コンピュータプロセッサの種類

数年前まで、プロセッサの選択は非常に単純なものでした。AMDとIntelはそれぞれ2つのプロセッサシリーズ（メインストリーム向けと低価格帯向け）を製造していました。各社とも使用するプロセッサソケットは1種類のみで、利用可能なプロセッサの速度範囲も限られていました。Intelプロセッサを希望する場合、メインストリーム向けモデルが12種類、低価格帯向けモデルが6種類程度ある中から選ぶ形でした。AMDも同様です。

OEM版とリテールボックス版

事態をさらに複雑にしているのが、ほとんどのAMDおよびIntelプロセッサがOEM版とリテールボックス版という2種類のパッケージで販売されていることです。OEM版のプロセッサパッケージにはプロセッサ単体のみが含まれ、通常90日間の保証しか付きません。リテールボックス版にはプロセッサ本体に加え、互換性のあるCPUクーラーが同梱され、保証期間も通常3年間と長めに設定されています。

通常、リテールボックス版のプロセッサの方がお得です。同モデルのOEM版と比較してもわずかな価格差しかなく、同梱されているCPUクーラーの価値の方が高いためです。しかし、システムを可能な限り静音化するためにアップグレードする際など、サードパーティ製のCPUクーラーを取り付ける予定がある場合は、OEM版のプロセッサを購入する方が合理的かもしれません。

現在では、プロセッサの選択はそれほど単純ではありません。AMDとIntelは、文字通り何十種類もの異なるプロセッサモデルを製造しています。各社は現在、クロック速度、L2キャッシュ、ソケットタイプ、ホストバス速度、サポートされる特殊機能、その他の特性が異なるいくつかのプロセッサラインを展開しています。モデル名さえも紛らわしいものになっています。例えばAMDは、「Athlon 64 3200+」という同じ名前の下で、少なくとも5種類の異なるプロセッサモデルを提供してきました。IntelのCeleronのモデル番号で末尾が「J」のものはソケット775に対応していますが、同じモデル番号でJが付かないものは、ソケット478用の同じプロセッサを指します。Pentium 4のモデル番号で末尾がJのものは、それが設計されたソケットタイプについては何も語っておらず、プロセッサがexecute-disable bit（実行無効ビット）機能をサポートしていることを示しています。このように、状況は非常に複雑です。

AMDとIntelはそれぞれ、以下のセクションで説明する3つのカテゴリのプロセッサを提供しています。

「低価格帯向けプロセッサ」は、パフォーマンスをいくらか犠牲にする代わりに低価格を実現しています。どの時点においても、AMDまたはIntelの最速の低価格帯向けプロセッサの性能は、そのメーカーの最も低速なメインストリーム向けモデルの約85%程度であることが一般的です。低価格帯向けプロセッサは、日常的なコンピューティングタスクには十分すぎる性能を持っています（結局のところ、今日の低価格帯向けプロセッサは、かつてのメインストリーム向けプロセッサであり、先週のパフォーマンス重視プロセッサなのです）。低価格帯向けプロセッサは、システムアップグレードの際に最適な選択となることがよくあります。クロック速度が低く消費電力も抑えられているため、古いマザーボードとの互換性が確保できる可能性が高まるからです。

「AMD Sempronプロセッサ」のさまざまなモデルは、50ドルから125ドルの範囲で販売されており、低価格帯からローエンドのメインストリームセグメントをターゲットにしています。Sempronは、2004年に生産終了したソケットAのDuronプロセッサ、および2005年に旧式化したソケットAのAthlon XPプロセッサの後継として登場しました。さまざまなSempronモデルが、旧式のソケットA用や、一部のAthlon 64モデルで使用されているソケット754用として入手可能です。

