応用情報技術者 2011年 秋期 午前2 問25
問題文
マイクロプロセッサの省電力対策に関する記述のうち、適切なものはどれか。
選択肢
ア：CMOSよりもバイポーラ素子を使用した方が、消費電力を少なくできる。
イ：CMOSを使用したプロセッサでは、動作周波数を低くすることによって、論理反転時の電流が減少し、消費電力を少なくできる。（正解）
ウ：クロックゲーティング方式を使用すると、スタンバイ時にプロセッサに対する電圧供給を停止できるので、消費電力を少なくできる。
エ：動作電圧を高くすることによって、内部の演算処理が高速になり、消費電力を少なくできる。
マイクロプロセッサの省電力対策に関する問題【午前2 解説】
要点まとめ
- 結論：CMOSプロセッサは動作周波数を下げることで消費電力を効果的に削減できる。
- 根拠：CMOS回路の消費電力は主にスイッチング時の動的消費電力で、周波数に比例して増加するため。
- 差がつくポイント：バイポーラ素子は静的消費電力が大きく、クロックゲーティングは電圧供給停止とは異なる点を理解すること。
正解の理由
イは、CMOS回路の特性を正しく捉えています。CMOSの動的消費電力は、（は容量、は電圧、は周波数）で表され、周波数を下げるとスイッチング回数が減り消費電力が減少します。これにより省電力化が可能です。
よくある誤解
バイポーラ素子は高速ですが、静的消費電力が大きく省電力には不向きです。クロックゲーティングは電圧供給停止ではなく、クロック信号の制御による消費電力削減手法です。
解法ステップ
- CMOSとバイポーラ素子の消費電力特性を理解する。
- CMOSの消費電力が動的消費電力に依存することを確認する。
- 動作周波数と消費電力の関係を把握する。
- クロックゲーティングの仕組みと電圧供給停止の違いを区別する。
- 動作電圧と消費電力の関係を理解し、高電圧は消費電力増加につながることを認識する。
選択肢別の誤答解説
- ア: バイポーラ素子は高速ですが、静的消費電力が大きく省電力には不適切です。
- イ: CMOSの動作周波数を下げることで動的消費電力が減少し、省電力化が可能です。
- ウ: クロックゲーティングはクロック信号の制御で消費電力を減らしますが、電圧供給停止は行いません。
- エ: 動作電圧を高くすると消費電力は増加し、高速化は可能ですが省電力には逆効果です。
補足コラム
CMOS回路の消費電力は動的消費電力と静的消費電力に分かれます。動的消費電力はスイッチング時に発生し、周波数や電圧の二乗に比例します。静的消費電力はリーク電流によるもので、技術の進歩で低減が進んでいます。省電力設計では動作周波数の制御やクロックゲーティング、電圧スケーリングが重要な手法です。
FAQ
Q: CMOSの消費電力はなぜ周波数に比例するのですか？
A: CMOSの動的消費電力はスイッチング回数に比例し、スイッチングはクロック周波数に依存するためです。
A: CMOSの動的消費電力はスイッチング回数に比例し、スイッチングはクロック周波数に依存するためです。
Q: クロックゲーティングと電圧供給停止はどう違いますか？
A: クロックゲーティングはクロック信号を制御して動作を停止させる手法で、電圧供給停止は電源自体を切る方法です。
A: クロックゲーティングはクロック信号を制御して動作を停止させる手法で、電圧供給停止は電源自体を切る方法です。
関連キーワード: CMOS, 動的消費電力、クロックゲーティング、省電力設計、マイクロプロセッサ
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