【CPU】CPUの仕様の違いのざっくりまとめ

目次

• はじめに
• CPUの種類
• CPUの設計手法
• RISCとCISCの利点と欠点
• 使わるデバイス
• AMD CPUとIntel CPUの互換性
• ARM社のARMとはなにか
• Apple M1チップとはなにか
• RISC-v
• x86とx64
  • x86
  • x64

• 参考

はじめに

この記事は、私のが所属しているコミュニティでの登壇時の発表資料です。

スライド : https://www.slideshare.net/ssusera93a2d1/m1-mac

CPUの種類

• RISC CPU
• CISC CPU

CPUの設計手法

命令セットアーキテクチャの違い

• RISC(Reduce Instruction Set Computer)：命令体型が簡単なCPUアーキテクチャ
  • 1度の命令で、単純な処理だけをする
  • 処理の長さが決まっており、並列処理をする
    • パイプライン処理をするので単一クロック・サイクルで動く。必然的に、1クロックに収まる命令になる
      • パイプライン処理とは、処理を分割して2つの装置が同時に動くことが無いようにする処理のこと
        • 効率的に計算装置を使う理論
• CISC(Complex Instruction Set Computer)：命令体型が複雑なCPUアーキテクチャ
  • 1度の命令で、できるだけたくさんの処理をする
  • 計算結果は1クロックで出るとは限らない(固まったように見える場合がある)
    • 計算が結果的に早く終われば良い理論
  • パイプライン処理をしない

RISCとCISCの利点と欠点

• RISC
  • 低電圧
    • 命令がすぐ終わるように簡単なので、速さより、
  • 論理回路が単純に構築できるので、開発がCISCと比較して楽、小さくできる
• CISC
  • 一気に処理するので高電圧が必要
    • 処理を遅くしないためにクロック数を上げて1つの処理を早く終わらせる必要がある
  • コード効率(命令の処理効率)がいい

使わるデバイス

• RISC
  • ARM,ARM64
  • スマホ、マイコン,Nintendo Switch
• CISC
  • Intel x86(32bit),Intel x64(64bit),AMD ryzen(Zen)
  • PC,サーバー,PS4,5

AMD CPUとIntel CPUの互換性

• IntelのCPUの互換性のあるCPUを作っているAMDは会社
  • 昔はAMD以外にも5社ほどあった。NECも作っていた
• 命令セットとしてのインターフェイスは同じなので、完全な互換性があると言ってもいい
  • IntelがAMDの互換性にイラッとしてインターフェイスの結果を変えたり嫌がらせをしているせいで、結果が異なることがまれにある
• 内部の処理は違う

ARM社のARMとはなにか

• ARM社はCPUを製造はしていない、CPUの設計のみを行って、仕様を売っている
  • 2016年:ソフトバンクが買収(3.3兆円)
  • 2021年4月:ソフトバンクがNVIDIAに売却(4.2兆円)
    • 独禁法に引っかかるのではないのかと話題(今)
• ARMは基本的にはSoCのCPUとして使用されるので、ARM社はSoCの設計も行っている

Apple M1チップとはなにか

• ARM(RISC)をベースにAppleが開発したSoC
  • ARMのCPUの基本仕様だけを使える契約になっていて、SoCのそれ以外の部分は自社で設計製造している
  • SoC(System on a chip) : CPUやGPU、I/Oを1枚のチップに実装している

RISC-v

• ARMがソフトバンクに買収されたことで、ARMの仕様を使っている各社が危機感を持っている
  • そこで、注目されているのが、RISC-vという仕様
• オープンソースのISA(命令セットアーキテクチャ)で、使用料がかからない

x86とx64

• x86 : Intelが作った
• x64 : AMDが作った。x86をベースに32ビットを64ビットに拡張したAMD64が源流

x86

• 一般使用され始めたプロセサの型番が8086,80186,..86と型番のしも2桁が86で共通したナンバリングになっているので、総称としてx86と呼ばれる様になった
• IntelのIntel 8086とその後方互換性をもつISAの総称

x64

• x86アーキテクチャようにコンパイルされたプログラムも動作する
  • x86(32ビット命令セット)はx64アーキテクチャのCPU上でエミュレーターを介在しなくても完全に実行できる
  • x64の最大のちからを発揮するにはx64ようにコンパイルする必要がある

参考

RISC,CISCの違い

• https://ednjapan.com/edn/articles/1404/07/news001.html