自作PC講座 CPUとは？ ～ CPUの機能と選び方のポイントになる項目
CPUはパソコンの中で一番重要なパーツです。パソコンを自作する時に一番最初に考えるポイントになります。
この記事ではCPUとはなんなのか？どのような機能を持っているのか？自作パーツとして選ぶためにどのような項目があるのか？について解説しています。
- CPUとは？
- CPUの図解
- CPUクーラー
- CPUのクロック 動作周波数
- CPUのコア数
- CPUのスレッド数
- CPUのキャッシュ容量
- CPUのTDP
- CPUの内蔵GPU
- CPUの世代
- CPUはマザーボードとセットで選ぶ
- インテルとAMDの比較
CPUとは？
- CPU とは？
- CPUはCentral Processing Unit の頭文字を取った略語です。読み方はそのままシーピーユーと読みます。日本語訳では中央演算処理装置となります。パソコンの性能＝計算能力を左右する一番大事なパーツです。
CPUはよくパソコンの頭脳という比喩で表現されます。パソコンには沢山のパーツがありますが、CPUが指示を出し各種パーツと連携し、データの読み書きやプログラムを制御して計算処理を実行していきます。CPUの役割は以下の通り。
- 計算処理
- OSと各種プログラム動作
- 各種パーツ（ハードウェア）の制御
- グラフィック機能
重要 パソコンの性能に一番大きな影響を与えるパーツがCPU
中央演算処理装置という名前の通り、パソコンの中心です。このパーツが無ければ当然パソコンは動作しません。CPUでコンピューターが一度に処理できるデータ量と、そのデータを早く処理できるかが決まります。
CPUの性能が高いほど複雑な処理を高速に、同時に沢山の処理を実行できます。
CPUは年々進化を続けています。新しいものほど高性能です。その時点で高性能なものほど値段が高くなります。自作PCにおいてCPUは「性能と価格に直結」すると覚えておきましょう。
CPUの図解
写真はintel のCore i シリーズ。PCの頭脳であり必須パーツですが、大きさはかなり小さいです。たとえばLGA1151のパッケージサイズは37.5ｘ37.5㎜ です。ケースに比べてかなり小さいですね。
CPUの表面 ヒートスプレッダー 切り欠き
- ヒートスプレッダ とは？
- CPUのコアを覆っている金属製のカバーです。この下にコアが隠れています。ヒートスプレッダの目的は主に2つです。ひとつはコアを保護すること。かつてはコアがむき出しになっておりコア、CPUクーラーの押し付けや接触などによりコアが壊れてしまうことが多発していました。2つ目は発熱をCPUクーラーに均一に伝えることです。
CPUの表面は緑系の基板の上に銀色の金属であるヒートスプレッダーがかぶさっています。
CPUは非常に高価です。マザーボード側のピンなども接触により曲がってしまい壊れてしまうこともあります。そのような事故はCPUの取り付け時に発生しやすいです。防止するために正しい向きで取り付けるための基板に切り欠きと位置合わせ用マークが入っています。取り付け時は慎重にマークを確認しましょう。
確認を怠りカバーが閉まらず慌てるも気づいたら向きが違っていたなんてことも起こり、肝を冷やすことになります。（自作に慣れたユーザーの経験談）
ヒートスプレッダーの刻印
CPUのヒートスプレッダーにはそのCPUの素性示す情報が刻印されています。CPUの刻印の情報で分かることはいくつかあります。intel CPU を例に見てみましょう。
- ① プロセッサー名
- ② プロセッサーナンバー
- ③ スペックコード
- ④ クロック周波数
- ⑤ Batch number (FPO)
開封済みのCPUはこの刻印が無ければ、CeleronもCore i7 も同じサイズのパッケージになります。どのCPUか判別するのは難しいでしょう。スペックコードは同じプロッセサーナンバー内での世代の違いを表します。基本的には同じ性能になりますが設計が変更されているなどのバージョン違いがあります。Batch number (FPO) は正規の保証期間を確認するものです。
注意 オークション等のリマーク品に注意
