ゲームや負荷の高いタスクの実行中にPCのパフォーマンスが低下する場合、多くの場合、システム内にボトルネックが発生しています。この制限の原因がCPUかGPUかを特定することは、効果的な解決策を実装する上で非常に重要です。以下では、PCのCPUとGPUのボトルネックを診断するための包括的な方法をご紹介します。
CPUとGPUのボトルネックを理解する
CPUは、入力、スクリプト、物理演算、AIといったゲームのダイナミクスに不可欠なロジック演算や複雑な計算を管理する上で重要な役割を果たします。これらの計算が完了すると、CPUはGPUへのドローコールを生成し、モニターに表示されるビジュアルフレームを生成します。
この複雑なプロセスは1秒間に複数回実行されるため、GPUは命令を受信するとすぐにフレームをレンダリングできます。しかし、CPUのパワーがGPUに比べて不足している場合、CPUが情報処理を完了するまでGPUが待機せざるを得ない状況が発生し、フレーム出力速度が低下します。このような状況では、CPUがボトルネックとなり、GPUのパフォーマンスが制限されます。
GPUボトルネックの定義
GPUは、私たちが画面上で視覚的に認識するすべてのものをレンダリングする役割を担うコンポーネントです。GPUは幾何学的データを処理し、ピクセルにラスタライズし、フラグメントシェーダーを用いて最終画像を生成します。例えばゲームでは、CPUがプレイヤーがダメージを受けたことをGPUに伝えると、GPUは体力バーを調整し、対応する数値を表示することで、これを視覚的に表現します。
CPU から送信されるデータと比較して、フレームを十分な速さでレンダリングできない場合、GPU 側でボトルネックが発生します。
CPUとGPUのボトルネックの検出
CPUとGPUのボトルネックを特定する方法論はほぼ同じですが、データの解釈は異なります。ここでは体系的なアプローチをご紹介します。
診断の要件
リソースを大量に消費するアプリケーション：パフォーマンスに問題が発生している、負荷の高いゲームやプログラムを選択してください。ストレステストツールはコンポーネントを限界まで負荷をかけ、実際のシナリオを正確にシミュレートできないため、使用は避けてください。選択したソフトウェアが、必要なパフォーマンス設定になっていることを確認してください。
監視ツール： CPUとGPUの使用状況を追跡するソフトウェアを活用しましょう。Windowsに搭載されているタスクマネージャーでは、「パフォーマンス」タブにリアルタイムの使用統計が表示されます。より詳細な情報を得るには、長期間にわたる使用履歴を記録できるMSI Afterburnerなどのサードパーティ製ツールの使用を検討してください。
MSI Afterburnerを起動し、ハードウェアモニター機能にアクセスしてCPUとGPUのメトリックを確認します。フレームレートが理想的でなくても、リソースを大量に消費するアプリケーションを起動してパフォーマンスを監視します。しばらくしてから、ハードウェアモニターを確認してください。
GPU使用率（%）とCPU使用率（%）の両方に注意してください。GPU使用率が常に高く（90%以上）、CPU使用率が低い場合、GPUがボトルネックとなっており、GPUは最大限の性能を発揮しているものの、必要なパフォーマンスを提供できていないことを示しています。逆に、GPU使用率が常に80%を下回っている場合、CPUが十分なフレーム情報を提供できていないため、ボトルネックになっている可能性があります。
CPU使用率の確認も重要です。使用率が90%を超え、クロック速度が常に高い場合は、CPUボトルネックの可能性がさらに高まります。
購入前にボトルネックを評価する
上記の手順で、既存のセットアップにおけるボトルネックを確認できます。しかし、多くのユーザーは、新しいコンポーネントを購入する前に、CPUまたはGPUの潜在的な制限を評価したいと考えています。そのためには、PC-Builds Bottleneck Calculatorのようなオンラインツールが、選択したCPUとGPUのモデル間の互換性を評価するのに役立ちます。
リストからCPUとGPUを選択し、ご希望の解像度を選択するだけです。ツールが互換性とボトルネックの可能性を分析します。
物理的なテストに比べて絶対的な予測は得られないかもしれませんが、予想されるパフォーマンスのダイナミクスの概要を把握するのに役立ちます。
ボトルネックの原因となる二次的な要因
主な原因に加えて、CPUとGPUのボトルネックを引き起こす二次的な要因がいくつかあります。これらの要因がパフォーマンスを妨げていないことを確認することが重要です。
RAM容量と帯域幅の制限
