今後のＣＰＵの歩み方

質問

今後のＣＰＵはどのように歩んでいくと思いますか？

このままムーアの法則にしたがって周波数は増えていくと思いますか？
確かＣＰＵの発熱量は周波数に比例するとどこかで見た気がするのですが、もしそうならばこのまま周波数が増えていけば発熱量も増していき、そのうち冷却できなくなるのではないでしょうか？ということは、いずれＣＰＵの性能の限界がきてしまうということになりますね？

ＣＰＵの発熱をおさえつつ性能を上げる技術はあるのですか？

それと、３２ビットＣＰＵや、６４ビットＣＰＵなどという言葉を耳にするのですが、このビットというのは何ですか？

回答No.2

parts · ベストアンサー

Ｑ／ムーアの法則にしたがって周波数は増えていくと思いますか？

Ａ／思いますかというものではなく、現実に２０１０年から１５年あるいは２０年まではムーアの法則に従い10GHz～20GHzを超えるラインまで１８ヶ月で２倍の半導体密度を維持します。それ以降は、目処が立っていません。（５年前には２００１年以降の目処がなかったわけで、技術が見つかれば・・・まだ上がるでしょう）

Ｑ／もしそうならばこのまま周波数が増えていけば発熱量も増していき、そのうち冷却できなくなるのではないでしょうか？

Ａ／確かに、現在半導体最大手のインテルで一番心配されているのがそれです。ダイ集積度が向上したことで、リーク電流が２年後にＣＰＵ全体の４割以上を占めるほどになる計算。leakとは漏れるという意味で、使われずに消費される電力のこと。

100WがCPUで消費されるとすれば実に40wが速度向上に使われることなく、CPU回路を通過するうちに失われます。

Ｑ／ＣＰＵの発熱をおさえつつ性能を上げる技術はあるのですか？

Ａ／ある程度は、CPU回路長の微細化技術で減らせますが、既に最新のCPUは１０年ぐらい前のパソコン並の消費電力にもなるほどですから、それだけでは厳しいとされます。
実際に最新のPentium４-3,06GHzはより大きな空冷ファンを使う必要があり、消費電力もPentium３時代の倍近い。

他の技術としては、回路に用いる抵抗などに用いる主成分の見直し、回路設計の見直し、周波数による速度アップからIPC（クロック中りの実行命令数）の増加などを目指すことで改善が可能でしょう。

ただ、有効な手段はまだない。

Ｑ／３２ビットＣＰＵや、６４ビットＣＰＵなどという言葉を耳にするのですが、このビットというのは何ですか？

Ａ／bit（ビット）は、デジタルデータ（０と１、ON、Offで表す情報）の最小単位のこと。８bitで１Byte（バイト）となる。
２つの選択肢から１つを選ぶ能力（命令）が１bitに相当します。３２bitとは２の３２乗の情報を１度に処理できる計算になる。６４ビットでは２の６４乗の情報が処理できる計算。
これは、処理速度や能力を向上させる一つの手法として使われる。

周波数（クロック周波数）は単位秒（１秒）で何度情報を送り込み、処理に回せるかを指すが、その送り込み処理する情報量をどれだけにするかを決めます。
３２ビットより６４ビットの方が多くの情報が処理でき、より複雑な情報を処理できるため、高速になる。

CPUの32bit、64bitとは厳密にはCPUの中枢となる基礎演算子(ALU、FPU）が３２bitか６４bitかを指すもので、WindowsPCではx86というCPUの基礎命令セットが３２bitか６４bitかを指す。（ALUとは整数演算器、FPUは浮動小数点演算器）

現在のPCでは拡張命令セット（命令を一部新設しそれだけを特に高速化する専用の命令装置）に128bit演算機能が搭載されていることと、演算回路にデータを送るデータバスは６４bitであるため、あくまで基礎命令セット上での話です。

回答No.3

noname#3227

現在CPUは単体の部品として存在していますが、それ以外のディジタルICは
ほぼワンチップに納められています。
半導体技術の進歩で動作スピードは向上していますが、パソコンCPUのアー
キテクチャには宣伝で言っているほど根本的な改良は無いように思います。

集積度の向上を生かして、専門ハードウェアの同居とシンプルなアーキテク
チャのCPUを同一チップ上に何個も配置してプログラムを時分割で処理せずに
同時実行させれば、半導体技術の進歩を待たずに処理能力を上げられると思
います。

ただし、そのチップを現在の延長線上のCPUチップと捉えて適当なのかどうか
は疑問ですが。

そうなると、コンピュータにCPUはひとつだけという現在のOSやコンパイラは
既存の技術では対応できなくなると思います。

8080からCPUを見てきている人には、スピードの向上程にはコンピュータ技術
自体は内容の変更は無かったと言う印象ではないでしょうか。

たぶん、何らかの変革なしには済まされないと思いますが、コンピュータ業
界の外から激変がやってくると思います。

なぜなら、世の中には大量のデータ処理に悩まされてコンピュータ業界の無
策に怒っているひとが大勢いるのは明らかですから。

私も悩んでます。

回答No.1

kaitou-man

周波数に限っては、もうしばらくは伸びていくと思います。
発熱は微小なトランジスタや配線を使用することである程度おさえることができます。各メーカーはその微細化技術を競っているわけです。
熱に強い素材の開発も行われています。

ですが、いずれこのままの高性能化は限界がくるでしょうね。
どこかでブレークスルーが必要です。光なのか超伝導なのか分子なのか量子なのか、どれが本命かはわかりません。

ビットとは0か1の1個の情報のことです。一番小さな情報の単位です。ビットを組み合わせて2進数とみなせば数値を表現できます。32ビットCPUというのは32個のビットからなる数値を一度に加減算できるようなCPUということです。昔の8ビットCPUでは32ビットの加減算を4回に分けて実行しますが、それが一回でできるから高速に動作するということです。一般に64ビットCPUはさらに高速な動作ができます。