メガヘルツ神話

メガヘルツ神話、または最近ではギガヘルツ神話とは、異なるマイクロプロセッサのパフォーマンスを比較するためにクロックレート（たとえば、メガヘルツまたはギガヘルツで測定）のみを使用するという誤解を指します。クロックレートは、同じモデルおよびタイプのプロセッサの異なる速度のパフォーマンスを比較する有効な方法ですが、実行ユニットの数、パイプラインの深さ、キャッシュ階層、分岐予測、および命令セットなどの他の要因が、異なるプロセッサを検討する際のパフォーマンスに大きく影響する場合があります。たとえば、あるプロセッサでは、2 つの数値を加算するのに 2クロック サイクルかかり、3 番目の数値を乗算するのにさらに 1 クロック サイクルかかりますが、別のプロセッサでは、同じ計算を 2 クロック サイクルで行う場合があります。パフォーマンスはタスクのタイプによって異なるため、異なるタイプのプロセッサ間の比較は困難です。ベンチマークは、コンピュータのパフォーマンスを測定および比較するより徹底した方法です。

この神話は、1984年頃にApple IIとIBM PCを比較したときに始まりました。^[要出典]その議論は、IBMコンピュータはApple IIの5倍高速であり、Intel 8088プロセッサのクロック速度が、後者で使用されているMOSテクノロジー6502のクロック速度の約4.7倍であるというものでした。しかし、本当に重要なのは、マシンの命令がどれだけ細かく分割されているかではなく、特定のタスクを完了するのにどれだけ時間がかかるかです。LDA #（Load Accumulator Immediate）命令について考えてみましょう。6502では、この命令は2クロックサイクル、つまり1MHzで2μsを必要とします。4.77MHzの8088のクロックサイクルは短いですが、LDA #は少なくとも^[1] 4つのクロックサイクルを必要とするため、少なくとも4 / 4.77MHz = 0.84μsかかります。したがって、この命令は、オリジナルのIBM PCではApple IIよりもせいぜい2倍強の速度でしか実行されません。

インテルが1978年に発表したx86 CISCベースのCPUアーキテクチャは、 DOSベースのIBM PCの標準として使用され、その開発は今でもMicrosoft Windows市場を支配し続けています。IBM RISCベースのアーキテクチャは、1992年にリリースされたPowerPC CPUに使用されました。 1994年に、Apple ComputerはこれらのPowerPC CPUを使用したMacintoshコンピューターを発表しました。当初、このアーキテクチャはパフォーマンスの面で期待に応え、同じクロックレートで異なるパフォーマンスを提供するさまざまな範囲のPowerPC CPUが開発されました。同様に、この時点ではIntel 80486は同じクロックレートで80486のほぼ2倍のパフォーマンスを提供するPentiumと並行して販売されていました。^[2]

この神話は、クロックレートがプロセッサ性能の単純な尺度として一般的に考えられ、他の要因を考慮せずに広告や愛好家によって宣伝されたために生まれました。この用語は、PowerPCベースのApple MacintoshコンピュータとIntelベースのPCを比較する文脈で使用されました。この神話に基づくマーケティングにより、クロックレートが実際のパフォーマンスよりも優先され、AMDは実際のクロックレートの欠陥を克服するために比較パフォーマンスに基づいた概念的なクロックレートを示すモデル番号を導入しました。^[3]

PowerPCとPentiumの比較は、Appleのプレゼンテーションの定番となっていた。2001年7月18日のニューヨーク市Macworld Expoで、スティーブ・ジョブズは「スティーブノート」の中で、867MHzのPowerPC G4ではタスクを45秒で完了するのに対し、1.7GHzのPentium 4では同じタスクに82秒かかったと述べ、「我々がこれをメガヘルツ神話と名付けた」と語った。^[4]その後、彼はハードウェア担当上級副社長のジョン・ルービンスタインを紹介し、パイプラインを短くするとクロックレートを半分に抑えてもパフォーマンスが向上するというチュートリアルを行った。その後、オンライン漫画「The Joy of Tech」はルービンスタインのチュートリアルに触発された一連の漫画を公開した。^[5]

1995 年から 2005 年頃まで、Intel は Pentium メインストリーム プロセッサを、主にクロック速度のみに基づいて AMD の競合製品と比較して宣伝していました。報道記事では、コンピュータ プロセッサは今後数十年で 10 ～ 20 ギガヘルツの速度で動作するようになるだろうと予測されていました。

この状況は、 Pentium Extreme Edition が4 ギガヘルツ近くの速度で動作し、熱放散限界に達した2005 年頃まで続きました。熱を急速に除去するためにチップ自体に埋め込まれた マイクロ流体冷却チャネルなど、冷却設計に複雑な変更を加えなければ、プロセッサの速度を上げることはできませんでした。

これに続いて、 2006 年にCore 2デスクトップ プロセッサが導入されました。これは、以前の Intel デスクトップ プロセッサからの大きな変更であり、同じパフォーマンスを維持しながらプロセッサ クロックを約 50% 削減できるようになりました。

Core 2 は、電力消費量よりもエネルギー効率が重視されたPentium Mモバイル プロセッサから始まり、当初は Pentium 4 やPentium Dでは利用できなかった省電力オプションを提供していました。

NetBurstマイクロアーキテクチャとその 3 GHz 超の CPUが消滅した後の数年間、マイクロプロセッサのクロック速度は、当初約 1 GHz 低下した後、ゆっくりと上昇し続けました。製造プロセスと電力管理 (具体的には、コアごとにクロック速度を設定できる機能) における数年の進歩により、古い NetBurst Pentium 4 や Pentium D と同等以上のクロック速度が実現され、効率とパフォーマンスが大幅に向上しました。2018 年現在、多くの Intel マイクロプロセッサは、ベース クロック速度 4 GHz を超えることができます (たとえば、Intel Core i7-7700K と i3-7350K のベース クロック速度は 4.20 GHz です)。

2011 年、AMD はBulldozerベースのAMD FX CPUのデビューにより、x86マイクロプロセッサの 4 GHz の壁を初めて破りました。2013 年 6 月、AMD は最大 5.0 GHz の速度に達することができる FX-9590 をリリースしましたが、電力消費と発熱に関する同様の問題が再発しました。

Intel も AMD も、業界初の 4 GHz と 5 GHz の壁を破ったマイクロプロセッサを製造したわけではありません。IBM z10 は2008 年に 4.4 GHz を達成し、IBM z196 は2010 年に 5.2 GHz を達成し、その後、z12 が2012 年秋に 5.5 GHz を達成しました。

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• サイクルあたりの命令数(IPC)
• ムーアの法則
• パフォーマンス評価

• 分析: x86 対 PPC – OSNews.com
• インテル、プレスコット 2004 のニュース記事を受けて Pentium 4 コアを「廃止」へ