コンピュータアーキテクチャとは何ですか?

AMD、Apple、Intel などのテクノロジー企業からのプレゼンテーションと、特定のデバイスやその他の製品のスペックシートの間に、ほぼ確実に少なくとも 聞いた 建築という言葉。 Apple は、自社の M1 および M2 チップが 腕 AMD は、自社の Zen 4 アーキテクチャが Intel の Raptor Lake アーキテクチャよりも優れていることを強調しています。 しかし、あらゆるマーケティングにおいて、「アーキテクチャ」が実際に何なのかは決して説明されていません。 ここでは、アーキテクチャについて知っておくべきことと、それがなぜ重要なのかをすべて説明します。

アーキテクチャ: プロセッサの基礎

テクノロジー業界ではアーキテクチャという言葉は曖昧ですが、ここでは命令セット アーキテクチャ (ISA) とマイクロアーキテクチャについて話しています。 ISA とマイクロアーキテクチャが混同されるのは珍しいため、ISA とマイクロアーキテクチャは両方ともアーキテクチャと省略されます。 さらに、ここでは主に CPU アーキテクチャについて説明しますが、GPU などの他のプロセッサは ISA とマイクロアーキテクチャの両方を使用します。

ISA はプロセッサの最も基本的な部分であり、最も基本的な機能が含まれているため、ISA は良い出発点となります。 命令 (加算や乗算など) や機能 (小数点以下 32 桁の数値を処理できるなど) などの側面 場所）。 特定の ISA を使用するプロセッサは、その ISA 用に設計されたコードのみを実行できます (ただし、エミュレーションは回避策です)。 macOS は、 x86 ISA そしてAppleのチップは アームISA.

マイクロアーキテクチャは、ゲーム、専門的な仕事、さらにはカジュアルなコンピューターの使用に大きな影響を与える可能性があります。

つまり、マイクロアーキテクチャは、プロセッサのさまざまな部分を接続し、ISA を実装するためにそれらの部分がどのように相互接続および相互運用するかを示します。 したがって、ISA が別の言語のようなものだとすると、マイクロアーキテクチャは方言です。 新しいチップを設計するのに ISA を破棄する必要はなく、ISA を変更せずに新しいプロセッサを作成すると、新しいマイクロアーキテクチャが作成されます。 同じ ISA 上に構築されたマイクロアーキテクチャは大きく異なる場合がありますが、一方のチップのパフォーマンスが他方のチップよりも明らかに優れている場合でも、同じコードを実行できます。 企業は、パフォーマンスを向上させたり、新しい命令 (基本 ISA 内にないため拡張機能と呼ばれます) を追加したり、特定のアプリケーションをターゲットにしたりするために、新しいマイクロアーキテクチャを作成する傾向があります。

現在、いくつかの ISA があり、主なものとしては、x86 (Intel と AMD が共同所有)、ARM (Arm が所有しているが、Apple や Samsung などの他の企業にライセンス供与されている)、 RISC-V (誰でも無料で使用できるオープン標準の ISA)、および PowerPC (IBM が所有し、主にデータセンター関連のものや、以前は PS3 や Wii などの多くのコンソールに使用されていました)。 数千ではないにしても少なくとも数百のマイクロアーキテクチャが存在しており、有名なものとしては、AMD の Zen シリーズ、Intel の Lake シリーズ、Arm の Cortex シリーズなどがあります。

ISA はテクノロジー内の境界を定義しました

プログラマーは、ネイティブに (つまり、 エミュレーションのような回避策を使用すると、パフォーマンスが低下することがよくあります) となると、必然的に多くの壁が生じます。 コンピューター。 開発者は 1 つの ISA だけに焦点を当てる傾向があり、ハードウェアとソフトウェアの間のほぼ断ち切れない関係によって、特定の種類のデバイス用のプロセッサを誰が製造するかが決まります。

x86 はデスクトップ、ラップトップ、ゲーム コンソールでほぼ独占的に使用されており、それらのデバイスでもほぼ独占的に x86 が使用されます。 ARM、RISC-V、PowerPC はすべてこれらの分野に手を出してきましたが、x86 がそれらすべてを支配しています。 それだけでは十分ではありません Microsoft は Windows の ARM バージョンを作成しました サードパーティのソフトウェア開発者が アプリの ARM バージョン、持っている人はほとんどいません。 一方、Apple が macOS を所有したことにより、x86 Intel チップから自社チップへの切り替えが (依然として困難ではあるものの) はるかに簡単になりました。

