CPUユニット

CPUユニットとは

CPUとはCnetral Processing Unit（中央演算装置）の略で、各種デバイスからの入力に基づくパソコン内部での処理をすべて行うパーツ。CPU性能が高いほど動画編集や高解像度の画像処理など負荷のかかる作業の処理能力に優れる。

CPUの性能は主として「コア数」「ハイパースレッディング」「クロック周波数」を元に判断する。特にコアはその名の通りコンピュータでの演算処理の核になる部分であれ、コア数が多いほど複数の処理を同時に行うことができる。

CPUユニットの使用用途

パソコンの演算処理の中核を担うパーツとしてシステムに組み込んで使用する。接続されたデバイス（キーボードやマウス、プリンタなど）やソフトウェアからの入力信号に基づき演算、制御を行い必要な動作を実行する。

Intelではコア数や周波数などで大雑把にCPUをシリーズ分けしており、動画編集など画像処理がメインの場合はCore i5以上を選択するとよい。逆にメールのチェックや簡単なテキスト処理などの軽作業主体であれば安価なCeleronでも十分なため、使用目的に合わせてスペックを選択する。

CPUユニットの原理

パソコン（この場合最終的にはCPU）と接続する各種デバイスからの入力信号を演算し、ストレージに格納したり処理を実行、制御したりとパソコン機能の根幹をつかさどるパーツ。

性能評価の基準として特に注目すべきは「コア数」「ハイパースレッディング」「クロック周波数」でコア数が多いと並行して演算が行えるため複数の処理を同時に行うことができる。そのためパソコンでの処理が軽快になる。ハイパースレッディングは1つのコアで2つの処理を行うことで、対応している場合コア数の倍のスレッド数（処理数）を得ることができる。またクロック周波数は1秒間に処理できる計算の回数を意味し、数値が大きいほど処理が速いことになる。

但し最近は周波数による影響はそこまで大きくなく、むしろコア数を増やすことで周波数を抑える形が一般的となっている。

高速処理が必要なゲームや大きなデータを扱う動画処理などではより高性能のCPUを選択する方がスムーズな処理が可能となる。

CPUユニットの記憶領域

PLCの制御の中心となるCPUユニットですが、その記憶領域はメモリエリアと呼ばれ、PLCが取り扱う様々なデータをすべて保管するエリアとなっています。バッテリーによりバックアップをする仕組みとなっているものが主流です。また、フラッシュメモリ等が内蔵されていて書き込みの都度、内容をそのメモリにバックアップするなど、バッテリ電圧が低下してもユーザプログラムやパラメータエリアのデータを消してしまわない構造になっているものが多いです。このエリアは主に以下の3種類に分けられます。

• ユーザープログラムエリア・・・ユーザーが記述したプログラムを記憶するエリアです。
• パラメータエリア・・・PLCのI/Oポートやレジスタなどの初期設定値を記憶するエリアです。
• I/Oメモリエリア・・・命令オペランドによってアクセス可能となるエリアで、電源断から復帰後に以前の情報を保持する領域とクリアされる領域があります。

これからのCPUユニット

CPUユニットは年々性能が向上し続けており、大手メーカーではAI搭載のCPUユニットを販売しています。ただ、AIの機械学習・ディープラーニングなどの技術では、3Dグラフィック処理を行うために開発された半導体チップであるGPUの方が画像解析などの処理における計算能力が高いです。これを受けて、今後、GPU市場規模は2019年に197.5億ドルレベルだったものが、2027年までに2008.5億ドルレベルに達すると予測されています。

日本の企業が2020年に発表した「統合型エッジゲートウェイ」はAI画像分析による外観検査や防犯カメラなどのシステム機能をゲートウェイ装置に統合しており、GPUの性能が大きなウェイトを占めています。今後、PLCの様な機器が様々な場面で使用されるようになってきた場合、AIの高度な処理を実現するためCPUユニットではなくGPUユニットが台頭してくる可能性があるかもしれません。

参考文献
https://ark.intel.com/content/www/jp/ja/ark.html
https://www.tsukumo.co.jp/bto/parts/parts_cpu_hikaku.html
https://www.fa.omron.co.jp/guide/technicalguide/26/129/#5
https://www.fa.omron.co.jp/product/tool/454/nj/
https://ascii.jp/elem/000/004/030/4030953/