CPUスケーリングとは
一言で言えば、CPUスケーリングはシステムの現在のニーズに合わせて、CPUの速度を調整する方法です。別名、ダイナミック・フリークエンシー・スケーリングとも呼ばれます。
ダイナミック、何が動的なのかというと、CPUの周波数と電圧を現在の作業負荷に基づいて動的に調整するということです。また、特にノートパソコンやモバイル機器のCPUの性能と消費電力のバランスをとるために開発されました。
つまりフルパフォーマンスが必要ないときには電力を節約し、必要なときにはパフォーマンスを高めるために使用される仕組みなのです。
CPUスケーリングの登場以前は？
ちなみにCPUスケーリング以前はCPUは固定クロック速度で動作していました。安定していていいようにも思えますが、しばしば非効率的な電力消費と発熱を引き起こしていたのです。
ところがCPUスケーリングという技術の登場で、フルパワーが必要ないときにはCPUの速度を下げることができます。
電力をより効率的に使用することができ、発熱を抑え、携帯機器のバッテリー寿命を延ばすことにもつながります。こうした多くの利点からインテルやAMDなど、さまざまなCPUメーカーがCPUスケーリングをプロセッサに実装しているわけです。
例
至る所で使われている訳ですが、使用により効果の高いノートパソコンとデータセンターの二つの例を考えてみましょう。
ノートパソコン
ノートパソコンがバッテリー駆動で集中的なタスクを実行していない場合、オペレーティングシステムはCPUをスケールダウンしその速度を下げて電力を節約することができます。
その後、ユーザーがビデオゲームのようなリソースを必要とするタスクを開始すると、オペレーティングシステムは必要なパフォーマンスを提供するためにCPUをスケールアップすることができます。こうすることで限られたCPUの能力や電力を効率的に使うことができるわけです。
データセンター
データセンターでは電池がつきることはありません。しかし個人のコンピューターと比較にならないほど、需要の多い時期と少ない時期の差があり、大きく仕事量が変化することがより頻繁にあります。
そのためデータセンターでは、サーバーのCPUの能力を必要に応じて増減させることで、必要なときに高いパフォーマンスを提供し、需要の少ない時期にはエネルギーを節約することができます。人気歌手のチケットの発売日での予約サイトのパフォーマンス、スポーツの特別な試合のライブ配信を想像するとわかりやすいかもしれません。
運用と課題
最近のシステムでは、CPUのスケーリングはオペレーティングシステムやCPU自体によって自動的に管理されることが多い。しかし、場合によっては手動で制御することが望ましい場合もあります。
たとえば、システム管理者が定期メンテナンスの期間中にサーバーのCPUを手動で縮小して、エネルギーを節約したい場合などです。
その利点にもかかわらず課題がないわけではありません。例えばCPUをいつ、どれだけスケールダウンさせるかを決定するためには、高度な制御アルゴリズムが必要です。さらに、スケーリングを頻繁に行うと、CPUやその他のコンポーネントが摩耗し、寿命が短くなる可能性があります。
これらを踏まえ慎重に設計・管理することでこうした課題を軽減することができ、CPUスケーリングはさまざまなシステムでパフォーマンスとエネルギー使用を管理する強力なツールとなる訳です。