AMDは実際、Sempronという名前の下で2種類の異なるプロセッサをパッケージ化しています。ソケットAのSempronは「K7 Sempron」とも呼ばれ、実際にはAthlon XPプロセッサの名称変更版です。図5-1に示すソケット754のSempronは「K8 Sempron」とも呼ばれ、Athlon 64モデルの性能を抑えたモデルです。クロック速度を下げ、L2キャッシュを減らし、Athlon 64のデュアルチャネルメモリコントローラではなく、シングルチャネルメモリコントローラを搭載しています。初期のSempronモデルには64ビット処理のサポートがありませんでした。最近のSempronモデルには64ビットサポートが含まれていますが、Sempron上で64ビットソフトウェアを実行することの実用性には疑問が残ります。それでも、Athlon 64と同様に、Sempronも32ビットソフトウェアを非常に効率的に実行できるため、64ビットサポートは将来への備えと考えることができます。

図5-1: AMD Sempronプロセッサ（画像提供: AMD, Inc.）

システムのマザーボードがソケット462（A）またはソケット754の場合、Sempronは優れたアップグレードの選択肢となります。取り付けを予定している特定のSempronとの互換性をマザーボードで確認する必要があります。また、Sempronを認識させるためにBIOSのアップデートが必要になる場合があります。

Sempronプロセッサモデルの詳細については、http://www.amd.com/sempron をご覧ください。

長年にわたり、「Intel Celeronプロセッサ」は「出来の悪い義理の妹」のような扱いを受け、高価格の割に性能が低すぎるという評価を受けていました。冷笑的な観察者は、IntelがCeleronプロセッサを販売する唯一の理由は、システムメーカーがIntelのメインストリーム向けプロセッサのより高い代金を支払うことなく、自社の製品に「Intel」というブランド名を冠したかったからだと考えていました。

しかし、IntelがCeleron Dモデルを導入したことで状況は一変しました。現在、ソケット478およびソケット775のマザーボードで利用可能です。Celeron Dモデルは、コストパフォーマンスの面では依然としてSempronに劣りますが、その格差は過去数年ほど大きくはありません。60ドルから125ドルで販売されているCeleron Dプロセッサは、ソケット478またはソケット775のマザーボードを所有しているユーザーにとって、非常に現実的なアップグレード用プロセッサです。Sempronと同様に、Celeronモデルも64ビットサポート付きのものが利用可能ですが、エントリーレベルのプロセッサで64ビットソフトウェアを実行することの実用性には疑問が残ります。ここでも、取り付けを予定している特定のCeleronとマザーボードの互換性を確認することが重要であり、Celeronを認識させるためにBIOSの更新が必要になる場合があります。

「D」が付かないCeleronプロセッサは避けてください

（「D」の付かない）CeleronプロセッサはNorthwoodコアに基づいており、L2キャッシュが128 KBしかありません。これらのプロセッサの性能は非常に低く、残念ながら現在も販売されています。Celeron DモデルはPrescottコアに基づいており、L2キャッシュは256 KBあります。

Celeronプロセッサモデルの詳細については、http://www.intel.com/celeron をご覧ください。

「メインストリーム向けプロセッサ」は、通常125ドルから250ドルで販売されていますが、最速のモデルは500ドル以上になることもあります。これらのプロセッサは、最速の低価格帯向けプロセッサの最大2倍程度の総合性能を提供します。低価格帯向けプロセッサよりも高い性能が必要で、追加コストを支払う意思がある場合、メインストリーム向けプロセッサは優れたアップグレードの選択肢となります。

ただし、マザーボードによっては、追加コストを支払う意思があってもメインストリーム向けプロセッサが選択肢に入らない場合があります。メインストリーム向けプロセッサは、ほとんどの低価格帯向けプロセッサよりも大幅に多くの電力を消費するため、古いマザーボードでは容量不足になることがよくあります。また、メインストリーム向けプロセッサはより新しいコア、より大きなL2キャッシュ、その他の機能を備えていることが多く、古いマザーボードと互換性があるとは限りません。古い電源ユニットでは、現在のメインストリーム向けプロセッサには電力不足となる可能性があり、新しいプロセッサには現在インストールされているものよりも高速なメモリが必要になる場合もあります。メインストリーム向けプロセッサへのアップグレードを検討している場合は、プロセッサを購入する前に、プロセッサ、マザーボード、電源ユニット、メモリの互換性を慎重に確認してください。

