最近のCPUのクロック数が高くないのはなぜですか？

質問

こんにちは。
20年近く前から２－３年に一度はパソコンを買い換えたりサブを足したりしてきたものです。
デスクトップをメインにした事もありますし、ノートの時もありますし、windows中心ですがMacを使った事もあります。

その中で最初のうちはCPUのクロック数がどんどん高くなって、割と数字の高さを見ていると大体性能がわかった感じでした。その後デュアルコアとかクアッドコア等が出てきてそうとも限らなくはなりましたけど、大体数字とコア数を見て想像がついた感じで、その数字がどんどん伸びていっていたのを記憶しています。

ところが、最近はクロック数そのものがそんなに高くない製品が多く、どうしてなのか気になっています。corei3,i5,i7などの能力の違いなどは何となくわかりますが、クロック数だけで言えば特にノートは数年前に2Ghzくらいに達してから殆んど伸びていないような気がします。

デスクトップはそれなりにノートと比べると伸びているようですが、しかし言っても３Ghz を超えたあたりで止まっている様な印象です。iMacの最高機種でも3.5Ghz程度ですよね。

私が以前に買ったデスクトップは2008年の始めで、その時では性能が高い方でしたがそれでクアッドコアの2.8Ghzでしたのでそれから7年で１Ghz程度しか伸びていない（？）のが何となく不思議なのです。

これは技術が上がっていない（これ以上上がるのが難しい？）のか、これ以上あがる事に意味がないと思われていて注力されていないのか、又はクロック数では測れない部分の技術が高まっていて、クロック数の数字だけで比較する事の意味が殆んどなくなっているのか・・・などを考えていますが実際のところどうなのでしょう？

現在の私のメインパソコンは2012年前半に買ったWindowsノートでCPUはcore i5の2450(2.5Ghz)なのですが、そろそろ新しいパソコンを・・・等と思い調べても大体同じくらいのCPUなので「あれ？」と思っています。今も3年前もcore i5の2.5Ghzはcore i5の2.5Ghzで変わりませんよね？

宜しくお願い致します。

回答No.9

bardfish

パソコン雑誌で半導体技術者のインタビューという形でCPUのクロックの限界みたいな特集が掲載されていたことがあったと思います。

それを読んだ記憶を掘り起こすと・・・

クロックを上げ過ぎると電子？分子？の固有振動数と共振して動作不良を起こす。
回路に電気が流れると磁気が発生するが、クロッカが高くなると時期による起電力が無視できなくなる。
半導体回路の精密さを更に細くしないと高クロック化は難しいが、回路を生成する機械がなかったり、細かくし過ぎると光の粒子よりも小さくなるからブレイクスルーが必要。

とか、いろいろ書かれていたような気がします。
パソコン関係の雑誌を買わなくなって15年は立っているのでその頃の話のはずですが、今でもブレイクスルーは発生していないのでしょう。

微細回路・高クロック化は消費電力と発熱も上がるはずですからね。
贅沢な半導体製品より、低電力で効率のよいCPUがPentiumD以降の今の主流のはずです。

PentiumD830(2コア3.0GHz)のVistaデスクトップからAMD PhenomII x6 1035T(6コア2.6GHz)の7デスクトップにしましたがクロックが下がってもPhenomのほうが高速で快適です。H.264の動画エンコードでは天と地ほどの差があります。
CPUの消費電力(TDP)は130Wから95W(多分)に下がりました。

お礼

回答ありがとうございます。実際体感的にクロック数が下がっているのに快適という例をありがとうございます。色々参考になりました。お礼が遅くなって申し訳ありませんでした。

回答No.8

noname#215107

電磁波の真空中での１GHｚの波長は３０ｃｍですが、導体中では２０ｃｍ程度になります。１GHｚの周波数の矩形波を伝えようとすると、発信元から１０ｃｍ離れた導体上では位相が反対になります。

また、これくらいの周波数になると、基板の配線は分布定数回路として設計しなければなりません。

更に波長が短くなると集積回路内の部品の配置もより狭く配線も短くする必要があります。集積回路の設計は分布定数回路と集中定数回路が混在した極めてデリケートなものとなり、ナノメートル単位よりさらに短くするには、コスト的な障壁があります。

物理的限界は２．５GHｚよりもっと高い周波数だと思います（恐らく１００GHｚくらいまでは大丈夫？）。
ただし、一般向けに市販するには、物理限界に裏付けされたコスト的な限界にきているのではないでしょうか。

お礼

回答ありがとうございます。そうですね、技術だけではなくコスト的な部分も考慮する必要がありますよね。お礼が遅くなって申し訳ありませんでした。

回答No.7

kamikazek

世界の平均通信技術が革新進歩すれば
実質体感的に次世代に入る感をもってます。
現在においては、現在のスペックで間に合うかと。

お礼

回答ありがとうございます。
現在のスペックで大体のことが間に合うのかも知れませんが、質問としてはCPUのクロック数が高くない、高くならない理由が知りたいのです・・・。

回答No.6

SPROCKETER

実は、ＣＰＵのクロック周波数は、ずっと以前に停滞を始めて上がらなくなるという予測が大半でした。

　１６ビットから３２ビットに変わった頃にも、限界が近いという見方が強かったです。それが１．５ＧＨzのPentium4が登場し、さらに２倍の３ＧＨzまで上昇しましたが、６ＧＨzではリーク電流が大き過ぎて実現出来ず、５ＧＨzが限界だと言われています。