最近はリマーク品という悪質な偽物CPUが出回っています。ヤフオクやメルカリで見る動作未確認品、特にハイエンドCPUはこのCPUの刻印を再度印刷し直したリマーク品である可能性が高いです。
Celeronをi7と偽るものやマザーボードを破壊するものなどが出回ってますので注意しましょう。市場価格より安いのですが我慢して保証が効くものを選ぶと良いでしょう。
CPUの裏面
CPUの裏面はコアの裏側にあるチップ部品（チップコンデンサやチップ抵抗）が載った部分とマザーボード側のソケットと接触し、電気的な信号をやりとりするランドで成り立っています。LGA形式のCPUではピン折れのリスクはありません。ジャンク品の中古CPUでも動くことがほとんどです。しかしチップ部品が取れてしまうことはありますので注意して扱いましょう。
LGA XXXX
intel CPUではソケットの規格をLGA1151などのコードで表現していますが、後ろの数字はランドの数を表しています。LGA1151ならばこのランドの数が1151個あるということです。
intel CPUではCPU側がランドとなっており、ソケット側がランドに接触するピンになっています。
CPUソケット側のピン、これも手で触れて曲げてしまうとなかなか修正することが困難になるので注意。
CPUパッケージの種類 LGA PGA BGA
- LGA （Land Grid Array）
上記のようにCPU側の接点がランドになっているCPU。intel 自作用デスクトップPCのCPUはこの形式。 - PGA （Pin Grid Array）
CPU側の接点がピンになっているCPU。剣山に見える。AMDの自作用CPUはこの形式が採用されている。 - BGA（Ball Grid Array）
すでにはんだ付けされてマザーボードと一体化している形式のCPU。交換はほとんど不可能。
AMDの自作用CPUはPGA形式のため、ピンを折ったり曲げたりする事故に注意する必要があります。
CPUクーラー
CPUはCPUクーラーをあわせて利用します。CPUはかなりの発熱を伴います。熱伝導効率が高い金属のヒートシンクと風を送るファンがセットになったCPUクーラーを利用して熱くなりすぎないようにする必要があります。
ほとんどのCPUには、純正のCPUクーラーが付属しています。写真はCPUが購入時のボックスと純正CPUクーラーです。
純正のクーラーでは、大幅なオーバークロックを行うには不向きですが、通常の定格範囲内で利用する場合は十分に設計されています。(AMDのRyzen付属クーラーはかなり有能、OCにもある程度耐えます)
INTEL インテル Core i5 9400 6コア / 9MBキャッシュ / LGA1151 CPU BX80684I59400 【BOX】【日本正規流通品】
- 発売日: 2019/07/05
- メディア: Personal Computers
このようにAmazonでも売っている純正CPUクーラーがついたCPUパッケージ。第9世代のCore i5 9400はコストパフォーマンスが高く、内蔵グラフィック機能も搭載されており適度な性能を目指す、初の自作におすすめのCPUです。
CPUの性能の決まり方
ここからは自作用CPUを購入時に考慮すべき事項について説明します。CPUの性能を決める要素です。
- クロック周波数
- コア数
- スレッド数
- キャッシュ容量
- TDP
- GPU
- 世代
CPUのクロック 動作周波数
パソコン購入時に「3.0GhzのCPU搭載」等のフレーズを見たことがあるでしょう。この数字はCPUが動作するときの電気信号の周波数です。
- GHz とは？
- CPUのクロック周波数はHz（ヘルツ）という単位で表現されます。CPUが動作する速度のことです。現在は早くなりすぎて数字が増えすぎたのでGhz（ギガヘルツ）という単位で表されます。1Ghzは1秒間に10億回の信号をやりとりすることができます。
同じ時期に作られた同じ世代のCPUならばこの動作周波数が高いほど高性能なCPUになります。
同じ世代と前置きしたのは、CPUの「クロックあたりの効率」も進化しているためです。昔のCPUの3.0Ghzと今の世代の3.0Ghzでは性能が違います。15年前に発売されたPentium4 630でも動作周波数は3.0GHzですが、現在のCore i5 8500 も3.0Ghzで動作します。しかしその性能は大きく違います。
