CPUのクロック周波数

最終更新日 2021年06月23日

CPUのクロック周波数とは

CPUのクロック周波数とは、処理速度を示す値です。

動作周波数と呼ぶ場合もあります。

音楽を演奏するとき、お互いにタイミングを合わせるために手拍子やメトロノームを使用することがあります。

同じようにCPU内部の部品もお互いにタイミングを合わせるためにクロック信号を利用します。

以下は、クロック信号のイメージ図です。

クロック信号
クロック信号

クロック信号は電圧が高い、電圧が低いを周期的に繰り返しており、電圧が高くなった時点から次にまた電圧が高くなる時点までが1クロックです。

CPUはクロック信号に合わせて動作しますので、1クロックの時間が短いほど高速に動作します。

1秒を1クロックの時間で割ると、1秒間あたりのクロック数を求められます。

これをクロック周波数呼び、単位はHz(ヘルツ)を用いて表します。

例えば1クロックの時間が0.1秒だと、クロック周波数は1÷0.1で10Hzであり、1秒あたりのクロック数は10です。

パソコンのCPUはクロック周波数が1GHz超えが当たり前となりましたが、1GHzの場合は1クロックの時間は1ナノ秒、1秒間あたりのクロック数は10億です。

定格クロック

CPUの定格クロックとは、CPUのメーカーが決めたクロックであり、安定して動作し寿命短縮しないと保証されている上限クロックです。

略して定格と呼ぶ場合もあります。

定格クロックを超えて動作すると、消費電力や温度が上がり動作が不安定になったり寿命が短くなる可能性があります。

一般的にクロック周波数は、定格クロックを指す場合が多いです。

CPUは定格クロックで動作するとは限らず、冷却性能が足りず異常に温度が高くなると、定格クロックよりも低いクロックで動作します。

ブースト・クロック

ブースト・クロックとは

CPUにかかる負荷が高まったとき、クロック周波数を上げる機能があります。

冷却が十分でありCPUの温度が異常に高くない場合に機能します。

全てのCPUがこの機能を搭載しているわけではありません。

インテルとAMDどちらもクロック周波数を上げる機能を開発しており、どちらにも機能を搭載しているCPUがあります。

クロック周波数が上がるほど性能が高くなりますので、この機能により性能が高くなります。

クロック周波数を上げるとしても限度があり、上限のクロック周波数をブースト・クロックと呼びます。

別の言い方だと、この機能による最大クロック周波数をブースト・クロックと呼びます。

この機能による最大クロック周波数には到達していないが、この機能により上がったクロック周波数をブースト・クロックと呼ぶこともあります。

この場合はわかりやすいように、この機能による最大クロック周波数を最大ブースト・クロックと呼びます。

自動オーバークロック

クロック周波数を上げる機能を自動オーバークロックと呼ぶ場合があり、オーバークロックという用語を含みますので、危険な使い方のような気がします。

CPUの温度が異常に高くならない安全な範囲で機能し、故障等のトラブルが発生しない安全な範囲で電流や電圧を制御するため、危険ではありません。

ユーザーが特に何らかの設定や操作をせずに自動的に機能しますので、もし危険だとしたら変な話です。

マザーボードによっては自動オーバークロックと呼ぶ機能を搭載しており、この機能を利用すれば簡単な設定で自動的にCPUをオーバークロックさせることができますが、この自動オーバークロックの場合は故障等のリスクが出てきます。

クロック周波数のバラツキ

CPUによってクロック周波数が違います。

クロック周波数が高いほど性能が高く、消費電力と発熱が大きいです。

性能よりも消費電力と発熱の小ささが重視される場合もあるので、ラインアップには様々なクロック周波数が必要だと思われます。

しかし、0.1GHz単位で違うCPUが多く存在し、そこまで分ける必要はないと思います。

クロック周波数の上限を設定する方法を採用し、クロック周波数に関してラインアップを絞る方法があると思います。

この疑問の答えは、ラインアップに様々なクロック周波数を出そうとして製造しているのではなく、製造を行うと動作可能なクロック周波数にバラツキが生じ、それぞれ価格差を付けて販売するためです。

クロック周波数と性能比較

クロック周波数が高いほど性能が高いですが、クロック周波数だけでは性能を比較できません。

CPUのメーカーが違うと設計が違い、同じメーカーでも種類によって設計が違いますので、クロック周波数だけでは性能を比較できません。

ここで言う種類とは、マイクロアーキテクチャー、開発コードネーム、ブランドをまとめて種類としており、これらの中で1つでも違う場合、違う種類です。

さらに同じ種類でもクロック周波数だけでは性能比較できない場合があります。

例えば、CPU AとCPU Bがあり、CPU Aの方がCPU Bよりもクロック周波数が高いとします。

クロック周波数が高いほど高速に動作しますので、クロック周波数に限ってみればCPU Aの方が性能が高そうです。

ここでCPU Aのコア数は1、CPU Bのコア数は2とします。

コアはCPUにとっての頭脳であり、コア数が2倍になれば性能が2倍になるわけではありませんが、CPUにとっての頭脳が増えますので大幅に性能がアップします。

そのため、CPU Aと比べてCPU Bの方がクロック周波数が低くてもCPU Bの方がコア数が多いので、CPU Aよりも性能が高い場合があります。

このようにCPUの性能はクロック周波数だけで決まらず、コア数や他にも性能を左右する要素があります。

メーカーが違う場合はもちろんですが、メーカーが同じでも種類が違う場合や、メーカーと種類が同じでもクロック周波数以外の仕様が違う場合、クロック周波数だけで性能を比較できません。

クロック周波数で性能を比較する例

コア数やキャッシュメモリー容量等、クロック周波数以外の仕様によっても性能が違ってきますが、同じ種類の場合、クロック周波数以外の仕様は大体同じのため、クロック周波数が高い方が性能が高い場合が多いです。

例えば、インテルのCPUで、マイクロアーキテクチャがCore、開発コードネームがWolfdale、ブランドがCore 2 DuoであるCPUは、以下のラインナップです。

製品 クロック
周波数
コア数 キャッシュ
メモリー
(L2)
Core 2 Duo E8190 2.67GHz 2 6MB
Core 2 Duo E8200 2.67GHz 2 6MB
Core 2 Duo E8300 2.83GHz 2 6MB
Core 2 Duo E8400 3GHz 2 6MB
Core 2 Duo E8500 3.17GHz 2 6MB
Core 2 Duo E8600 3.33GHz 2 6MB

性能に影響してくるコア数やキャッシュメモリー容量が同じで、クロック周波数が違いますが、これらのCPUに限ればクロック周波数が高いほど性能が高いです。

これらのCPUは、マイクロアーキテクチャ、開発コードネーム、ブランドが同じでした。

クロック周波数以外のコア数やキャッシュメモリー容量が同じでしたので、クロック周波数だけで性能比較できました。

同じインテルのCPUでも、マイクロアーキテクチャ、開発コードネーム、ブランドどれか1つ違うだけでも違う種類になりますので、クロック周波数のみで性能の高さを比較できません。

同じ種類でもクロック周波数以外、特にコア数が違うとクロック周波数のみで性能比較できません。


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