制御ハザード・とは？初心者でもわかるCPUパイプラインのしくみと対策共起語・同意語・対義語も併せて解説！

この記事を書いた人

高岡智則

年齢：33歳性別：男性職業：Webディレクター（兼ライティング・SNS運用担当）居住地：東京都杉並区・永福町の1LDKマンション出身地：神奈川県川崎市身長：176cm 体系：細身〜普通（最近ちょっとお腹が気になる）血液型：A型誕生日：1992年11月20日最終学歴：明治大学・情報コミュニケーション学部卒通勤：京王井の頭線で渋谷まで（通勤20分）家族構成：一人暮らし、実家には両親と2歳下の妹恋愛事情：独身。彼女は2年いない（本人は「忙しいだけ」と言い張る）

制御ハザード・とは？

制御ハザードとは、CPU が命令を連続して実行するパイプライン処理の中で、分岐命令の結果がまだ決まっていない状態のことを指します。パイプラインでは複数の命令を同時に実行して処理を速くしますが、条件によって次に実行すべき命令が変わると、先に取り出した命令が正しくなかった可能性が生まれます。ここが 制御ハザードの核心です。

どうして起こるのか

現代の CPU は処理を速くするために「パイプライン」と呼ばれる段階的な仕組みを使います。命令を取り出して解読し、実行して、次の命令を準備するという流れを同時に進めます。しかし分岐命令（if などの条件分岐）の場合、次にどの命令を走らせるか決まるのは分岐の結果です。結果が確定する前に次の命令を用意してしまうと、間違った道を進むことになり、やり直しが必要になるのが制御ハザードです。

もう少し難しい話をすると、分岐命令の結果を予測してしまうのが「分岐予測」という技術ですが、予測が外れるとパイプラインをクリアして正しい命令を取り直さなければなりません。これが時間のロスにつながります。

身近な例

学校の作文で「もし明日雨ならイベントを延期します」という指示があったとします。天気が雨かどうかを待っている間、あなたは別の作業を前倒しで進めようとします。もし天気が晴れだったら、予定を急に変えずに済みます。このように、先に進んでしまうと後で間違いが発生しやすいのが 制御ハザード のイメージです。

対処法

実務では以下のような工夫をします。

分岐予測を使って、次にどの道を選ぶかを「予測」します。予測がたとえば「取るべき道Aなら進む」などと決まると、先に命令を用意できます。予測が外れた場合は正しい道に切り替え、不要だった命令を破棄します。

分岐遅延スロットを設け、分岐直後の数命令を、分岐の結果待ちに許す仕組みです。特定の命令を分岐の後に詰めることで、無駄な待ち時間を減らします。

命令の再配置や 動的実行、BTB（ブランチターゲットバッファ） のような構造を使って、分岐の影響を最小化します。これらの技術は複雑ですが、要は「分岐の結果を待つ時間を短くして、より多くの命令を同時に動かす」ための工夫です。

原因	対処法
分岐命令の結果が不確定	分岐予測、命令の並べ替え、分岐遅延スロットの活用
予測が外れた場合の回復	予測の修正とパイプラインのクリア

現代の多くの CPU はこれらの技術を組み合わせて、私たちが気づかないくらい速く動作します。新しい設計では、分岐自体を減らす方法や、分岐を隠す工夫も考えられています。