックに基づいています 。 このようにして、メーカーは特定の数のコアを非アクティブ化またはアクティブ化して、異なるモデルを形成します。

2020年には、RyzenプロセッサでZen 3のアップデートが計画されており、メーカーはAMD 3 Ryzenの効率とパフォーマンスを改善したいと考えています。 その建築の設計はすでに完了していると主張されており、 残っているのは、生産プロセスを開始するための青信号を与えることだけです。

それらは再び7nmをベースとするが、現在のチップよりも最大20％高いトランジスタ密度を可能にする 。 WorkStationプロセッサのEPYCシリーズは、 64コアと128の処理スレッドを持つことができるプロセッサで、最初に作業されます。

プロセッサーについて知っておくべきパーツ

オプションの読み物として、そして現在の位置を知るための基礎として残したこの情報のごちそうの後、プロセッサーについて 知っておくべき概念についてさらに詳しく説明します 。

最初に、CPUの最も重要な 構造と要素をユーザーに説明します。 これは、このハードウェアについてもう少し詳しく知りたいユーザーにとっては日常的なことです。

プロセッサーのコア

核は情報処理主体です。 コントロールユニット（UC）、命令デコーダ（DI）、演算ユニット（ALU）、浮動小数点ユニット（FPU）、命令スタック（PI）など、x86アーキテクチャの基本要素によって形成される要素。

これらのニュークリアスはそれぞれまったく同じ内部コンポーネントで構成されており、それぞれが各命令サイクルで演算を実行できます。 このサイクルは、周波数またはヘルツ（Hz）で測定されます。Hzが大きいほど、1秒間に実行できる命令が多くなり、 コアが多いほど、同時に実行できる操作が多くなります。

現在、AMDのようなメーカーは、これらのコアをシリコンブロック、チップレット、またはCCXにモジュール方式で実装しています。 このシステムでは、各要素に8つのコアがあり、目的の数に達するまでチップレットを配置するため、プロセッサの構築時にスケーラビリティが向上します。 さらに、各コアをアクティブまたは非アクティブにして、目的のカウントを達成することができます。 一方、インテルはすべてのコアを1つのシリコンに詰め込んでいます。

すべてのプロセッサコアをアクティブにするのは間違っていますか？ 推奨事項とそれらを無効にする方法

ターボブーストおよびプレシジョンブーストオーバードライブ

それらは、IntelとAMDをそれぞれ使用して、プロセッサーの電圧をアクティブかつインテリジェントに制御するシステムです 。 これにより、 まるで自動オーバークロックであるかのように、作業の頻度を増やすことができるため、大量のタスクに直面したときにCPUのパフォーマンスが向上します。

このシステムは、現在のプロセッサの熱効率と消費を改善したり、必要に応じて周波数を変更したりするのに役立ちます。

スレッドの処理

しかしもちろん、コアだけでなく、 処理スレッドもあります 。 通常、仕様ではXコア/ Xスレッド、または直接XC / X Tとして表されます。たとえば、Intel Core i9-9900Kには8C / 16Tがあり、i5 9400には6C / 6Tがあります。

スレッドという用語はサブプロセスに由来し 、物理的にプロセッサの一部ではありません。その機能は純粋に論理的であり、問題のプロセッサの命令セットを通じて実行されます。

これは、プログラムのデータ制御フローとして定義できます（プログラムは、命令またはプロセスで構成されます）。これにより、プロセッサのタスクを、スレッドと呼ばれる小さな部分に分割して管理できます 。 これは、プロセスキュー内の各命令の待機時間を最適化するためです。

このように理解しましょう。他よりも難しいタスクがあるため、カーネルはタスクを完了するのに多少の時間を要します。 スレッドの場合、行われるのは、このタスクをより単純なものに分割することです。これにより、各部分は、最初に見つかった空きコアによって処理されます 。 その結果、常にコアがビジー状態になり、ダウンタイムが発生しなくなります。

