スタートページ＞ （主張・講演、 Ｗｅｂ教材） 歴史＞ コンピュータの歴史＞ パソコンの歴史

マイクロプロセッサ（パソコン用ＣＰＵ）の歴史

マイクロプロセッサあるいはＣＰＵとは

「マイクロ」プロセッサとは、「小さい」プロセッサのことではなく、マイクロコードすなわち機械語を処理する装置のことである。ＭＣＵ（Micro-Processing Unit）ということもある。ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）も同じ機能であるが、汎用コンピュータ時代のＣＰＵと異なり、マイクロプロセッサでは、それらの電子回路を１つのチップにしているのが特徴である（その結果、「小さい」形状になっている）。
　また、最近の動向（特にタブレット型などの小型パソコン）では、本来のＣＰＵ機能だけでなく、周辺機能を加えて一体化したものをプロセッサということもある。
　しかしここでは、マイクロプロセッサとＣＰＵという用語を混在して用いているが、単に慣習的に使い分けているだけで、同義語である。

以下、ＣＰＵの機能や性能に関する重要項目を列挙する。

ビット数

ＣＰＵには多様なレジスタがある。それぞれのレジスタのビット数が異なるＣＰＵもあるが、一般には演算レジスタのビット数を指す。

パソコンのメモリが大容量になり、扱うデータのビット数が大きくなり、しかも、処理速度の向上が求められるのに伴い、ビット数は次第に増加してきた。特にサーバや高性能のパソコン、画像処理を重視したパソコンでは大ビット数ＣＰＵが求められる。
・１９７１年　　　　　４ビット
・１９７０年代前半　　８ビット
・１９７０年代後半　１６ビット
・１９８０年代　　　３２ビット
・１９９０年代　　　３２ビットが主流、サーバ用などに６４ビットＲＩＳＣ
・２０００年代　　　６４ビットが主流
　現在では、通常の用途では６４ビットで十分だとされている。しかし、２０００年に発売されたソニーのプレイステーション２では１２８ビットＣＰＵを採用しているように、ゲーム機などＡＶを重視する用途では、さらに大ビットＣＰＵの開発が求められよう。逆に、家電製品や電卓などの組み込みシステムでは、安価で消費電力の小さな８ビット、１６ビットのＣＰＵが現在でも用いられている。

ＯＳとの関係

ＣＰＵはＯＳと密着している。ＣＰＵが６４ビットであったも、ＯＳが３２ビットならば動作しないか３２ビットモードでしか動作しない。逆に、ＯＳが６４ビットの場合はＣＰＵが６４ビットでなければ動作しない。それを避けるために、一般にＯＳは複数のビット版を提供しているが、現在普及しているＯＳのほとんどは、３２／６４ビットであり、１６ビットＣＰＵ搭載のパソコンでは使えない。ＯＳの要請からもＣＰＵの大ビット化が必要になる。
・MS-DOS　　　　８／１６ビット
・Windows 3.X 　１６／３２ビット
・Windows 95　　３２ビット
・Windows XP　　３２／６４ビット
・Windows 7 　　３２／６４ビット

ＣＩＳＣとＲＩＳＣ

ＣＰＵは機械語を処理するが、機械語の命令体系（命令セット）に従った回路設計をしている。命令セットは大きくＣＩＳＣとＲＩＳＣに分かれる。ＣＩＳＣとは、機械語命令を高級言語の命令に近づけようとするもので、複雑な命令を１命令にすることにより、処理命令数を減らすことにより処理効率をあげている。それに対して、ＲＩＳＣでは命令を単純な命令に分解することにより、命令の種類を減らし回路を単純にすることにより処理速度をあげている。
　歴史的に汎用コンピュータではＣＩＳＣ、ミニコンピュータではＲＩＳＣを用いてきた。インテルやＡＭＤなどのパソコンＣＰＵメーカーはＣＩＳＣ、ヒューレット・パッカードやサン・マイクロシステムズなどのミニコンピュータからの参入者はＲＩＳＣのＣＰＵを開発してきた。現在では、両社の特長を生かした折衷方式がとられている。

クロック（周波数）

一般的なＣＰＵ（同期式プロセッサ）では、クロックというパルス波に同期してチップ全体が一斉に動作する。１秒間に発生するクロック回数（周波数）が大きければ、処理回数も大きくなるので、ＣＰＵの性能が高いといえる。クロック間隔は、レジスタ間のデータ転送時間（配線遅延）や論理回路での時間（ゲート遅延）により決定される。これらは、１つのチップ（体積）あたりのトランジスタの集積度に大きく影響される。集積度は、半導体加工技術により高められるが、集積度を高めると熱が発生して誤動作や破壊が生じるので、冷却技術が重要になる。

