暇つぶし流体解析．CPU（中央演算処理装置）について

はじめに

大学院生のころ，数値解析を用いて流体現象の解明を行ってきた関係で，PCの仕組みやデータ記憶，処理などの仕組みについて勉強するようになりました．これら勉強した内容について，何回かに分けて備忘録を残そうと思います．今回は，コンピュータの基本である，CPU（中央演算処理装置）について整理します．一般論と数値シミュレーションに対するイメージをまとめられたらと思います．

CPU（中央演算処理装置）

CPU（Central Processing Unit, 中央演算処理装置）は，コンピュータ内の他の装置・回路の制御やデータの演算などを行う装置であり，演算装置と制御装置を統合したものです．具体的には，記憶装置上にあるプログラムを呼ばれる命令を順に読み込んで解釈・実行することで情報の加工を行います．

良く，CPUは「人間の頭脳」に例えられますね．

Copilot：脳の画像

ただ，数値シミュレーションにおいては，単純に「頭脳」と言われてもイメージしずらい特徴があります．CPUの物理的特徴として，「クロック数」と「コア数」があります．これらが，数値シミュレーションにおいて，どうかかわってくるかイメージするのに学生の時は時間がかかりました．

クロック数は，演算装置が命令を処理する信号の周波数（1秒当たりの処理回数）を指しますね．つまり，この値が大きいほど，1個1個の命令を高速で処理できるわけですね．1.5GHzや5.0GHzなどのように表示されていますね．数値シミュレーションでのイメージは↓の画像のような感じでしょうか？電卓をゆっくりたたく場合は，一連の計算を終えるのに時間がかかりますが，2枚目の画像のように高速でたたくと計算はすぐ終わりますね！

Copilot：電卓を1本指でゆっくりたたく

Copilot：電卓を1本指で高速にたたく

次に，コア数は，CPU内の個々の処理ユニットであり，タスクを並列に実行する能力ですね．一般的なCPUのコア数は4コア～24コアくらいですね．スパコン用の最新のCPUには288個のコアがあるとかないとか．なので，人間の脳といわれてもイメージしずらいですね．

コア数のイメージ図

ただ，これらコアに命令し，それを管理・制御する司令塔が必要になります．そうすると数値シミュレーションにおけるCPUのイメージ図は，下のようになるでしょうか？

数値シミュレーションにおけるCPUのイメージ

今後，メモリやストレージ，並列処理などについてもイメージ図をつくれたらと思います．