周波数スケーリング

コンピュータアーキテクチャにおいて、周波数スケーリング（周波数ランピングとも呼ばれる）とは、プロセッサの周波数を上げて、そのプロセッサを搭載したシステムの性能を向上させる技術である。周波数ランピングは、1980年代半ばから2004年末頃まで、汎用プロセッサの性能向上において支配的な役割を果たした。

プロセッサ周波数がコンピュータの速度に与える影響は、コンピュータプログラムの実行時間に関する方程式を見ればわかる。

${\displaystyle \mathrm {実行時間} ={\frac {\mathrm {命令} }{\mathrm {プログラム} }}\times {\frac {\mathrm {サイクル} }{\mathrm {命令} }}\times {\frac {\mathrm {時間} }{\mathrm {サイクル} }},}$

ここで、プログラムあたりの命令数は、特定のプログラムで実行される命令の総数であり、命令あたりのサイクル数は、プログラムとアーキテクチャに依存する平均値であり、サイクルあたりの時間は、定義上、プロセッサ周波数の逆数である。^{[ 1 ]}したがって、周波数の増加は実行時間を短縮する。

しかし、チップの消費電力は次の式で表されます。

${\displaystyle P=C\times V^{2}\times F,}$

ここで、Pは消費電力、Cはクロックサイクルごとに切り替えられる容量、 Vは電圧、Fはプロセッサ周波数 (サイクル/秒) です。^{[ 2 ]}したがって、周波数の増加はプロセッサで使用される電力の増加につながります。プロセッサの消費電力の増加は、最終的にIntelが 2004 年 5 月にTejas および Jayhawkプロセッサをキャンセルすることにつながり、これは一般的に、支配的なコンピュータ アーキテクチャ パラダイムとしての周波数スケーリングの終焉として挙げられています。^{[ 3 ]}

周波数スケーリングが終了した時点でも、ムーアの法則^{[ 4 ]}はまだ有効でした。電力の問題にもかかわらず、トランジスタ密度は18～24か月ごとに倍増していました。周波数スケーリングが終了すると、新しいトランジスタ（周波数スケーリングを促進するために不要になったもの）は、並列コンピューティングを促進するために追加のコアなどの追加のハードウェアを追加するために使用されます。この技術は並列スケーリングと呼ばれています。

プロセッサ性能向上における主要因であった周波数スケーリングの終焉は、マルチコアプロセッサという形での並列コンピューティングへの業界全体の移行を引き起こした。

• 動的周波数スケーリング
• オーバークロック
• アンダークロック
• 電圧スケーリング