このような技術は急速に発展した。インテルのムーア（Gordon E. Moore）は、１９６５年に「集積回路上のトランジスタ数は１８カ月ごとに倍になる（１９７５には２年で２倍と修正」）との経験法則を示した（１９６５年のムーアの論文では「法則」の記述はない。カーバー・ミード（Carver Andress Mead）が名づけたという）。

しかし、ＣＰＵの性能を決定するのはクロックだけではない。回路やパスの設計の工夫、ＣＰＵ内のキャッシュ、処理命令の拡張などにより、同じクロック数でも性能を改善することができる。２００１年にＡＭＤは、Athron XP 1800+ を開発した。これは、インテルのPentium 4（２.４ＧＨｚ）よりも低い周波数（１.５３ＧＨｚ）なのに、同等の処理能力をもつとされた。
　また、２０００年代中頃になると、４ＧＨｚ程度にまで達したが、これ以上集積度をあげることは、発熱量を抑える技術や微細技術の限界により困難だといわれるようになった。そして、集積度向上を図るよりも、複数のＣＰＵを搭載したマルチコアＣＰＵが注目されるようになった。

代表的なＣＰＵメーカー

パソコン用ＣＰＵでは、インテルがトップメーカーである。最初にＣＰＵを開発したのもインテルだし、２０１０年現在、世界中で約８０％のシェアをもっている。ＣＰＵの歴史は、インテルを中心にした挑戦者たちの歴史でもある。
・インテル対モトローラ（８６vs６８戦争）：１９７０年代後半～１９８０年代
・インテル対ＡＭＤ：１９８０年代後半～
・インテル・ＡＭＤ対ＡＩＭ連合：１９９０年代～
　また、ＯＳとの関係では、マイクロソフトと密接な関係を続けてきた。アップル等を除くほとんどのパソコンがインテルＣＰＵとWindowsを搭載しており、Wintel帝国（Windows＋Intelの造語）を確立した（現在では崩れつつあるが）。

パソコン用ＣＰＵの歴史

参考ＵＲＬ

１９７０年代前半：マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）の出現

最初のマイクロプロセッサ

１９７１年に米国インテル社が発表したｉ４００４が最初のマイクロプロセッサである。４ビット、１０８ＫＨｚ、０.０６ＭＩＰＳ、２,３００トランジスタ集積。価格２００ドル（写真出典：インテル「インテルミュージアム マイクロプロセッサーの歴史　４００４」。（拡大図））

この開発の主役は、日本ビジコン社の嶋正利と米国インテル社のテッド・ホフ（Marcian E. "Ted" Hoff）である。
　ビジコンは、その当時いくつかの企業に高級電卓のＯＥＭ供給をしていた。ハードワイヤードロジック方式のハードウェアにより生産していたが、機種により仕様が異なるので、費用も時間もかかる。嶋は、汎用ＬＳＩを開発すれば、ソフトウェアにより複数機種に対応できると考えた。しかも、電卓だけでなく、周辺機器や家電にも利用できる汎用的なものが必要だと考えた。
　その相談を受けたホフは、４ビットＬＳＩでマイクロ命令を処理する仕組み、すなわちマイクロプロセッサを開発するころを提案した。そして、嶋とホフらの共同作業により、４００４が実現したのである。チップサイズ：３mm×４mm、トランジスタ数：2,237個、動作周波数750kHz（０.０６ＭＩＰＳ相当）。
　マイクロプロセッサという名称は、チップが小サイズであったこと、マイクロ命令を処理することから命名された。既に汎用コンピュータやミニコンのＣＰＵは、３２ビット、１ＭＩＰＳになっていた。それに対して４００４は、４ビット、０.０６ＭＩＰＳに過ぎない。しかし、低価格、小型化の実現は、パソコンを含む組み込み製品の発展に大きく寄与したのである。
　その後、インテルは４００４の外販権利をビジコンから買い取り、インテルがマイクロプロセッサ分野でのトッププレイヤーになる基礎になった。共同開発や権利買取をめぐる駆け引きには、日米企業の契約や権利主張の違いが大きく左右したようである。なお、嶋は、１９７２年インテルに転職。i8080の主任設計者となり完成させた。さらに１９７４年には、インテルの技術者らとモステクノロジーを設立、MOS6502の開発に従事した。