「AMD Athlon 64プロセッサ」（図5-2参照）は、ソケット754およびソケット939のバリエーションで展開されています。名前が示すように、Athlon 64は64ビットソフトウェアをサポートしていますが、実際に64ビットソフトウェアを実行しているAthlon 64ユーザーはごく一部です。幸いなことに、Athlon 64は、我々のほとんどが日常的に使用している32ビットのオペレーションシステムやアプリケーションソフトウェアも快適に動作させることができます。

図5-2: AMD Athlon 64プロセッサ（画像提供: AMD, Inc.）

Sempronと同様に、Athlon 64はチップセットの一部であるメモリコントローラに依存するのではなく、プロセッサダイ上にメモリコントローラを内蔵しています。この設計の利点は、Athlon 64のメモリ性能が非常に優れていることです。欠点は、DDR2のような新しいタイプのメモリをサポートするには、プロセッサの再設計が必要になることです。ソケット754モデルはシングルチャネルのPC3200 DDR-SDRAMメモリコントローラを搭載しているのに対し、ソケット939モデルはデュアルチャネルコントローラを搭載しています。そのため、同じクロック速度とL2キャッシュサイズであれば、ソケット939モデルの方がやや高い性能を発揮します。例えばAMDは、L2キャッシュ512 KB、2.2 GHzで動作するソケット754のNewcastleコアのAthlon 64を「3200+」モデルと指定していますが、同じプロセッサをソケット939にした場合は「Athlon 64 3400+」と指定しています。

数字は嘘をつく

Athlon 64プロセッサとSempronプロセッサのモデル番号は、異なる尺度で付けられています。例えば、ソケット754のSempron 3100+は1800 MHzで動作し、256 KBのキャッシュを搭載しています。一方、ソケット754のAthlon 64 2800+は同じクロック速度で動作し、キャッシュは2倍あります。モデル番号が低いにもかかわらず、Athlon 64 2800+の方がSempron 3100+よりもやや高速です。AMDは強く否定していますが、業界の多くの観察者は、AMDがAthlon 64のモデル番号をPentium 4のクロック速度と比較し、Sempronのモデル番号をCeleronのクロック速度と比較させる意図があると信じています。もちろん、Intelも最近のプロセッサをクロック速度ではなくモデル番号で指定しており、事態はさらに混乱しています。

Athlon 64プロセッサモデルの詳細については、http://www.amd.com/athlon64 をご覧ください。

図5-3に示すPentium 4はIntelのフラッグシッププロセッサであり、ソケット478およびソケット775で利用可能です。AMDはAthlon 64のモデル番号を、クロック速度、L2キャッシュサイズ、ソケットが異なる4つ以上の異なるプロセッサに対して同じ番号で指定することがありますが、Intelは各モデルを明確に識別する番号スキームを使用しています。

ソケット478のみで利用可能な古いPentium 4モデルは、クロック速度と、場合によってはFSB速度やコアタイプを示す補助的な文字で識別されます。例えば、FSB 400 MHz、コア速度2.8 GHzで動作するソケット478のNorthwoodコアのPentium 4プロセッサは「Pentium 4/2.8」と指定されます。FSB 533 MHzであれば「Pentium 4/2.8B」、FSB 800 MHzであれば「Pentium 4/2.8C」となります。2.8 GHzのPrescottコアのPentium 4プロセッサは「Pentium 4/2.8E」と指定されます。

