CPUアーキテクチャの基礎：福田昭のデバイス通信 ARMが語る、最先端メモリに対する期待（5）（2/2 ページ）

今回から、CPUアーキテクチャとメモリ・システムの関連について掘り下げていこう。まずは5段パイプラインアークテクチャを例に挙げ、メモリ・システムとの関連をみていく。

[福田昭，EE Times Japan]

インオーダー実行とアウトオブオーダー実行

　全ての命令をプログラムの順番通りに実行していくこと（「インオーダー実行」と呼ぶ）は、実効的な処理性能を高めるときには望ましくないことがある。例えば、キャッシュにアクセスするときに待ち時間が発生したり、あるいは、実行するのに時間のかかる命令に遭遇したりすると、処理性能が低下する。

　そこで、あえて命令の実行順序を入れ替えることで待ち時間を削減し、実効的な処理性能を上げる手法がある。これが「アウトオブオーダー実行」である。複数のパイプラインを備えて並列に実行するスーパースカラー構造のCPUでは特に、アウトオブオーダー実行が威力を発揮する。

　ただし、アウトオブオーダー実行を採用すると実効的なスループットは高まるものの、回路は大規模になる。シリコン面積と消費電力は増加する。そして、メモリ・システムが複雑になる。

インオーダー実行とアウトオブオーダー実行の概要（クリックで拡大） 出典：ARM

マルチコアという選択肢

　これまで説明してきたのは、CPUコアが1個、すなわちシングルコアで処理性能を向上させる工夫である。しかし既に説明したように、シングルコアで性能を向上させる手段は、消費電力の制約によって行き詰まりを迎えている。

　そこでマルチコアという選択肢が登場した。シングルコアでパイプラインを増やす代わりに、CPUコアの数を増やすことによって性能向上を図る。一般的には、シングルコアで動作周波数を上げたり、能力を高めたりすることに比べると、少ない消費電力でスループットを高められる。

　ただし複数のCPUコアを高効率で利用するソフトウェアの作成と、CPUコア間の物理的な通信リンクの確立という課題が生じる。そしてここでもまた、メモリ・システムが複雑になるのだ。

マルチコアの利点と弱点（クリックで拡大） 出典：ARM

（次回に続く）