cpuバウンドとは？初心者にもわかる解説と実例共起語・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）

cpuバウンドとは？

まず基本は、cpuバウンドとは、プログラムがほとんどの時間をCPUの計算に費やし、待ち時間が少ない状態のことを指します。例えば、CPUを集中的に使う処理、つまり大量の数値計算や暗号処理、描画ループなどがこれにあたります。これに対して、データを読み込んだりネットワークを使ったりする待ち時間が多い場合は I/Oバウンド になります。

日常の感覚で言うと、料理を作るときに「調味料の混ぜ合わせなど、ずっと手を動かして計算している時間が長い」状態が cpuバウンド に近いです。一方で、材料を切って待っている時間や、センサーのデータを外部から取りに行く間の待機時間が長いのが I/Oバウンド です。

どう見分けるの？

プログラムを動かしたときの「CPU使用率」がずっと高い場合、cpuバウンド の可能性が高いです。反対に、「待ち時間」が多く、CPUがあまり働いていないときは I/Oバウンド の可能性があります。実際には、タスクマネージャー／アクティビティモニタ／top などのツールで、CPUの利用状況とI/O待ちの割合を同時に見ると分かりやすいです。

プログラムの実際の例として、CPUバウンドの例としては、巨大な数列の総和、複雑な数値計算、画像処理の描画ルーチンなど、計算量が多い処理が挙げられます。I/Oバウンドの例は、大量のファイルを開いて読み込む、ネットワークからデータを受け取る、データベースへ問い合わせるなど、待ち時間が主役になる場面です。

どう改善するの？

cpuバウンドを改善する基本的な考え方は、アルゴリズムの見直しと、コードの効率化、場合によっては 並列処理・高速な拡張の活用 です。具体的には以下の点を検討します。

・使うデータ量を必要最小限にする

・同じ計算を繰り返さないようキャッシュを活用する

・アルゴリズムをより良いものに変更する

・必要であれば C や Rust など高速に動く言語の拡張を使う

・Python などであれば PyPy やマルチスレッドではなくマルチプロセスを検討する

表で比べて理解を深めよう

特徴	CPUバウンド	I/Oバウンド
主な原因	CPUの計算負荷が高い	待ち時間が長い
典型的な処理	複雑な数値計算、暗号処理、描画ルーチン	ファイル読み込み、ネットワーク通信、データベースアクセス
改善方法	アルゴリズム改善、キャッシュ、外部ライブラリ	非同期処理、I/Oの並列化、待ち時間の短縮

用語の要点メモ

cpuバウンドは、計算が主役の処理、I/Oは従の処理、という覚え方をすると分かりやすいです。中学生にも伝えられるように、現実の例で言い換えると、「計算機を走らせている時間が長いか、待っている時間が長いか」という観点で区別します。

cpuバウンドの同意語

CPUボトルネック: 全体のパフォーマンスを決定づける原因がCPUの処理能力にある状態。I/O待ちなど他の要因が十分に存在しても、CPUが処理で遅いため全体の速度が制限される状況。
CPU瓶頸: CPUボトルネックと同義。CPUがボトルネックとなり、全体のパフォーマンスを制限する状態を指す表現。
CPU制約: CPUの処理能力がパフォーマンスの上限を決める状況。CPUが主要な制約要因となっている状態。
CPU依存: パフォーマンスがCPUの性能に強く依存している状態。CPUの向上が直接パフォーマンス改善に結びつくことを意味する。
CPU依存性: CPUの性能特性に依存する性質。実質的にはCPUバウンドと同義の意味合い。
CPU主導ボトルネック: ボトルネックの主導要因がCPUである状態。CPUが全体の遅さを決定づける状況。
CPUリソース依存: CPUリソース（CPU時間・コア数など）の不足・過負荷が原因でパフォーマンスが低下する状態。
CPUが支配的なボトルネック: CPUが最も大きな影響を及ぼすボトルネックである状態。
処理がCPUに偏っている: 全体の処理負荷がCPUに集中しており、CPUの性能が制約要因となる状態。
CPU主導の性能制限: CPUの性能要因が全体の性能を決定づける制限要因である状態。

cpuバウンドの対義語・反対語

I/Oバウンド: CPU以外の入出力処理（ディスク・ネットワーク・デバイスI/O）がボトルネックとなり、CPUの計算能力が十分にあっても全体の処理が遅くなる状態。
I/O待ち: CPUがI/Oの完了を待つ時間が長く、実質的にI/Oバウンドの一形態として全体のスループットを下げる状態。
メモリバウンド: メモリの帯域幅やレイテンシが原因でデータの取得・格納が遅くなり、CPUの処理が止まる状態。
ディスクI/Oボトルネック: ディスク操作の遅さが全体の性能を直接制限する状態。大容量ファイルの読み書きやランダムアクセスで顕著。
ネットワークバウンド: ネットワークの帯域不足や遅延が全体の処理を妨げる状態。
GPUバウンド: CPUではなくGPUの計算リソースがボトルネックになる状態。文脈によって対義語的に用いられることがある。