かつては単に周波数が速ければ速いほど性能が良いとされていましたが、現在は必ずしもそうではありません。周波数はCPUがどれだけ速く動作するかを示す良い指標であることに変わりはありませんが、唯一の要因ではないと覚えておきましょう。
クロックの表記とTurboBoost
INTEL CPU BX8070110700K Core i7-10700K プロセッサー、3.80GHz（5.10 GHz） 、 16MBキャッシュ 、 8コア 日本正規流通商品
- 発売日: 2020/05/20
- メディア: Personal Computers
こちらの製品は第10世代のハイエンドCPU、Core i7 です。
3.80GHz （5.10GHz）と動作周波数の表記がありますね。
前半はCPUの基本クロックを示します。後半はTurboBoostテクノロジー動作時の最大周波数です。
TurboBoostは一時的にCPUの発熱や消費電力の余裕を見て動作周波数を高める仕組みです。AMDのCPUにも同じような仕組みが用意されています。自動的に高クロックで処理する機能です。
TurboBoostはすべてのCPUに搭載されているわけではありません。Pentium や CeleronなどのローエンドCPUには無く、ミドルレンジCPU以降の付加価値のあるオプションという位置づけです。TurboBoostの有無もCPU選びの基準の一つとなります。
CPUのコア数
CPUコアはCPUの計算を行う部分になります。現在は複数のコアを持つマルチコアCPUが主流です。一つのCPUに複数のCPUが入っているイメージです。2005年頃まではコア数が1つのシングルコアCPUが主流でした。
コア数が多いほど同時に色々な処理を実行することができる。ブラウザを開きながら、動画を見たり音楽を効いたりという並列作業はコアが多いほど安定して実行できます。
Core i7 10700Kを例に取ると、コア数が８となっています。物理コアが8個入ったオクタコアCPUを意味します。
注意 並列処理できないプログラムもある
すべてのコアを効率良く使ってくれるかはアプリケーションの実装によります。動画編集やエンコードなどの作業はコア数が多いほど有利ですが、並列処理できない。たとえば4コアのうち2コアしか使わないプログラムもあります。
マルチコアCPUの読み方 ～ 呼び方
1コア、2コア、4コアなど数字で表記するのも一般的ですが、コア数に応じた呼び方があります。
- 1コア シングルコア single-core
- 2コア デュアルコア Dual-core
- 3コア トリプルコア Tripple-core
- 4コア クアッドコア Quad-core
- 6コア ヘキサコア Hexa-core
- 8コア オクタコア Octa-core
- 12コア ドデカコア Dodeca-Core
- 16コア ヘキサデカコア Hexadeca-Core
自作PCがはじめてでもスマートフォンを選ぶ時クアッドコアやオクタコアという言葉を耳したことがあるでしょう。
12コア以上のドデカコアやヘキサデカコア呼びは現在は一般的ではありません。私自身あまり耳にしません。12コア以上のCPUの販売は一般的になってきましたが覚えにくくなってきたので数字で呼ばれることの方が多くなったかも知れません。
コア数が多いCPUはメニーコアCPUと呼ばれることがあります。10個以上のコアがある場合は意図的にメニーコアと表現することが多い印象です。
CPUのスレッド数
スレッドは１つのコア内で仮想的にマルチコアに見せる技術です。CPUの空き時間を効率的に使い、並列処理を実現する機能です。intel CPUでは Hyper-Threading（ハイパースレッディング） と呼ばれています。
コア数と合わせてスレッド数が多くなるほど高機能です。
WindowsのタスクマネージャーではCPUコア毎のCPU使用率が表示出来ますが、実はスレッド毎の表示なっています。
Hyper-Threading により実際は1コアCPUだがWindowsからは2コアに見えている状態
スレッドは仮想的な並列処理のため実際の性能は1コアには及びません。
4コア CPU ＞ 2コア 4スレッド CPU
このような力関係になります。