８ビットＣＰＵ

当然、４ビットでは機能的に不十分であり、８ビットＣＰＵの開発が行われた。ここでも嶋の貢献は大きい。br /> 　インテルは、これから現在にいたるまで、ＣＰＵのトップメーカーを確保している。インテル以外に多くの半導体メーカーが参入したが、将来インテルの好敵手になるのはモトローラである。
・1972年　インテル　i8008
・1974年　インテル　i8080（嶋が主任研究員）
・1974年　モトローラ　MC6800
・1975年　モステクノロジー　MOS6502（MC6800互換）
・1976年　ザイログ　Z80（i8080互換、インテルを退社した嶋らによる）

１９７０年代後半：１６ビットＣＰＵ

パソコンは８ビットの時代であったが、ＣＰＵでは１６ビット化が始まっていた。
・1978年　インテル　　i8086
・1979年　インテル　　i8088
・1979年　モトローラ　MC6809
・1982年　インテル　　i80286

１９８０年代前半：３２ビットＣＰＵ

１９８０年代に入ると、パソコン分野では８ビット／１６ビットの併存状態であるが、ＣＰＵの分野では一足先に３２ビット化へと進んできた。
・1979年　モトローラ　MC68000
・1982年　インテル　　i80286
・1984年　モトローラ　MC68020
・1985年　インテル　　i80386

この間に、ＣＰＵ業界はインテルがトップリーダーの座を確保し、インテルが新ＣＰＵを発表すると、チャレンジャーのモトローラがすぐに同等品を発表する状態が続くようになった。
　また、インテルは、ＣＰＵ型番をi8086、i80186、i80286、i80386と付けたため、総称して「ｘ８６系」あるいは「８６系」と呼ばれ、モトローラはMC68000、MC68020、MC68030としたので「６８系」あるいは「６８ｋ系」と呼ばれたので、両社の競争は「８６/６８戦争」といわれるようになった。

１９８０年代後半：ＲＩＳＣ ＣＰＵ

コンピュータの命令語の体系には、ＣＩＳＣ（Complex Instruction Set Computer）とＲＩＳＣ（Reduced Instruction Set Computer）がある。
　ＣＩＳＣは、機械語命令を高級言語に近づけ、複雑な処理を１命令で実行できるようにすることで、回路は複雑になるが、１命令で複雑な処理ができるので能力向上が図れる。汎用コンピュータではＣＩＳＣが通常であった。伝統的理由のためか、インテルやモトローラなどのパソコンＣＰＵはＣＩＳＣを採用していた。
　それに対してＲＩＳＣは、命令の種類を減らし、回路を単純化して演算速度の向上を図るものである。ミニコンピュータではＲＩＳＣが主流であった。
参照：ミニコンピュータの歴史

従来は、ＣＡＤなどの科学技術用コンピュータ（ワークステーションという）やＬＡＮのＴＳＳサーバなどは、ミニコンピュータが用いられていた。それが、１９８０年代後半になると、パソコンの機能や性能が向上し、このような用途にもパソコンを用いようという動向が高まってきた。それに伴い、ヒューレット・パッカードやサン・マイクロシステムズなどミニコンピュータメーカーがパソコンＣＰＵに参入してきた。
　　　　　メーカー　　　　ＣＩＳＣ　　ＲＩＳＣ
・1986年　ＭＩＰＳ 　　　　　　　　 　R2000
・1986年　エイコーン・コンピュータ　　ARM2
・1986年　ヒューレット・パッカード　　PA-RISC
・1987年　モトローラ　　　MC68020
・1987年　サン・マイクロシステムズ　　SPARC
・1988年　ＭＩＰＳ　　　　　　　　　　R3000
・1988年　テキサス・インスツルメンツ　TMS320C30
・1989年　インテル　　　　i80486

１９９０年代前半：ＡＩＭ連合

１９９０年代前半のＣＰＵ
・1991年　ＭＩＰＳ　　　　　　　　　R4000　　　　６４　ＲＩＳＣ　世界初の６４ビットＣＰＵ
・1991年　ＡＭＤ　　　　　　　　　　Am386　　　　３２　ＣＩＳＣ　ＡＮＤ独自の８６系互換ＣＰＵ
・1992年　ＡＩＭ連合　　　　　　　　PowerPC 601　３２　ＲＩＳＣ　ＡＩＭ連合初のＣＰＵ
・1992年　サン・マイクロシステムズ　SuperSPARC 　６４　ＲＩＳＣ
・1993年　インテル　　　　　　　　　Pentium　　　３２　ＣＩＳＣ　ＲＩＳＣ技術を取り込む
・1994年　モトローラ　　　　　　　　MC68060　　　３２　ＣＩＳＣ　最後の６８系
・1994年　ＭＩＰＳ　　　　　　　　　R8000　　　　６４　ＲＩＳＣ
・1994年　ヒューレット・パッカード　PA-RISC7200　６４　ＲＩＳＣ
・1995年　サン・マイクロシステムズ　UltraSPARC 　６４　ＲＩＳＣ
・1995年　インテル　　　　　　　　　Pentium Pro　３２　ＣＩＳＣ