プロセッサのスレッドは何ですか？ 核との違い

マルチスレッド技術

スレッドの数と同じ数のコアがある場合とない場合があるのはなぜですか？ これは、メーカーがプロセッサに実装したマルチスレッディングテクノロジーによるものです。

CPUにコアの2倍のスレッドがある場合、このテクノロジーはCPUに実装されます。 基本的には、これまでに見た概念を実行する方法であり、ニュークリアスを2つのスレッドまたは「論理ニュークリアス」に分割してタスクを分割します。 この分割は常にコアあたり2つのスレッドで行われ、それ以上は行われません。たとえば、プログラムが動作できる現在の制限であるとしましょう。

IntelのテクノロジーはHyperThreadingと呼ばれ 、 AMD のテクノロジーは SMT（Simultaneous Multithreading）と呼ばれています。 実際には、両方のテクノロジーは同じように機能します。たとえば、私たちのチームでは、写真をレンダリングする場合など、実際の核としてそれらを見ることができます。 同じ速度のプロセッサは、8つの論理コアがある場合よりも、8つの物理コアがある場合の方が高速です。

ハイパースレッディングとは何ですか？ もっと詳しく

キャッシュは重要ですか？

実際、これはプロセッサの2番目に重要な要素です。 キャッシュメモリは、RAMよりもはるかに高速なメモリであり、プロセッサに直接統合されています 。 3600 MHz DDR4 RAMは読み取りで50, 000 MB /秒に到達できますが、L3キャッシュは570 GB /秒、L2は790 GB /秒、L1は1600 GB /秒に到達できます。 Ryzen 3000母斑に記録された完全に狂った数字。

このメモリはSRAM （スタティックRAM）タイプで高速かつ高価ですが、RAMで使用されるメモリはDRAM （ダイナミックRAM）であり、常にリフレッシュ信号を必要とするため低速で安価です。 キャッシュには、プロセッサがすぐに使用するデータが格納されます 。これにより、RAMからデータを取得して処理時間を最適化した場合の待機がなくなります。 AMDとIntelの両方のプロセッサには、3つのレベルのキャッシュメモリがあります。

• L1： CPUコアに最も近く、最小かつ最速です。 待ち時間が1 ns未満の場合、このメモリは現在 、L1I（命令）とL1D（データ）の2つに分割されています。 第9世代Intel CoreとRyzen 3000はどちらも32 KBで、 各コアには独自のがあります。 L2：次のL2は、約3 nsのレイテンシで、各コアに個別に割り当てられます。 Intel CPUは256 KB、Ryzenは512 KBです。 L3：これは3つの中で最大のメモリであり、通常は4コアのグループであるコアに共有形式で割り当てられます。

ノースブリッジがCPU内になりました

プロセッサまたはマザーボードのノースブリッジには、 RAMメモリをCPUに接続する機能があります 。 現在、両方の製造元は、このメモリコントローラーまたはPCH （プラットフォームコンローラーハブ） をCPU自体に実装しています。たとえば、チップレットベースのCPUで発生するため、別のシリコンに実装されています。

これは、情報トランザクションの速度を大幅に向上させ、マザーボード上の既存のバスを簡素化し、チップセットと呼ばれるサウスブリッジのみを残す方法です。 このチップセットは、ハードドライブ、周辺機器、一部のPCIeスロットからのデータのルーティング専用です。 最先端のデスクトップおよびラップトッププロセッサは、ネイティブ 3200MHz（XMPが有効なJEDECプロファイルで4800MHz）のレートで最大128GBのデュアルチャネルRAMをルーティングできます。 このバスは2つに分かれています。

• データバス ：データとプログラムの命令を運ぶアドレスバス ：データが保存されているセルのアドレスはそれを循環します。

メモリコントローラー自体に加えて、 コアは別のバスを使用して互いに通信したり、キャッシュメモリと通信したりする必要があります 。これは、 BSBまたは バックサイドバス と呼ばれます 。AMDがZen 2アーキテクチャで使用するものは、Infinity Fabricと呼ばれます。これは5100 MHzで動作可能ですが、IntelはIntel Ring Busと呼ばれています。

