マルチプロセッサとは？初心者にも分かる基本解説と活用例共起語・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）

はじめに

このガイドでは、マルチプロセッサの基本を初心者にも分かりやすい言葉で説明します。現代のパソコンやサーバーには複数のCPUを使って作業を分担する仕組みが存在します。ここでのポイントは、複数のCPUを同時に使えるという点と、それをOSやソフトウェアがどう管理するかという点です。

マルチプロセッサとは

「マルチプロセッサ」とは、文字どおり複数のCPU（プロセッサ）を搭載して同時に動作させる仕組みのことを指します。CPUソケットが複数必要となり、各CPUが自分の作業を処理します。並列処理の力を最大限に活かすには、OSのスケジューリングやソフトウェアの設計が重要です。

マルチプロセッサとマルチコアの違い

ここが混同されがちなポイントです。マルチプロセッサは複数の独立したCPUチップを指します。一方、マルチコアは1つのチップの内部に複数のコアが内蔓されている状態です。外見は同じように見えても、構造と動作原理は異なります。大きな違いはソケットとメモリの扱い方、およびソフトウェアの最適化の範囲です。

用途と利点

サーバーやデータベース、大規模な科学計算、仮想化のホストなど、高い並列性能が必要な場面で効果を発揮します。信頼性の向上や増設時の拡張性も魅力です。一方、同時に電力消費や冷却の課題が増える点には注意が必要です。

仕組みをイメージで理解

イメージとしては、キッチンに複数の料理長がいるようなものです。それぞれの料理長が自分の皿を同時に作ることで、全体の完成時間を短くします。現実の環境では、OSがどの料理長にどの仕事を割り当てるか、どの皿がどのCPUで処理されるかを管理します。

重要ポイント

並列処理の力を活かすにはソフトウェア側の対応が欠かせません。適切なアルゴリズム設計、スレッドの分割、同期の方法など、作り手の技術が結果を左右します。

比較表：マルチプロセッサ vs マルチコア vs シングルプロセッサ

比較項目	マルチプロセッサ	マルチコア	シングルプロセッサ
CPUソケット数	複数	1つのチップ内	1つ
共有メモリ	大半は共有	同じく共有	基本的に1つ
代表的用途	サーバー・大型計算	一般的なPC・サーバー	軽量作業
メリット	大規模並列、冗長性	コストを抑えつつ性能向上	安価・省スペース
デメリット	設計が難しく電力が多い	ソフトウェアの対応が必要	性能の限界

まとめ

マルチプロセッサは「複数のCPUを使って同時に作業を進める仕組み」です。適切な場面で強力な性能を発揮しますが、活用にはソフトウェアの設計とハードウェアの選択が重要です。もし自分のパソコンやサーバーを強化したいと考えた時には、用途と予算をよく考え、必要な並列性能を見極めることが大切です。

マルチプロセッサの同意語

マルチプロセッサ: 複数のプロセッサを搭載したシステム。CPUを並列に動作させ、処理を分散して性能を向上させる構成。
複数プロセッサ: 2つ以上のプロセッサを搭載したシステム。マルチプロセッサとほぼ同義の呼び名。
複数CPU: 複数のCPUを搭載した構成。マルチプロセッサと同義として用いられることが多い。
デュアルプロセッサ: 2つのプロセッサを搭載したシステム。二つのCPUを組み合わせた構成。
デュアルCPU: 2つのCPUを搭載した構成。デュアルプロセッサと同義で使われることがある。
多プロセッサ: 複数のプロセッサを持つシステム。マルチプロセッサの別称として使われることがある。
多CPU構成: 複数のCPUを用いた構成。並列処理のための設計。
マルチプロセッサ構成: 複数のCPUを組み込んだ構成。CPU間での協調動作を前提とする。
マルチプロセッサシステム: 複数のプロセッサを搭載したシステム環境。大規模サーバなどで用いられる。
マルチCPUシステム: 複数のCPUを搭載したシステム。サーバやハイパフォーマンス機で見られる構成。
多プロセッサシステム: 複数のプロセッサを搭載したシステム。拡張性と並列処理を重視。
複数プロセッサ構成: 2つ以上のプロセッサを組み合わせた構成。

マルチプロセッサの対義語・反対語

シングルプロセッサ: 1つのCPUだけを搭載したシステム。複数のCPUを用いない設計で、並列処理能力は制限されるが、コストと電力は抑えやすい。
単一CPU: 1つのCPUのみを使う構成の意味。マルチプロセッサの対義語としてよく使われます。
単一プロセッサ構成: 複数のプロセッサを搭載せず、1基のプロセッサで全処理を担う構成。
モノプロセッサ: 1基のプロセッサを指す表現。マルチプロセッサの対義として使われることがあります。現代のCPUは1つのチップに複数コアを搭載する場合が多い点に注意。
1CPU: 1つのCPUを指す略称。基本的にはシングルCPU構成を指すことが多いです。
1基のCPU: 1基のCPUを搭載した構成。複数CPUを搭載しない前提です。
シングルCPU構成: 1つのCPUだけを搭載した構成。コスト・電力は低いが、並列処理能力は限定的。
1プロセッサ構成: 1つのプロセッサで動作する構成の表現。

