マイクロプロセッサーの位置付けと 4 つの基本工程

マイクロプロセッサーは、膨大な数のトランジスターを連携させることで、コンピューターを構成するさまざまなパーツを制御したり、計算処理を行ったりしています。そして、その仕組みは、年を追うごとに高度になってきています。ここでは、マイクロプロセッサーの役割と処理性能を高めるためのさまざまな高速化技術を解説していきます。

コンピューターの中枢を担う司令塔「マイクロプロセッサー」

コンピューターは、マイクロプロセッサー、メインメモリー、グラフィックス、ドライブ類、その他の周辺機器など、さまざまなパーツから構成されています。その中でも特にマイクロプロセッサーは、さまざまな計算処理や周辺パーツの制御を担っているコンピューターの大事な頭脳です。そして、PC やサーバーなどのコンピューターでは、マイクロプロセッサーも含む多くのパーツが、チップセットと呼ばれる半導体チップを介して接続されます。従来のコンピューターでは、2個以上の半導体チップ (複数のチップ構成ゆえにチップセットと呼ばれていました) が使われていましたが、近年では半導体技術の進歩によって回路の集積度が高まり、チップセットが提供していたさまざまな機能をマイクロプロセッサー自身に取り込むようになりました。また、グラフィックス・エンジンをはじめ、チップセット以外の機能もマイクロプロセッサーに次々と統合され、多くのパーツがマイクロプロセッサーに直結されているような接続形態となっています。その姿は、まさしくコンピューターの中枢を担う「司令塔」といえます。

マイクロプロセッサーは、これらの工程を何度も繰り返すことで、複数の命令を次々と実行していきます。

1. フェッチ    メインメモリーから命令を取り出す

2. デコード    取り出した命令の具体的な指示内容を解読する

3. 実行    計算対象となるデータをメインメモリーから読み出し、命令の指示内容に従って計算処理を行う

4. ライトバック    計算結果をメインメモリーに書き戻す

近年のマイクロプロセッサーは、もっと効率よく命令を処理するために上記 4つ以外の特別な工程を随所に盛り込んでいますが、マイクロプロセッサー内部に命令を送り込み、それを実行し、最後に計算結果を出力するという大筋の流れは現在も変わっていません。

これは、ちょうど道路の車線を 1車線から 2車線、3車線へと広げ、同時に通行できる自動車の台数を増やすのにも似ています。そして近年では、1個の実行コアで 2つのスレッドを同時に実行できるハイパースレッディング・テクノロジー、1個のプロセッサー・ダイに複数の実行コアを搭載するマルチコア技術、きわめて効率よく命令を実行可能な先進のプロセッサー設計 (マイクロアーキテクチャー) など、並列処理性能を飛躍的に高める技術が続々と登場しています。また、半導体製造技術の進歩によって、トランジスター自身のスイッチング性能と電力効率も大きく向上しました。インテルは、さまざまなマイクロプロセッサーにこれらの並列処理技術と先進のトランジスター技術を積極的に投入し、より少ない電力で、より高い処理性能を引き出せるように改良を続けています。

インテルでは、この SIMD 技術として整数データ (データの演算幅はトータル 128ビット) に対応したインテル® MMX® テクノロジーをいち早く実用化しました。そして、浮動小数点データにも対応したストリーミング SIMD 拡張命令 (SSE)、データの演算幅が 256ビットに拡張されたインテル® アドバンスド・ベクトル・エクステンション (インテル® AVX) へと進化を遂げています。インテルの最新プロセッサーは、利便性の高い命令がさらに追加された第 2世代のインテル® AVX2 をサポートしています。

また近年では、フル HD や 4K のような高画質と高圧縮率を両立した新しい映像フォーマットも登場しています。インテル® クイック・シンク・ビデオはこれらの映像技術に対応し、さらには専用エンジンとマイクロプロセッサーの最適なロードバランスにより、動画変換の高速化や画質の向上にもつなげています。

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