L1、L2、L3キャッシュとは何ですか、またどのように機能しますか？

IGPまたは統合グラフィックス

ゲーム向けのプロセッサではなく、それほど強力ではないもので非常に重要な別の要素は、統合されたグラフィックスです。 今日のほとんどの既存のプロセッサは、グラフィックスとテクスチャーのみで動作することを目的とした多数のコアを備えています 。 Intel、AMD、およびQualcommなどのAdreno for Smartphone、またはRealtek for Smart TVおよびNASのいずれかがこのようなコアを備えています。 このタイプのプロセッサーをAPU （Accelerated Processor Unit）と呼びます

APUで128ビットなどの大容量バスが使用されていない場合、これらの負荷がはるかに重くて遅くなるため、このハードワークをプログラムの他の一般的なタスクから分離する理由は簡単です 。 通常の核と同様に、それらは、それらが機能する量と頻度で測定することができます。 ただし、 シェーディングユニットなどの別のコンポーネントもあります。 また、 TMU （テクスチャリングユニット）やROP （レンダリングユニット）などの他のメジャー。 それらのすべては、セットのグラフィック力を識別するのに役立ちます。

IntelおよびAMDで現在使用されているIGPは次のとおりです。

• AMD Radeon RX Vega 11 ：これは、第1世代および第2世代のRyzen 5 2400および3400プロセッサーで最も強力で使用されている仕様です。 最大1400 MHzで動作するGNC 5.0アーキテクチャを備えた合計11個のRaven Ridgeコアで、最大704個のシェーダーユニット、44個のTMU、8個のROPを備えています。 AMD Radeon Vega 8 ：8コアを搭載し、512シェーディングユニット、32 TMU、8 ROPで1100 MHzの周波数で動作する、以前のものよりも低い仕様です。 それらをRyzen 3 2200および3200に搭載します。Intel Iris Plus 655 ：これらの統合グラフィックスは、ラップトップのUレンジ（低消費）の第8世代Intel Coreプロセッサーに実装され、384で1150 MHzに到達できます。シェーディングユニット、48 TMU、6 ROP。 そのパフォーマンスは以前のものと同様です。 Intel UHDグラフィック630/620-これらは、名前にFが付いていないすべての第8世代および第9世代デスクトップCPUに組み込まれているグラフィックです。 1200 MHzでレンダリングするVega 11よりも低いグラフィックスで、192シェーディングユニット、24 TMU、3 ROPを備えています。

プロセッサのソケット

ここで、CPUのコンポーネントから離れて、接続する場所を確認します。 明らかに、マザーボード上にある大きなコネクタであるソケットであり、CPUと接触して電力とデータを処理のために転送する何百ものピンが提供されます。

いつものように、各メーカーには独自のソケットがあり、さまざまなタイプにすることもできます。

• LGA：ランドグリッドアレイ 。ボードのソケットに直接ピンが取り付けられており、CPUにはフラットコンタクトしかありません。 より高い接続密度を可能にし、Intelによって使用されます。 現在のソケットは、デスクトップCPU用のLGA 1151とワークステーション指向のCPU用のLGA 2066です。 また、AMDは、 TR4建てのスレッドリッパーとしても使用しています。 PGA：ピングリッドアレイ （正反対）。ピンはCPU自体にあり、ソケットには穴があります。 AMDはすべてのデスクトップRyzenでBGA：Ball Grid Arrayという名前で今でも使用されています。基本的には、プロセッサが直接はんだ付けされるソケットです。 AMDとIntelの両方の新世代ラップトップで使用されています。

ヒートシンクとIHS

IHS（Integrated Heat Spreader）は、上部にプロセッサーを搭載したパッケージです。 基本的には、CPUの基板またはPCBに接着され、次にDIEまたは内部シリコンに接着される、アルミニウムで作られた正方形のプレートです。 その機能は、これらからヒートシンクに熱を伝達することであり、保護カバーとしても機能します。 それらは、DIEに直接溶接するか、サーマルペーストで接着することができます。