図5-3: Intel Pentium 4 600シリーズプロセッサ（画像提供: Intel Corporation）

ソケット775のPentium 4モデルは2つのシリーズのいずれかに属しています。500シリーズの全プロセッサはPrescottコアを使用し、L2キャッシュを1 MB搭載しています。600シリーズの全プロセッサはPrescott 2Mコアを使用し、L2キャッシュを2 MB搭載しています。Intelはモデル番号の2番目の数字を使用して、相対的なクロック速度を示します。例えば、Pentium 4/530のクロック速度は3 GHzであり、Pentium 4/630も同様です。540/640モデルは3.2 GHz、550/650モデルは3.4 GHz、560/660モデルは3.6 GHzで動作します。500シリーズのモデル番号の末尾に「J」が付く場合（例：560J）、そのプロセッサがXDB機能をサポートしていることを示しますが、EM64T 64ビットサポートは含みません。500シリーズのモデル番号の末尾が「1」（例：571）であれば、そのモデルはXDB機能とEM64T 64ビット処理の両方をサポートしています。600シリーズの全プロセッサはXDBとEM64Tの両方をサポートしています。

Pentium 4プロセッサモデルの詳細については、http://www.intel.com/pentium4 をご覧ください。

エクストリームプロセッサ

私たちは、最も高速で高価なメインストリーム向けプロセッサ（400ドルから500ドルの範囲で販売されるもの）をパフォーマンス重視プロセッサと分類していますが、AMDとIntelはそのカテゴリをトップエンドのモデル（800ドルから1,200ドルで販売されるもの）のために確保しています。これらのプロセッサ（「AMD Athlon 64 FX」、「Intel Pentium 4 Extreme Edition」、「Intel Pentium Extreme Edition」）はゲームおよび愛好家市場をターゲットとしており、最速のメインストリーム向けモデルよりも、せいぜいわずかに速い程度のパフォーマンスしか提供しません。

実際、性能向上は一般的に小さいため、これらのプロセッサを購入する人は「分別よりもお金がある」のではないかと私たちは考えています。このような法外に高価なプロセッサの購入を検討しているなら、賢明な選択をお勧めします。代わりに400ドルか500ドルの高性能なメインストリーム向けプロセッサを購入し、余ったお金の一部で、メモリの増設、より良いビデオカード、より良いディスプレイ、より良いスピーカー、あるいは実際に目に見える利益をもたらす他のコンポーネントを購入することです。さもなくば、その余分なお金を貯金しておくのが良いでしょう。

2005年初頭までには、AMDとIntelの両社がプロセッサコアを実用上の最高速度にまで押し上げており、プロセッサの性能を大幅に向上させる唯一の実用的な方法は、2つのプロセッサを使用することであるということが明らかになりました。2つの物理的なプロセッサを搭載したシステムを構築することは可能ですが、それを実行すると、ただでさえ高い消費電力と発熱が倍増するなど、多くの複雑な問題が生じます。AMDは後にIntelも追随することになりますが、デュアルコア化という道を選びました。

1つのプロセッサに2つのコアを組み合わせることは、単一プロセッサの速度を倍にすることとは正確には異なります。1つには、2つのコアを管理するために、シングルプロセッサには存在しないオーバーヘッドが発生するためです。また、シングルタスク環境では、プログラムスレッドはシングルコアプロセッサ上と同じ速度でしか動作しないため、コア数を倍にしてもアプリケーション性能が倍になるわけではありません。しかし、多くのプログラムやそのスレッドがプロセッサ時間を奪い合うマルチタスク環境では、2つ目のプロセッサコアが利用可能であるということは、一方のコアでスレッドを実行し、もう一方のコアで別スレッドを実行できることを意味します。

結論として、集中的にマルチタスクを行う場合、デュアルコアプロセッサは類似のシングルコアプロセッサよりも通常25%から75%高いパフォーマンスを提供します。単一アプリケーションに対するデュアルコアの性能は、そのアプリケーションがスレッドをサポートするように設計されていない限り、本質的には変わりません（例えば、Webブラウザはネットワーク操作中もユーザーインターフェースの応答性を維持するためにスレッドを使用します）。たとえスレッド化されていないアプリケーションのみを実行している場合でも、デュアルコアプロセッサによる性能の恩恵は得られます。これは、デュアルコアプロセッサをサポートするWindows XPのようなオペレーションシステムが、自動的に異なるプロセスを各コアに割り当てるためです。

