問題 No.1849
CPUのパイプライン処理において、すべてのステージが同じクロックサイクル数で処理を完了できる場合に、理想的な状態での1命令あたりの平均実行サイクル数を表す指標はどれか。
【正解の解説】
CPIが1に近づくことで処理効率が最大化される
工場で車を組み立てる際、各工程（部品付け、塗装など）が同じスピードで流れると、ベルトコンベアの出口から1台ずつ途切れることなく車が完成して出てくる状態に似ています。これと同じで、CPUも全ステージが同じ時間で処理を終えられれば、1クロックに1つの命令が完了するため、1命令あたりの平均実行サイクル数は究極の「1」へと近づいていきます。
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【その他の選択肢の解説】
スループットがクロック周波数に比例して直線的に向上する
スループットは「一定時間内にどれだけの仕事をこなせたか」を表す全体的な物差しです。一方、問題文が問うているのは「1つの命令にどれだけの時間がかかっているか」という個別効率の指標であるため、ここでの記述は指標の定義そのものがズレている点に注意が必要です。
レイテンシがステージ数の増加に応じて自動的に短縮される
レイテンシとは、1つの命令が最初から最後まで完了するまでにかかる実際の時間のことです。パイプラインで工程を細かく刻むと、全体を完了するまでの時間はむしろ少し長くなるのが普通です。「たくさん分割したから速くなるはず」という初学者が陥りがちな思い込みを狙った出題者の罠です。
スピードアップ率がプロセッサのコア数によって制限される
マルチコアプロセッサにおける並行処理の限界を定めた「アムダールの法則」などを連想させるための誤答選択肢です。パイプライン処理は1つのCPU内部での命令実行の効率化手法であるため、コア数やマルチスレッディングの議論とは軸が異なることを整理しておきましょう。