ＡＩＭ連合とPowerPC

１９９１年に、アップル、ＩＢＭ、モトローラの３社は新ＣＰＵの開発で提携し（ＡＩＭ連合という）、ＲＩＳＣベースの３２ビットＣＰＵであるPowerPCを開発した。モトローラはこれまで、６８系ＣＰＵを発展させたMC88000系ＣＰＵを開発していたが、これを機会に、PowerPC系に注力することになった。アップルはこれまでMacintoshには６８系ＣＰＵを用いていたが、PowerPC系３２ビットＣＰＵに移行した。さらに、マイクロソフトはPowerPC搭載パソコン（サーバ）向けのWindows NT 3.51、サン・マイクロシステムズもSolaris OSのPowerPC版を発表した。

この頃までに、ＩＢＭ、アップル以外の通常パソコンのほとんどはインテルの８６系あるいはその互換ＣＰＵになっていた。そして、PowerPC系はＩＢＭ、アップル以外ではサーバーやワークステーションへの進出を狙っていた。そのため、通常のパソコンでは互いの棲み分けができて、「８６/６８戦争」は沈静化し、サーバーを対象にした、インテル対ＡＩＭ連合、あるいはＣＩＳＣ対ＲＩＳＣの競争に移ったのである。
　ＣＩＳＣ／ＲＩＳＣ論争は、ソフトウェアの設計はCISC的だがハードウェアの設計はRISC的という折衷方式になった。インテルは伝統的にＣＩＳＣ派であったが、Pentiumでは、パイプラインやスーパースカラなどのRISC技術を取り入れ、Pentium Proでは、CISC命令をRISC的命令セットに変換して実行する方法になっている。

ＲＩＳＣ ＣＰＵの６４ビット化

ＭＩＰＳのＣＰＵは、ＤＥＣ（現在はヒューレット・パッカード）のミニコンピュータで用いられ、ＳＰＡＲＣは、サン・マイクロシステムズと富士通によるSolarisをＯＳとするサーバに用いられていた。
　１９８０年代末から１９９０年代前半にかけて、ダウンサイジングが進行し、従来は汎用コンピュータが行っていた大規模処理をミニコンピュータや高機能パソコンを用いたサーバが受け持つようになった。それに伴い、サーバ用の高性能ＣＰＵが求められ、ＲＩＳＣ ＣＰＵの６４ビット化が進んだ。

インテル対ＡＭＤ戦争（１）

１９９０年代になると、インテルに新しい挑戦者が出現した。ＡＭＤ（Advanced Micro Devices）社である。
　１９８１年、ＩＢＭはIBM-PC発売に際して、ＩＢＭは、供給元を確保するために、インテルに他社にも互換ＣＰＵの生産を許すことを求めた。それで、インテルはＡＭＤとセカンドソース契約を結び、ＡＭＤはi8086やi80286の互換ＣＰＵを生産した。インテルは、当初は自社仕様の優位性を確保するために互換メーカーの存在は有利だったのだが、ＡＭＤが次第にシェアを拡大するのに脅威を感じるようになった。そして、１９８５年に、i80386での契約打切りをめぐって両社は対立した。

１９９１年にＡＭＤは自社独自の技術によってAm386を開発した。i80386とピンやソフトウエアの互換性を保ちながら、それよりも高い動作周波数を実現し、i80486と競合するまでの性能を示した。しかもインテルよりも低い価格を設定した。セカンドソーサーから対等の競争者になったのである。 　インテルが従来の８６系から新しいPentiumシリーズに変更した理由の一つが、ＡＭＤの追従を引き離すためだったともいわれる。一方、ネクスジェン社は、８６系命令を内部でRISC命令に変換して実行するなど特殊な高い技術をもっていた。ＡＭＤはネクスジェンを買収し、Ｋ６を開発してインテルに対抗した。
　パソコンメーカーからすれば、ＣＰＵの基本事項に互換性があれば、どちらのＣＰＵも使うことができる。それで、多くの機種やシリーズが、インテルとＡＭＤの両方をもつようになった。ＣＰＵ仕入価格やネームバリューの関係から、ＡＭＤ搭載のほうが割安に設定されたが、そのためにかえってＡＭＤ搭載機のシェアが伸びた。