　結局、クロック周波数が伸びない停滞期に入り、並列処理を強化したマルチコアＣＰＵに移行するしかなくなったわけです。マルチコアは１００コアぐらいまで増やせると言われていますが、現在は２～４コア止まりの状態です。集積度向上も２０２０年で限界に達すると言われています。

　一時期騒がれた高温超電導半導体が研究半ばで挫折し、実現出来なかった結果、超電導集積回路構想が当て外れに終わり、半導体技術の未来が行き詰ったのが原因です。超電導半導体が成功していれば、数十ＧＨzぐらいまではクロックレートを伸ばせただろうと思います。現在の数百倍の処理能力を持つＣＰＵを実現出来たかもしれません。

　超電導半導体が失敗した結果、パソコンの未来は大きく萎縮した形になっています。処理能力を必要としない技術開発にしか投資がおこなわれなくなっているように思えます。ミドルタワーやミニタワー型のデスクトップパソコンが姿を消し始めたのは、処理能力の向上が限界に達しているのを象徴しています。

　今後も処理能力の向上は進むでしょうが、ＣＰＵのクロック周波数ではなく、マルチコア数やキャッシュ容量で決まるようになり、ソフト開発は並列処理に比重を置いたものに変わっていくだろうと思います。

お礼

詳しい説明をありがとうございます。ソフトの開発もCPUの現状に影響されるという事ですね。

お礼が遅れましたことお詫びします。

回答No.5

rav4rav4

クロックより並列処理増加（ＣＰＵ×４、×８）の方が性能が良く早いからです。

昔はCPU一つで走っていて処理速度を上げるにはクロックを上げるしかなかったのです。今では４個も８個もあるのでそんなにクロックを上げなくても処理が上がるのです。

お礼

回答ありがとうございます。並列処理のほうが効率が良いというのはわかりますが、それも実際のPCではそんなに採用されいませんよね（クアッドコアあたりまで？）。またCPUの能力を「上げない」理由にもならないような気がするのですが・・・。

お礼が遅れたことお詫びします。

回答No.4

moha91

ICの能力はその計算回数を単純に上げるために、動作周波数を上げれば計算能力が高まるという事になります。

しかしながら、ICの性能が高まると必然的にその集積度が高まり、プロセスルールが以前では考えられないような微細なものになっていきました。具体的にはプロセスルールが100ナノメートル以下になるとリーク電流と言われる本来では意図していない電流がIC内を飛び交うようになり、発熱及び誤作動が飛躍的に高まり、周波数を上げるだけでは性能が思ったほど上がらず逆に熱による問題の方が大きくなってしまったのです。
この問題はIntelのCPUでPentium4最終バージョンのTejasの開発中止にまで至り、この際にIntelはRISC式の周波数を上げて処理能力を上げるという開発方式を停止しました。命令セットを多数揃え、FSBを上げて更に大量の二次三次キャッシュを搭載した低周波数低発熱でも処理能力のあるCoreアーキテクチャへ開発方針を転換したのです。
この方針転換は競合であるAMDへも同様の影響を与えています。

現在のCPUの動作周波数は嘗ての製品のピークに迫りつつありますが、決定的に違うところはIntel EISTに代表されるように、いつでもピーク周波数で動作するわけでは無く、必要ない場合は自動的に周波数を落として動作する、と言うところです。
そのため現在の高周波数CPUは3Dゲームや大規模データベース処理などを長時間継続的に行わない限り、ピークでの動作時間は非常に少なくなっています。

また現在のCore i5はHaswell Refresh世代のため、2450から2世代代替わりしています。
具体的にはメモリ帯域の上昇と内蔵GPUの性能向上が図られています。

お礼

なるほど、詳しい説明をありがとうございます。素人なのですが、わかりやすかったです。感謝します。なおお礼が遅れまして申し訳ございませんでした。

回答No.3

wormhole

クロック数が上がらなくても1クロックあたりの実行効率が上がってます。

お礼

なるほど、実行効率は上がっているという事ですね。ただ、それは「クロック数を上げない（又は上がらない）理由」とはなりませんよね？回答ありがとうございました。お礼が遅れてすみませんでした。

回答No.2

121CCagent

これ以上クロックを上げるのも限界に来ているって感じです。無理に上げても発熱量だけが増えて冷却問題が発生するだけなので。
プロセスルールの微細化・シュリンクにより配線間の距離が近くなり電流の漏れ出し（リーク電流）が発生することもありクロックを上げにくいもの一因です。

そしてそのプロセスルールの微細化もそろそろ限界が近いとも言われているます。7nm位が限界では？とも思われます。ここまで来ると原子とか分子レベルに近い話になってきますので。

お礼

なるほど、かなり限界まで来ているのですね。
回答ありがとうございました。お礼が遅れた事をお詫びします。

回答No.1

shintaro-2

一つは周波数そのものを上げるのが難しいこと
もう一つのパッケージに多数のトランジスタが入っているので周波数を上げると電力の限界になる（消費電力は、動作周波数に比例し、トランジスタ数の2乗に比例）
からです。

TDP140Wとかになってくると、冷却が大変なのです。

周波数自体は2008年よりもっと前に3GHｚを超えています。
http://ascii.jp/elem/000/000/919/919680/img.html

お礼

回答ありがとうございます。
お礼が遅れて申し訳ありませんでした。