マルチプロセッサの共起語

並列処理: 複数のタスクを同時に実行して全体の処理時間を短縮する基本概念。
マルチコア: 1つのチップに複数の実行コアを搭載して同時に計算する設計。
SMP: 対称型マルチプロセッシングの略。複数CPUが同じ主記憶を共有して並列処理を行う構成。
NUMA: Non-Uniform Memory Accessの略。CPUとメモリの距離差によってアクセス速度が変わる設計。大規模システムで重要。
UMA: Uniform Memory Accessの略。全てのメモリアクセスがほぼ均一な設計。
共有メモリ: 複数のCPU/コアが同一の物理メモリ空間を共有してデータのやり取りを行う方式。
キャッシュコヒーレンス: 各CPUのキャッシュに同じデータが存在する場合、最新のデータに統一する仕組み。
キャッシュ一貫性: 上記と同義。キャッシュの一貫性を保つことが重要。
同期機構: スレッド間の実行順序やデータ整合性を保つ仕組み（ミューテックス、セマフォ、バリアなど）。
排他制御: 同時アクセスを制限してデータ競合を防ぐ手法。
ロードバランシング: 作業負荷を複数CPU/コアに均等に配分する技術。
並列プログラミング: 並列処理を前提に設計されたプログラム手法。
スケーラビリティ: CPUを増やした際に性能がどれだけ向上するかを示す指標。
高性能計算: 科学技術計算など大規模計算を高速に実行する分野。
OSスケジューラ: OSがプロセス/スレッドをどのCPUに割り当てるか決める部分。
プロセッサ: データを処理する計算部。複数ある場合、並列処理を実現する核となる。
CPU: 中央処理装置。マルチプロセッサ構成では複数のCPUが協調して動作。
メモリ帯域: CPUとメモリ間のデータ転送量・速度。複数CPU環境でボトルネックになり得る。
インターコネクト: 複数CPUやノードを結ぶ通信路。性能を大きく左右する。
NUMAノード: NUMAアーキテクチャでのメモリノード単位。
アーキテクチャ: ハードウェアの設計思想。マルチプロセッサの実装はこの設計に影響される。
並列アルゴリズム: 並列処理を前提にしたアルゴリズム設計。
マルチスレッド: 1つのCPUコアで複数スレッドを同時実行する技術。

マルチプロセッサの関連用語

マルチプロセッサ: 複数のCPUを搭載した計算機システム。複数のプロセッサが並列で処理を実行できる構成。
SMP（対称型マルチプロセッサ）: 複数のCPUが同一のメモリ空間を共有し、1つのOSカーネルでスケジューリングを行う対称型のマルチプロセッサ構成。
AMP（非対称マルチプロセッサ）: CPUごとに特定の役割が割り当てられ、処理が非対称になるマルチプロセッサ構成。
NUMA（非均一メモリアクセス）: CPUとメモリのアクセス時間が均一でないアーキテクチャ。各CPUは近いノードのメモリへ高速にアクセスする。
UMA（均一メモリアクセス）: 全CPUが同一のメモリ空間へ等しくアクセスできる共有メモリアーキテクチャ。
マルチコア: 1つのCPUパッケージ内に複数の演算コアを搭載した構成。マルチプロセッサと組み合わせて並列処理を強化。
共有メモリ型: 複数のCPUが同じメモリを共有してデータをやり取りする構成。
分散メモリ型: 各CPUが自分のメモリを持つ構成。データのやり取りはメッセージパッシングで行われる。
OpenMP: 共有メモリ型の並列プログラミングを支援するAPI。ループの並列化などを簡便化。
MPI（Message Passing Interface）: 分散メモリ型の並列プログラミングを支援する通信ライブラリ。ノード間でデータを交換して並列計算を実現。
MESIキャッシュコヒーレンシプロトコル: 複数CPUのキャッシュ間でデータの一貫性を保つ代表的なプロトコル。Modified/Exclusive/Shared/Invalidの4状態を使う。
キャッシュコヒーレンシ: 複数CPUのキャッシュ間でデータの整合性を保つ仕組み。
L1キャッシュ: 各コアに近い最初のレベルキャッシュ。超高速だが容量は小さい。
L2キャッシュ: L1より大容量のキャッシュ。コア間で共有されることもある。
L3キャッシュ: 複数コア間で共有される大容量のキャッシュ。全体の性能を左右することがある。
インターコネクト: CPU同士やノード間を結ぶ高性能通信路。高性能な並列処理には不可欠。
HyperTransport: CPU間の高速インターコネクトの技術の一つ（例：一部の世代のAMD/Intelで採用）。
QPI（QuickPath Interconnect）: IntelのCPU間インターコネクト技術の名称。
Infinity Fabric: AMDのCPU間インターコネクト技術の名称。
ソケット: CPUを搭載する物理的な接続部。マザーボードのソケット数に応じて搭載可能なCPU数が決まる。
マルチソケット: 複数のCPUソケットを搭載したシステム。高い並列性を実現できるが設計も複雑。
NUMAノード: NUMAアーキテクチャでのメモリノード。各ノードにはCPUとローカルメモリが存在。
OSスケジューリング: OSがどのCPUにプロセスやスレッドを割り当てるか決定する仕組み。負荷分散を左右する。
スケーリング: 性能向上のための拡張方針。スケールアップは同一機器内でCPUを増設、スケールアウトは機器を増やして並列性を拡張。
Amdahlの法則: 並列化できる部分の割合により、理論上の最大スピードアップが決まる法則。
グスタフソンの法則: 問題サイズを大きくすることで、並列処理の効果をより大きく活かせるとする法則。
同期化: 複数の並列処理の実行順序を揃えるための技術。 barriers やロックなどを用いることが多い。
デッドロックの回避/防止: 複数スレッドが相互にリソースを待ち続ける状態を回避する設計・実装上の工夫。