ITパスポート 2015年秋期問63

問題文

CPUのクロック周波数に関する記述のうち、適切なものはどれか。

🖊️ 解答を隠して解いてみる

選択肢

ア：32ビットCPUでも64ビットCPUでも、クロック周波数が同じであれば同等の性能をもつ。

イ：同一種類のCPUであれば、クロック周波数を上げるほどCPU発熱量も増加するので、放熱処置が重要となる。（正解）

ウ：ネットワークに接続しているとき、クロック周波数とネットワークの転送速度は正比例の関係にある。

エ：マルチコアプロセッサでは、処理能力はクロック周波数には依存しない。

🔒 解説は解答すると表示されます

CPUのクロック周波数に関する記述【ITパスポート解説】

正解の理由

選択肢のうち、イ「同一種類のCPUであれば、クロック周波数を上げるほどCPU発熱量も増加するので、放熱処置が重要となる。」が適切です。

理由は次の通りです。CPU（Central Processing Unit：中央処理装置）は、電気信号を高速に切り替えて計算を行います。クロック周波数（clock frequency：1秒あたりの信号の繰り返し回数、単位はHz）は、その「切り替えの速さ」を示します。クロック周波数を上げる（より速く切り替える）と、スイッチングに伴う消費電力が増えます。電力の主要な成分は動的消費電力で、概略として

P \propto C \times V^{2} \times f

（

P

は消費電力、

C

は回路の容量、

V

は電圧、

f

は周波数）という式で表されます。周波数

f

が増えると

P

も増え、結果として発熱量が増えるため、放熱（ヒートシンクやファンなどの冷却）が重要になります。

解法ステップ

各選択肢が述べる関係（周波数と性能、発熱、ネットワーク、マルチコア）を一つずつ確認する。
クロック周波数の基本的な効果（処理スピードに影響するが消費電力・発熱も増える）を思い出す。
他の要素（CPUのビット幅、アーキテクチャ、コア数、ネットワーク機器）も性能に影響することを確認する。
最も一般的かつ物理的に正しい記述を選ぶ。結果として発熱と放熱に関する記述が妥当であると判断する。

選択肢別の誤答解説

ア: 「32ビットCPUでも64ビットCPUでも、クロック周波数が同じであれば同等の性能をもつ。」
- 誤りです。32ビット/64ビットはレジスタ幅や扱えるメモリ空間の違いを示します。さらに、同じ周波数でもアーキテクチャ（命令セットやパイプライン、キャッシュ、IPC＝一クロックあたりの命令実行数）が異なれば性能は変わります。したがって周波数だけで同等とは言えません。
ウ: 「ネットワークに接続しているとき、クロック周波数とネットワークの転送速度は正比例の関係にある。」
- 誤りです。ネットワークの転送速度はネットワーク機器（ルーター、スイッチ、NIC：Network Interface Cardなど）や回線の帯域、プロトコル、混雑状況に依存します。CPUの周波数が直接的にネットワーク速度を比例的に決めるわけではありません。CPUが処理不足でパケット処理が遅くなることはありますが、「正比例」とは言えません。
エ: 「マルチコアプロセッサでは、処理能力はクロック周波数には依存しない。」
- 誤りです。マルチコア（複数のコアを持つCPU）では、同時に複数の処理を行えますが、各コアの処理速度はクロック周波数の影響を受けます。並列化できる処理量が多いとコア数の恩恵が大きいですが、単一スレッドの性能はコアの周波数やアーキテクチャに依存します。したがって「依存しない」は間違いです。

よくある誤解

クロック周波数が高い＝常に速い
- 誤解です。周波数だけでなく、IPC（Instructions Per Cycle：1クロックで何命令処理できるか）、コア数、メモリやキャッシュの性能で実際の速度は左右されます。
発熱は周波数だけで決まる
- 部分的な誤解です。周波数は重要ですが、電圧、トランジスタの微細化や負荷状態（アイドル時か最大負荷時か）でも発熱は変わります。さらに冷却環境によって温度の上がり方が変わります。

補足コラム

「消費電力・発熱」の考え方は現代のCPU設計で非常に重要です。かつては「クロック競争（GHzレース）」が進みましたが、発熱や消費電力の増大（いわゆるパワーウォール）により、メーカーはコアを増やす方向や省電力技術（ターボブーストのような動的周波数制御、電圧制御）へとシフトしました。これにより、高性能と低消費電力のバランスを取っています。

FAQ

Q1: クロック周波数だけを見ればCPUの性能が分かりますか？
A1: いいえ。周波数は一つの指標ですが、IPC、コア数、キャッシュ容量、メモリ速度、ソフトウェアの並列性など複数要素で性能が決まります。

Q2: 発熱対策（放熱）は具体的に何をすればよいですか？
A2: ヒートシンク（放熱器）やファンで空気を流す、サーマルペーストで熱伝導を良くする、ノートPCなら排気口をふさがない、必要なら水冷などの方法があります。用途と予算に応じて選びます。

Q3: 周波数を上げると電圧も上げる必要がありますか？
A3: 多くの場合、安定動作のために高周波数では高めの電圧が必要です。電圧が上がると消費電力は

V^{2}

に比例して増えるため、発熱がさらに大きくなります。

関連キーワード: クロック周波数、発熱、放熱、マルチコア、IPC、消費電力

← 前の問題へこの年度をクイズで解く次の問題へ →

\ せっかくなら /

ITパスポートを
クイズ形式で学習しませんか？

クイズ画面へ遷移する→

すぐに利用可能！