プロセッサは非常に高い周波数で動作する要素であるため、1つまたは2つのファンの助けを借りて熱を取り込んで環境に排出するヒートシンクが必要になります。 最高の CPU はAMDからのものですが、ほとんどのCPUには多かれ少なかれ悪いストックシンクが付属しています。 実際、CPUパフォーマンスに基づいたモデルがあります。

• Wrait Stealth ： Rinzen 3と5の場合、インテルよりも小さいながらも最小のXです。XIntelは名前がなく、非常に騒々しいファンを備えた小さなアルミ製ヒートシンクで、ほとんどすべてのプロセッサーに搭載されています。 i9。 このヒートシンクは、Core 2 Duoから変更されていません。 レイススパイア -ミディアム、背の高いアルミニウムブロックと85mmファン。 Xが指定されたRyzen 5および7の場合Wrait Prism ：2レベルのブロックと銅製ヒートパイプを組み込んでパフォーマンスを向上させる優れたモデル。 Ryzen 7 2700Xおよび9 3900Xおよび3950Xによってもたらされます。 レイスリッパー ：クーラーマスターによってスレッドリッパー用に作られたタワーシンクです。

プロセッサーヒートシンク：それらは何ですか？ ヒントと推奨事項

これらに加えて、私たちが見てきたソケットと互換性のある独自のカスタムモデルを持っている多くのメーカーがあります。 同様に、タワーヒートシンクよりも優れた性能を提供する液体冷却システムがあります。 ハイエンドプロセッサの場合、これらの 240mm（2つのファン）または360mm（3つのファン）システムのいずれかを使用することをお勧めします。

CPUの最も重要な概念

ここで、ユーザーにとって重要なプロセッサに関連する他の概念を見てみましょう。 それは内部構造についてではなく、パフォーマンスを測定または改善するために内部で実行されるテクノロジーまたは手順についてです。

パフォーマンスの測定方法：ベンチマークとは

私たちは新しいプロセッサを購入するとき、それがどこまで行けるかを常に知り、他のプロセッサや他のユーザーと一緒に購入できるようにしたいと思っています。 これらのテストはベンチマークと呼ばれ 、プロセッサがそのパフォーマンスに基づいて特定のスコアを与えるストレステストです。

Cinebench （レンダリングスコア）、 wPrime （タスクを実行する時間）、 Blender設計プログラム （レンダリング時間）、 3DMark （ゲームパフォーマンス）などのプログラムがあります。ネットワークに投稿されたリストを介して他のプロセッサ 。 彼らが与えるもののほとんどすべてが、そのプログラムのみが持つ要因によって計算された独自のスコアであるため、3DMarkスコアのあるCinebenchスコアを購入できませんでした 。

温度調整を回避するために常に制御されている温度

特に高価で強力なプロセッサーを持っている場合、すべてのユーザーが知っておくべき温度に関連する概念もあります。 インターネット上には、CPUだけでなく、センサーを備えた他の多くのコンポーネントの温度を測定できる多くのプログラムがあります。 強く推奨されるのはHWiNFOです。

温度に関連するのは、 サーマルスロットリングです。 これは、 温度が最大許容値に達したときに CPUが供給される電圧と電力を減らす必要がある自動保護システムです。 このようにして、動作周波数と温度を下げ、チップが燃焼しないように安定させます。

しかし、製造元自身もプロセッサの温度に関するデータを提供しているため、以下のいくつかを見つけることができます。

• TjMax ：この用語は、プロセッサがそのマトリックス内、つまりその処理コア内で耐えることができる最高温度を指します。 CPUがこれらの温度に近づくと、CPUの電圧と電力を下げる上記の保護を自動的にバイパスします。 Tdie、TjunctionまたはJunction温度 ：この温度は、原子核の内部に配置されたセンサーによってリアルタイムで測定されます。 保護システムがより早く機能するため、 TjMaxを超えることはありません 。 TCase ： プロセッサのIHSで測定される温度 、つまりカプセル化で測定される温度です 。これは、 CPUコアの内側にマークされているものとは常に異なりますパッケージ ：すべてのコアのTunion温度の平均ですCPU