図5-4に示す「AMD Athlon 64 X2」には、高い性能、比較的低い電力消費と発熱、そして既存のほとんどのソケット939マザーボードとの互換性など、いくつかの利点があります。残念なことに、Intelが安価なデュアルコアプロセッサを250ドル未満で提供しているのに対し、AMDの最も安価なデュアルコアモデルは当初800ドル台で販売されており、ほとんどのアップグレードユーザーにとっては論外でした。幸いなことに、2005年後半までにはAMDもより妥当な価格のデュアルコアモデルの出荷を開始しましたが、入手性は限定的です。

図5-4: AMD Athlon 64 X2プロセッサ（画像提供: AMD, Inc.）

Athlon 64 X2プロセッサモデルの詳細については、http://www.amd.com/athlon64 をご覧ください。

AMDのAthlon 64 X2デュアルコアプロセッサの発表は、Intelにとって不意打ちでした。追い詰められたIntelは、デュアルコアプロセッサを作るために、より粗削りなアプローチを取りました。AMDがAthlon 64 X2プロセッサで行ったように統合型デュアルコアプロセッサを構築するのではなく、Intelは本質的に2つの低速なPentium 4コアを1つの基板上に貼り付け、それを「Pentium D」デュアルコアプロセッサと名付けました。

図5-5に示す800シリーズの90 nm SmithfieldコアのPentium Dは、Intelにとっての暫定的な急造品です。これは、Intelが真の回答であるデュアルコア65 nm Preslerコアプロセッサ（おそらく900シリーズPentium Dと指定される）を市場に投入できるようになるまで、AMD Athlon 64 X2に対抗するために設計されました。Preslerベースのデュアルコアプロセッサは完全に統合され、既存のIntel互換デュアルコアマザーボードと互換性があり、消費電力の低減、発熱の抑制、L2キャッシュの倍増、そして大幅に高い性能を実現するはずです。

図5-5: Intel Pentium Dデュアルコアプロセッサ（画像提供: Intel Corporation）

以上の記述を読んで、私たちは800シリーズPentium Dプロセッサを軽蔑していると思われるかもしれません。実際には、全くそんなことはありません。確かに急造品ではありますが、サポートしているマザーボードさえあれば、比較的安価で非常に効果的な急造品です。私たちは、800シリーズPentium Dの中で最も安価な820の初期サンプルを徹底的にテストしました。820は2.8 GHzで動作し、軽いシングルタスク中心の使用では、2.8 GHzのPrescottコアのPentium 4とほとんど変わらない感覚です。プロセスを追加していくと、違いが明確になりました。シングルコアのPrescottでは動作が重くなるところ、Pentium Dはフォアグラウンドのプロセスに対してキビキビとした反応を提供しました。

Pentium Dプロセッサモデルの詳細については、http://www.intel.com/products/processor/... をご覧ください。

表5-2に、現在のAMDプロセッサの重要な特性と、サポートされている特殊機能の一覧をまとめました。

表5-2: 表5-2. AMDプロセッサ概要

表5-3に、現在のIntelプロセッサの重要な特性と、サポートされている特殊機能の一覧をまとめました。

表5-3: Intelプロセッサ概要

特殊機能

特殊機能がすべてのプロセッサラインで一様に実装されているわけではありません。例えば、Pentium D 8XXシリーズプロセッサはEM64T、SSE3、EIST、およびデュアルコアをサポートしていると記載していますが、執筆時点で入手可能なPentium D 8XXモデルは、2.8 GHzの820、3.0 GHzの830、3.2 GHzの840の3種類でした。830と840モデルは記載されているすべての特殊機能をサポートしていますが、820モデルはEM64T、SSE3、デュアルコア動作をサポートしているものの、EISTはサポートしていません。特定のプロセッサラインでサポートされているとされる特殊機能が重要であれば、購入を予定している正確なプロセッサモデルでサポートされているか確認してください。

コンピュータプロセッサの詳細