同様に、ARM は携帯電話とタブレットを支配しており、それは約 20 年間真実です。 その時には インテルが携帯電話用のx86チップの製造を開始 2000 年代後半、事実上市場全体が何年も ARM を使用しており、インテルは企業に切り替えを説得するのに苦労していました。

現在、ISA が作成した境界線はほぼ固まったようです。 ARM チップがデスクトップやラップトップで x86 を追い越す可能性は非常に低いです (たとえ Apple はここで大幅な進歩を遂げており、スマートフォンが常に 腕。 ただし、データセンターやモノのインターネット (IoT) デバイスなどの新興市場では、激しい競争が存在します。 RISC-V はまた、多くの企業が、広範なエコシステム全体にわたる互換性の必要性があまり懸念されないアプリケーション向けに独自の RISC-V チップを製造することを望んでいるという説得力のある議論も行っています。 おそらく遠い将来、これらの ISA の一部は使用されなくなるでしょうが、現時点で関連するのは少数の主要な ISA だけである可能性が高いと思われます。

マイクロアーキテクチャはデバイス上のエクスペリエンスを左右する

企業のマーケティングを鵜呑みにすることはできませんが、マイクロアーキテクチャがゲーム、専門的な仕事、さらにはカジュアルなコンピューターの使用に大きな影響を与える可能性があることは事実です。 デバイスに最新のマイクロアーキテクチャが必要かどうか迷っている場合は、考慮すべき点がいくつかあります。

ゲームは実際にはそれほど多くの生リソースを使用しないため、クロックあたりの命令数 (IPC) の向上など、新しい CPU マイクロアーキテクチャが提供するすべての恩恵を受けられないことがよくあります。 ただし、マイクロアーキテクチャには、クロック速度の向上、キャッシュの追加、その他のゲームに適した特性が備わっている場合があります。 高フレームレートでビデオ ゲームをプレイする場合、最新のプロセッサを使用するとエクスペリエンスが大幅に向上する可能性があります。 CPU が 5 年以上前のものである場合は、アップグレードを検討する時期が来ている可能性があります。

新しいマイクロアーキテクチャを備えた新しい GPU にアップグレードすることも良い考えかもしれません。 新しいグラフィックス カードには、Nvidia の DLSS (RTX ブランドのカードでのみ利用可能、DLSS 3 は RTX ブランドのカードでのみ利用可能) などの新機能が導入されることがあります。 RTX 40 シリーズ）および AV1 エンコーディングは、最新の RTX 40、RX 7000、および Arc Alchemist GPU にのみ存在します。 さらに、ゲームパフォーマンス 新しいマイクロアーキテクチャはグラフィックス カードに依存しており、多くの場合、古いものよりもはるかに多くの生の馬力と VRAM を備えたカードと組み合わせられます。 もの。

新しいアーキテクチャの CPU にアップグレードする必要がありますか?

レンダリング、ビデオ編集、その他のタスクなどのプロフェッショナルでクリエイティブな作業に関しては、新しい CPU または GPU を購入することは、新機能と一般的により高いパフォーマンスの両方の点で価値があることがよくあります。 たとえば、AVX などの追加の CPU 命令が役立つ場合があります。 ただし、潜在的なパフォーマンスの向上はアプリケーションによって大きく異なるため、ソフトウェアを調査して、新しいハードウェアからメリットが得られるかどうかを確認する必要があります。

基本的なアプリケーションは過去 10 年以内に作られたほぼすべてのもので実行できるため、カジュアル ユーザーにとっては、新しいハードウェアの利点はそれほど明らかではありません。 ただし、特にラップトップ ユーザーにとって、マイクロアーキテクチャは効率の向上をもたらすことが多く、効率の向上は通常、消費電力の低下を意味し、ひいてはバッテリ寿命の向上を意味します。