パラレル プロセッサとシリアル プロセッサ

並列処理と逐次処理は、コンピューター システムが計算タスクを分割して複数のプロセッサまたはコアを同時に使用できるかどうか、または単一のプロセッサ コアでタスクを完了することに依存しているかどうかを表します。 Intel が最初のコンシューマ デュアルコア プロセッサを導入した 2005 年半ばまでは、個々のコンシューマ コンピュータ プロセッサはすべてシリアル プロセッサでした。複数のシングル コア プロセッサが連携して、ネットワーク化された並列コンピュータ クラスタを介して、または 1 つのマザーボード上で複数のプロセッサを実行することにより、シリアル処理を処理できます。

コンピュータはマルチタスク マシンです

典型的な最新のコンピューターは、常に数十から数百のタスクを実行します。ただし、各コアは一度に 1 つのプロセスでしか動作しません。プロセッサは、さまざまな処理「スレッド」または「命令ストリーム」の間を常にジャンプして、並行性と呼ばれるリアルタイムの錯覚の下で複数の並行プログラムを実行します。コンピュータは、ジョブの切り替え中にプロセッサ サイクルを浪費することになり、マルチタスク時に最適な効率で実行されません。

タスクの並列実行

プログラムが並列処理を使用するように設計されている場合、並列処理環境はタスクをより高速に処理できます。シリアル プログラムは、すべての命令をシリアルに配置し、単一のスレッドを使用してプロセッサとインターフェイスします。並列プログラムは、タスクを複数のプロセッサ コア間で分割し、完了したタスクとして再組み立てできる個々の部分に分割することによって機能します。並列プロセッサは、適切に記述されたコードを使用して、同様のクロックのシリアル プロセッサの処理能力を倍増させることができます。ただし、シングル スレッドで動作する場合、より高いクロック速度のシリアル プロセッサは、並列プロセッサよりも優れたパフォーマンスを発揮する可能性があります。

実際のシリアル処理

逐次処理用に作成されたプログラムは、一度に 1 つのコアのみを使用し、タスクを順番に処理します。シリアル プロセッサは、食料品店で 12 のオープン チェックアウト レーンがあり、1 つのレジ係が異なるレーン間を走り、全員を同時にチェックアウトするのとよく似ています。レジ担当者 (CPU) は、すべての注文を同時に完了することを目標に、次の項目に進む前に、レーンからレーンへとジャンプして一度にいくつかの項目をチェックします。

実際の並列処理

並列プロセッサの背後にある考え方は、連携して動作するコアが多いほどパフォーマンスが向上するというものです。並列プロセッサは、複数のレジ係が 12 のチェックアウト レーンを操作するように動作します。プログラムが並列処理を利用するように設定されている場合、「顧客」は注文を小さなグループに分割し、一度に複数のチェックアウト レーンを使用できます。

並列プロセッサが可能性を広げる

2007 年、Nvidia は初めて並列処理を使用してグラフィックス テクノロジを進歩させました。グラフィックス プロセッシング ユニットは、小規模な計算を行う場合にシリアル処理のパフォーマンスを吹き飛ばすレベルで並列処理を使用します。 CPU は簡単に数えられる数のコアを持つ傾向がありますが、GPU はより単純な同時計算を実行するのにより適した数千の低電力コアを持つことができます。 GPU は一般的にグラフィックスに使用されますが、並べ替えや行列代数などの他の計算を実行できます。