除去

デリッドまたはデリディングは、CPUの温度を改善するために実行される習慣です。 これは、プロセッサからIHSを取り外して、取り付けられているさまざまなシリコンを露出させることで構成されます。 また、溶着等により取り外せない場合は、極力表面を磨きます。 これは、これらのDIEに液体金属サーマルペーストを直接配置し、ヒートシンクを上に配置することで、熱伝達を可能な限り改善 する ために行われます。

これを行うことで何が得られますか？ さて、中間式のステップなしで熱がヒートシンクに直接伝わるように、IHSが提供する余分な厚さを排除するか、その最小式にします。 ペーストとIHSはどちらも熱に強い要素です。そのため、これらを排除して液体金属を配置することで、オーバークロックで 温度を20℃に下げることができました。 IHSはDIEに直接溶接されているため、簡単な作業ではない場合があります。そのため、取り外すのではなく研磨する以外に選択肢はありません。

これの次のレベルは、 液体窒素冷却システムを配置することです。これは、実験室の設定用にのみ予約されています。 もちろん、ヘリウムやその誘導体を含む冷蔵庫のモーターを使ってシステムを作成することはいつでも可能です。

プロセッサーのオーバークロックと低電圧

上記と密接に関連しているのは、CPU電圧を上げ、動作周波数を上げるために乗数を変更する手法であるオーバークロックです。 ただし、ターボモードなどの仕様で提供される周波数についてではなく、製造元が設定した周波数を超えるレジスタについて説明しています。 プロセッサの安定性と完全性に対するリスクであるということは、誰にとっても失われません。

オーバークロックするには、まず乗数がアンロックされたCPUが必要です。次に、このタイプのアクションを可能にするチップセットマザーボードが必要です。 AMD Ryzenはすべて 、 Kに準拠したIntelプロセッサと同様に 、オーバークロックの影響を受けやすくなっています 。 同様に、 AMD B450、X470、およびX570チップセットは、Intel XおよびZシリーズも同様に、この手法をサポートしています。

オーバークロックは、ベースクロックまたはBCLKの周波数を上げる ことでも実行できます。 CPU、RAM、PCIe、チップセットなどの実質的にすべてのコンポーネントを制御するのは、マザーボードのメインクロックです。 このクロックを増加させると、乗数がロックされている他のコンポーネントの周波数も増加しますが、 リスクはさらに高く、非常に不安定な方法です。

一方、 不足電圧は正反対で、電圧を下げてプロセッサがサーマルスロットルを行わないようにします 。 これは、効果のない冷却システムを備えたラップトップまたはグラフィックスカードで使用される慣行です。

デスクトップ、ゲーム、ワークステーションに最適なプロセッサー

この記事では、市場で最高のプロセッサを使用したガイドへの参照が欠落していることはありません。 その中で、私たちは最良と考えるIntelおよびAMDモデルをさまざまな既存の範囲に配置します。 ゲームだけでなく、マルチメディア機器、さらにはワークステーションも。 私たちは常にそれを更新し続けており、直接購入リンクがあります。

プロセッサーについての結論

2つの主要な製造元とそのアーキテクチャの履歴を完全に確認しているため、この記事では何も学習されていないと文句を言うことはできません。 さらに、外部および内部を知るために不可欠なCPUのさまざまな部分と、いくつかの重要な概念およびコミュニティで一般的に使用されている部分を確認しました。

私たちが見落とし 、この記事にとって重要であると思われる他の重要な概念をコメントに入れてください。 私たちは常に、開始されるコミュニティにとって特に重要なこれらの記事をできる限り改善するよう努めています。