CPU 性能指標 (MIPS/FLOPS/CPI)

CPUの性能を表す指標MIPS・FLOPS・CPIを理解し、計算問題に対応できるようにしましょう。

日野 こむぎ

MIPSとかFLOPSってよく聞くけど、何の単位なの?

藤森 さやか 先生

MIPS?
は1秒間に実行できる命令数 (百万単位)、FLOPS?
は1秒間に実行できる浮動小数点演算回数。
CPU性能の代表的な指標ね。

青木 澪

スパコンの性能比較などでは TFLOPS?
(テラ) や PFLOPS (ペタ) が使われるわ。

桃井 すみれ

CPIって何ですかぁ?

青木 澪

CPI?
(Cycles Per Instruction) は1命令あたり何クロック必要か、の平均。
CPI が小さいほど高速ね。

藤森 さやか 先生

計算式: 1命令あたりの時間 = CPI × クロック周期。
MIPS = クロック周波数(Hz) ÷ CPI ÷ 10⁶。

日野 こむぎ

例題ないかな?
あたし、計算問題ちょー苦手なんだよね…

青木 澪

「3GHzのCPU、CPIが3のときのMIPSは?」 → 3×10⁹ ÷ 3 ÷ 10⁶ = 1000MIPS が答えね。

桃井 すみれ

なるほどぉ〜、計算問題でも出るんですねぇ♪

MIPS計算を単位から解く

クロック周波数2GHz、平均CPIが4のCPUを例に、式へ入れる順序を確認します。

2 GHz = 2 × 10⁹ クロック/秒
命令数/秒 = 2 × 10⁹ ÷ 4 = 0.5 × 10⁹ 命令/秒
MIPS = 0.5 × 10⁹ ÷ 10⁶ = 500 MIPS

GHzのまま「2÷4」と計算して0.5 MIPSにする誤りが多いため、最初にHzへ直し、最後に百万を表す10⁶で割ります。逆に1命令の実行時間を求める問題では、クロック周期を1÷周波数で求めてからCPIを掛けます。

日野 こむぎ

クロック周波数が高いCPUなら、いつでも速いって選べばいい?

青木 澪

周波数だけでは決められません。
平均CPI、命令数、キャッシュミスなども実行時間に影響します。
同じプログラムなら『命令数×CPI÷クロック周波数』で比べます。

桃井 すみれ

MIPSとFLOPSも同じものじゃないんですよねぇ?

藤森 さやか 先生

MIPSは命令数、FLOPSは浮動小数点演算数よ。
命令セットが違う機種をMIPSだけで比べると、一命令の仕事量が違うため公平でないこともあるわ。
科学技術計算ならFLOPSを選ぶ、という用途の違いも見ましょう。