１９９０年代後半：

インテル対ＡＭＤ戦争（２）

1990年代後半になると、インテル対ＡＭＤ戦争はさらに激化した。ＡＭＤがインテルの後追いをする構図が変化し、相互に対抗する状況になってきた。例えば、ＡＭＤのK6-2による低価格に対応するため、インテルは新シリーズCeleronを開発した。また、Athlonはコストパフォーマンスの高さから大手パソコンメーカーにも採用され、また、この頃から流行した自作パソコンで広く用いられた。それで、１９９９年には、一時的ではあるが、ＡＭＤのシェアがインテルを抜いたこともあった。それに対抗するためにインテルはPentium 4を開発した。
・1995年　インテル　Pentium Pro
・1997年　ＡＭＤ　　K6　　　　　　Pentium Pro対抗
・1997年　インテル　Pentium MMX 　マルチメディア用演算機能 (MMX) を搭載
・1998年　ＡＭＤ　　K6-2　　　　　K6の廉価版
・1998年　インテル　Celeron 　　　Pentiumの廉価版、K6への対抗
・1999年　インテル　Pentium III 　パイプラインの改良による性能向上、マルチメディア機能向上
・1997年　ＡＭＤ　　Athron　　　　Pentium III対抗。一時、クロックではインテルCPUを上回る
・2000年　インテル　Pentium 4 　　Athronへの対抗

２０００年代前半：ＣＰＵの多様化と６４ビット化

ＣＰＵの多様化

２０００年代では、ＣＰＵの高クロック競争が激しさを増すが、それとともに、用途ごとに最適化されたＣＰＵの多様化が進んだ。
・サーバ用、ワークステーション用：高性能の６４ビットＣＰＵ
・モバイルノート用：高性能で、かつ低消費電力なＣＰＵ
・ＡＶパソコン用：グラフィックスと動画の高速処理に特化したＣＰＵ
・低価格パソコン用：必要十分な機能に絞った安価なＣＰＵ
・携帯電話用：低消費電力で周辺機能までも統合したＣＰＵ（ＳｏＣという）
　また、「プロセッサ」の意味が、単にＣＰＵの機能だけでなく、周辺機能を組み合わせたアーキテクチャを指すようにもなってきた。

６４ビットＣＰＵが主流に

インテルやＡＭＤが６４ビットＣＰＵを開発するようになり、一般のパソコン用ＣＰＵも６４ビット対応が進んできた。
・2001年　インテル　Itanium
・2002年　ＩＢＭ　　Power4
・2003年　ＡＭＤ　　Opteron
・2003年　ＡＭＤ　　Athlon 64
　Athlon 64では、Pentiumよりも低い周波数なのに、Pentiumよりも高い処理性能を実現した。これにより「性能＝周波数」という図式を崩したことでも有名である。

２０００年代後半：ムーアの法則の限界とマルチコア化

２０００年代の中頃になると、ＣＰＵの性能が指数的に向上するというムーアの法則に限界が見えてきた。ＣＰＵの性能は基本的には周波数に関係しており、周波数をあげるには高集積度にする必要があるが、発熱量が大きくなり、回路の誤動作や破壊の原因になる。また、回路動作を高速にするには消費電力の増加が必要であり、それも発熱量を増加させる。しかも環境保全の観点からも省電力化が求められている。これまで多様な工夫をして、２００４年頃に４GHz程度になったが、それが技術的な限界になってきた。
　それで、これ以上の高周波数向上をあきらめて、複数のＣＰＵを用いるマルチコアへと移ってきた。複数ＣＰＵの並列処理は以前から行われており、サーバ用ではマザーボード上に複数のプロセッサを実装し並列処理させる対称型マルチプロセッシング (Symmetric multi-processing, SMP) 技術が１９９０年代中頃からあった。そして、２０００年後半には一般パソコン用ＣＰＵでもマルチコア化が行われるようになった。
・1999年　ＩＢＭ　　POWER4　デュアルコアのさきがけ
・2005年　ＡＭＤ　　Dual-Core Opteron、Athlon 64 X2
・2006年　インテル　Intel Core 2
・2008年　インテル　Intel Core i7
・2009年　ＡＭＤ　　PhenomⅡ