先程と同様にCore i7 10700Kを例に取ると、コア数が８、スレッド数が16となっています。
CPUのキャッシュ容量
- CPUキャッシュ とは？
-
キャッシュはCPUの内部に搭載されている一時的な記憶領域。CPUはメインメモリからデータを読み書きしますが、それよりも遥かにはやい高速なメモリ領域。
キャッシュはメインメモリからデータを取り出す時間を省略するためCPU内部に用意された領域です。現在はL1：1次キャッシュ、L2：2次キャッシュ、L3：3次キャッシュの三段階で構成されています。3次キャッシュの階層の方が処理速度は遅くなりますが、データ容量は増えます。
ではCore i7 10700Kの表記を確認してみましょう。16MBとなっています。特に断りなくキャッシュサイズが表記されている場合は最下層の階層のキャッシュ量を指します。この場合は3次キャッシュの量です。
キャッシュが多いほど速いCPUとなります。クロック、コア数やスレッド数ほど性能指標として注目を集める部分ではありませんが、同じ処理を何度も繰り返す場合はキャッシュの大きさが性能を左右します。
CPUのTDP
- TDP とは？
- Thermal Design Power の頭文字をとった略語。TDP 95Wのように表記される。日本語では熱設計電力となる。CPUの最大放熱量を表す。数値が大きいほどよりよく冷える冷却の仕組みが必要となります。
65W、95W 、140Wなどと表現されるので一見消費電力と思われがちですが、PCを設計する際の目安となる指標です。
実際には発熱は消費電力の高さに相関するため、TDPが高いCPUほど消費電力が高い傾向にあるのは間違いありません。TDPの差がそのままワットチェッカーなどの数値に現れるわけではありません。
同一世代、同一ブランドのCPUでもTDPは違う
同じ世代のCore i5ブランドのCPUでもTDPが異なります。
- Core i5 8600K TDP 95W
- Core i5 8600 TDP 65W
- Core i5 8600T TDP 35W
いずれも6コア6スレッドCPUですが、TDPは大きく異なっています。これは基本動作クロックの違いによるものです。8600Kは3.7Ghz、8600Tは2.3Ghzとなっています。動作周波数が高いほどTDP、そして消費電力が大きくなります。
TDPが高いCPUを扱う場合はより良いCPUクーラーやより余裕のある電源を用意することを覚えておきましょう。
CPUの内蔵GPU
- GPU とは？
- GPUとは「Graphics Processing Unit」の頭文字をとった略語です。３Dや映像処理に特化した機能を持ちます。CPUがあらゆる複雑な処理を行うのに適しているのに対し、GPUは単純な処理を高速に行うことに適しています。
一部のCPUはグラフィックスに関連した計算を実行するように設計された統合グラフィックス処理ユニット、すなわちGPUを搭載しています。内蔵GPUの分野は進化が大きく、ローエンドの外部GPUを超える性能があります。
GPU搭載の有無に注意
たとえばCore i5 9400 はGPU内蔵型であり別途外部のグラフィックボード（ビデオカード）が無くても映像出力が可能です。しかしCore i5 9400F （末尾にF）はグラフック機能が内蔵されておらず、外部のグラフィックボードが必要になります。その分価格は9400Fの方が安いです。
AMD製CPUの内蔵GPUは高性能
AMD製CPU内蔵GPUはIntel製のものよりも性能が良いです。10年前のゲーム等なら十分に遊べます。グラフィックボードを必要とするほどの処理をしない前提ならばAMD製のGPU搭載CPUを購入するといった選択もベスト。その後必要になったりお金が溜まった段階でグラフィックボードの増設を検討しましょう。
AMD Athlon 3000G Processor with Radeon Graphics 3.5GHz 2コア / 4スレッド 5MB 35W【国内正規代理店品】YD3000C6FHBOX
- 発売日: 2019/11/23
- メディア: Personal Computers
CPUの世代
cpuには世代があります。
