マイクロプロセッサ（MPU）とは

マイクロプロセッサ（MPU）とは、大型計算機の中央演算処理装置と機能的に等価な単一のLSIチップです。 東京エレクトロンの公式用語集はこのように記述しています。

定義・解説

この一文は、MPUの機能を指すと同時に、歴史上の出来事を指しています。

大型計算機の中央演算処理装置は、かつて複数の基板と部品の集合でした。占める体積も、消費する電力も、価格も、部屋の設備に見合う規模です。

それが1枚のLSIチップに収まった。東京エレクトロンの公式用語集がマイクロプロセッサを「大型計算機の中央演算処理装置と機能的に等価な単一のLSIチップ」と記述しているのは、この置き換えを言っています。

部屋の設備が、1枚のチップになりました

かつての大型計算機の中央演算処理装置は、体積も消費電力も価格も部屋の設備に見合う、複数の基板と部品の集合でした。東京エレクトロンの公式用語集は、マイクロプロセッサをこれと機能的に等価な単一のLSIチップと記述しています。

同じ働きが小さく安く作れるようになると、搭載できる先が増えます。机の上、手のひらの中、家電の内部、自動車の各所。計算の中枢が特別な設備であることをやめた時点から、半導体の用途は広がり続けました。

速度の伸ばし方が変わった

周波数を上げる方向は消費電力と発熱が先に限界へ当たります。低い周波数のコアを複数並べれば、同じ演算量をより小さい電力で終えられます。用途を絞って特化する道もあります。

東京エレクトロンの公式用語集は、マルチコアMPUを、複数の演算ユニットを持ち、消費電力を抑えながら高速な演算を可能にするマイクロプロセッサと記述しています。

速度と省電力が同時に挙がっている点が、この用語の要です。ふつう、速くすれば電力は増えます。両立するのは、比べる相手が「周波数を上げた1コア」だからです。

動作周波数を上げると、消費電力は周波数の増加より急な勾配で増えます。同時に発熱も増え、冷却の限界が先に来ます。周波数を上げ続ける道は、この壁に当たりました。

そこで数へ切り替えます。低い周波数のコアを複数並べれば、合計の演算能力を保ったまま、1コアあたりの電力を抑えられます。同じ仕事を、無理な速さで1人にやらせるかわりに、ほどほどの速さで複数人に分ける形です。

そのかわり、仕事を分割できることが前提になります。コアを増やして速くなるのは、分割できる部分までです。

汎用のまま速くする道の隣に、用途を絞って速くする道があります。

東京エレクトロンの公式用語集は、DSPを、画像や音声信号のデジタル化に使う量子化などのために、高速で大量の乗算を実行できるマイクロプロセッサと記述しています。

画像や音声の信号の計算は、乗算と加算の繰り返しで構成されます。汎用のプロセッサでも同じ計算を実行しますが、そこだけを専用に速くすれば、同じ量の演算を、より小さい電力と短い時間で終えられます。

この考え方は、ASICが汎用品から余りを削る発想と同じ方向にあります。何を専用にし、何を汎用のまま残すか ── その線引きが、チップの性格を決めます。

マイクロプロセッサとは何ですか？

東京エレクトロンの公式用語集は、マイクロプロセッサを、大型計算機の中央演算処理装置と機能的に等価な単一のLSIチップと記述しています。

なぜ1チップに収まったことが重要なのですか？

それまで部屋を占めていた計算の中枢が、1枚のチップになったためです。同じ働きが小さく安く作れるようになると、机の上や家電の内部まで搭載先が広がり、使い道も一気に増えます。

マルチコアとは何ですか？

なぜコアを増やすと消費電力を抑えられるのですか？

動作周波数を上げるより有利だからです。周波数を上げると消費電力は急に増えます。同じ演算量なら、低い周波数のコアを複数並べたほうが電力が少なく済みます。

DSPとは何ですか？

なぜ乗算に特化するのですか？

画像や音声の信号の計算が乗算と加算の繰り返しで構成されるためです。汎用のプロセッサでも同じ計算を実行しますが、この乗算だけを専用に速くすれば、同じ量の演算を、より小さい電力と短い時間で終えられます。

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