シングルコアとマルチコアの違いとは？

シングルコアのプロセッサとは、演算単位を一つだけ内蔵し、命令の流れを一度に一本ずつ処理するチップです。マルチコアのプロセッサは、その単位（コア）を同じチップ上に複数置いたもので、一つひとつが独立していて何にでも使えます。一つがビデオ通話を担い、別の一つがバックアップを処理し、三つ目がこのページを描く、といった具合です。チップがこう育ったのは、以前の道筋、つまり一つのコアをひたすら速くする方法が続かなくなったからです。ある速度を超えると、さらに上げるたびに見返り以上の電力を食い、チップは冷却装置が運び去れるより速くその熱を生みます。そのためこの20年ほど、プロセッサは主にコアを足すことで良くなってきました。今日のノートパソコン用チップの多くは8個以上を載せています。

シングルコアのプロセッサは命令の流れを一度に一本ずつ処理します。マルチコアのプロセッサは、独立した演算単位（コア）を一つのチップに複数詰め込み、それぞれが自分のプログラムを動かしながら、チップのメモリを共有します。何十年ものあいだ、より速いチップへの道はクロック周波数を上げることでした。これは一つのコアが命令をたどっていく速さのことです。限界になったのは熱でした。速度を上げると消費電力が急に増え、その電力はすべて、爪ほどの大きさのシリコンを通って熱として出ていくからです。転機は2004年でした。インテルは7ギガヘルツに届く設計のチップを約束していましたが、試作は2.8ギガヘルツで約150ワットを引き、同じ速度で出荷中のチップが引く電力のほぼ倍でした。その年の5月、同社はそれを取りやめ、製品群全体を二つのコアへ切り替えます。この取引が成り立つのは、ほどほどのコア二つのほうが、限界まで押した一つのコアより総量として多くの仕事を終え、しかも発熱がはるかに少ないからです。キーボードの前にいる人にとって、独立したコアがあるとは、複数のプログラムが本当に同時に動くということです。ただし一つのプログラムが早く終わるのは、その仕事自体をコアに分けられる場合だけです。分けられるものもあります。動画の書き出しや大きな表計算の再計算などです。しかし多くは今も一本の流れとして一つのコアの上を走ります。またコアどうしは一つのチップとそのメモリを共有しており、そこがマルチコアのプロセッサと、機械まるごとを配線でつなぎ何も共有しないコンピュートクラスタとの分かれ目です。一つのコアの速さは今も、個々のプログラムの体感速度を決めます。だからその速さは熱の許す範囲でじりじり上がり続け、大きな改善のほうは追加のコアから来ています。

マルチコアのプロセッサは、オフィスのコピー室のようなものです。コピー機は一台だと、詰まったり熱を持ったりする手前までしか速く回せません。十倍速い機械は金を積んでも買えないので、オフィスは4台を並べて置きます。一台ずつが完結した機械なので、四つの仕事が同時に出てきます。誰かの契約書、別の誰かのスライド、三人目の配布資料。行列はできません。ところが一つの仕事の速さは、以前のままです。500ページの報告書は一台分の速さで出てきます。誰かが束を四台に分け、あとで順番に組み直すのなら別ですが、それはそれで手間ですし、分けるに値しない書類もあります。コピー機がコアで、仕事があなたのプログラムで、一台の速度の上限が一つのコアの熱の上限です。