例えば現在のintel主力のCore i シリーズは2020年時点で第10世代が発売されています。初代のCore i シリーズは2008年の登場です。
クロックで説明した通り4コアで同一周波数のCPUでも、世代が新しいほうが高性能になります。設計が新しいほどマイクロアーキテクチャーに改良が加えられCPUの処理性能が向上しています。
また新しい規格の周辺機器とも連携できるようになります。過去の世代のCPUとコア数やクロックだけで単純に性能比較は出来ないことに注意しておきましょう。
CPUはマザーボードとセットで選ぶ
CPUはマザーボードに取り付ける形で使用します。しかし新しいCPUを昔のマザーボードに取り付けることは出来ません。
チップセットによる機能的な制限とソケットによる物理的な制限がかかっています。
新規に自作PCを作るならばマザーボードも合わせて入手する必要があります。
チップセット
チップセットはCPUとセットで動作するマザーボード上に搭載されているパーツです。チップセットの役割はUSBやLAN、PCI Express、SATAといった各種パーツとの連携を制御することです。
ソケット
古い世代のCPUと新しい世代のチップセットをペアにした場合、またその逆などは周辺機器が利用できない問題が発生します。
そのためにCPUの形状（切り欠き位置）やピン配置によって互換性を保っています。
LGA1151のCPUはLGA1151のソケットを持ったマザーボードにしか搭載できません。
intel CPUソケットの変遷
- 第5世代 LGA1150
- 第6/7世代 LGA1151
- 第8/9世代 LGA1151 v2
- 第10世代 LGA1200
かつては同じ規格のソケットに適合するCPUならば、ほとんど動作互換性が保証されていました。しかし近年の事例でLGA1151ではソケットの形状が同じにもかからず、第8世代用のマザーボードで第7世代用のCPUは動作しないということが起きました。互換性がないのです。
CPUとマザーボードを選ぶときにソケットが同じかだけでなく、マザーボードのチップセットが対応しているか？も観点として加える必要があります。もっとも難しく考えすぎることはありません。
新世代のCPUの発売時には、新世代のCPUに対応するチップセットを搭載したマザーボードも合わせて発売されます。店頭でも分かりやすく表記されています。常に同世代のマザーボードを選ぶことで失敗はふせげます。
インテルとAMDの比較
自作PC用のCPUは様々な種類のものが発売されていますが、現行のCPUはインテル製とAMD製の二択になります。
チップセットが異なりますのでAMD用のCPUをintel用CPUのマザーで利用することは出来ません。ソケットの形状がまったく違うのでそもそも搭載出来ません。
AMD、Intelの違いはあるのか？
メーカーが違うことで基本的にパソコンとして出来ることに違いはありません。AMD製CPUで出来ない処理というのはなく普通に使えます。若干の得意不得意があります。
- AMD製CPUはインテルCPUよりも安価でコスパが良い
- AMDのCPUはコアが多く並列処理に強い
- シングルスレッド性能はインテルCPUが高い
動画編集などの並列処理を行うマシンを安価に手に入れたい場合はAMD、ゲーム性能を追求したい場合インテルCPUが若干優位に立っています。
かつては明らかにインテルCPUの方が性能が良く、AMD CPUを選ぶ理由はコストか判官贔屓的な感情のみでしたが、Ryzenの登場以降、AMDのプレゼンスがかなり大きくなっています。同価格帯であればAMDの方が性能が高い状況が続いています。
この状況は自作PCファンにとっては好ましいですね。
またCPUとマザーボード以外のパーツの組み合わせは自由です。
インテルPCで使っていたグラフィックボード、電源、メモリなどのパーツをAMD製PCでも利用することが出来ます。繰り返しますが注意するのはCPUとマザボの組み合わせ。他は自由にパーツを用意して組んでいきましょう。
自作PC講座
第1回 自作パソコンを作ってみよう ～ 自作PCのメリット、魅力について解説
第3回 自作PCの組み立てに必要な道具・工具 ～あると便利な道具
第4回 自作パソコンとBTOパソコンはどう違うのか？ メーカー製PCとの比較
第5回 自作PCで揃えるパーツ一覧