CPUはデータ処理においてRAMの速度（MHz単位、例：3200MHz）に大きく依存します。RAMの速度または容量が不十分だとCPUのボトルネックとなり、GPUのパフォーマンスにも影響が出る可能性があります。この問題は特にRAMの容量が不足している場合に発生し、安定性を確保するために低速のページファイルに依存せざるを得なくなります。RAM帯域幅のボトルネックを特定し、改善する方法については、当社のガイドをご覧ください。
PCIeレーン構成の不一致
新しいGPUはPCIe 3.0などの古いPCIeスロットに装着できる場合もありますが、最適な速度で動作しない可能性があります。GPUが、効率的に動作するために必要な帯域幅を提供できるスロットに装着されていることを確認してください。そうでないと、PCIeレーンがボトルネックになる可能性があります。
GPU に必要なレーン生成と構成を調べ、マザーボードでサポートされている PCIe レーンと比較して、適切なインストールを確認します。
電力供給の複雑さ
電源ユニット（PSU）の性能が低かったり、故障していたりすると、CPUまたはGPUが最適に動作するために必要な電力を供給できない可能性があります。PSUの故障はシステムのクラッシュやフリーズにつながるだけでなく、最新のコンポーネントでは電力供給の不足に対応するためにパフォーマンスを低下させる可能性もあります。PSUがCPUとGPUの両方に十分な電力を供給できるよう、以下のガイドラインに従ってください。
熱管理の問題
冷却システムが熱を効果的に管理できない場合、CPUとGPUは過熱を防ぐためにパフォーマンスを抑制せざるを得なくなります。負荷がかかっている場合でも温度を監視し、許容範囲内に維持することが重要です。例えば、タスクマネージャーの「パフォーマンス」タブでGPUの温度を確認し、90℃（許容閾値は95℃）未満であることを確認してください。CPU温度を監視するための様々な方法については、当社のガイドをご覧ください。
温度が安全基準を超える場合、最高のパフォーマンスを発揮するには冷却ソリューションを強化する必要があります。CPUとGPUを効果的に冷却するためのガイドをご覧ください。
CPUとGPUのボトルネックを解決するための戦略
ハードウェアのアップグレードに頼る前に、ソフトウェアの最適化によってCPUまたはGPUのボトルネックを解消できる場合が多いことをご検討ください。多くの最適化のヒントは両方のコンポーネントを対象としていますが、具体的な戦略はCPUまたはGPUのどちらか一方に特化しています。
CPUボトルネックの緩和
CPUの負荷を軽減するには、CPUが処理しなければならない計算タスクを最小限に抑える必要があります。プロセスを終了させずにロジック処理を減らすのは困難ですが、CPUのボトルネックを防ぐには、以下の戦略を検討してください。
- 不要なアプリケーションとバックグラウンド プロセスを閉じます。
- ゲームシナリオでは、描画距離、AI の複雑さ、オブジェクト数などの CPU を集中的に使用する設定を無効にします。
- プログラム設定がマルチコア構成を利用していることを確認します。
- Windowsの設定で、「システム」 → 「ディスプレイ」 → 「グラフィックス」 → 「既定のグラフィックス」から「ハードウェアアクセラレーションによるGPUスケジューリング」を有効にします。これにより、CPUのさまざまなタスクをGPUにオフロードできます。
- CPUが最大クロック速度（広告表示）に到達できることを確認してください。高パフォーマンス電源プランを利用することで、この速度を実現できます。また、オーバークロックも有効な選択肢となる場合があります。AMD Ryzen CPUのオーバークロックに関するガイドをご覧ください。
- CPU リソースを解放するために、特定の CPU タスクを他のシステム コンポーネントにオフロードすることを検討してください。
GPUボトルネックの緩和
GPU の負荷を軽減するには、視覚的な出力に直接影響する調整を検討してください。多くの場合、視覚的な品質を大幅に犠牲にすることなく GPU の負荷を軽減することに成功します。
- ゲームでは、アンチエイリアシング、テクスチャ品質、シャドウ品質などのグラフィック設定を下げます。
- オペレーティング システムまたはゲームの解像度を下げると、生成されるピクセル数が少なくなり、GPU の負荷が大幅に軽減されます。
- サードパーティのオーバーレイは貴重な GPU リソースを消費する可能性があるため、使用しないでください。
- Windows 設定で視覚効果を無効にするには、「アクセシビリティ」 -> 「視覚効果」に移動し、 「透明効果」と「アニメーション効果」をオフにします。
- ハードウェアのアップグレードの代わりに、GPU のオーバークロックを検討してください。
これらの分析情報は、ボトルネックの問題を特定し、解決するのに役立ちます。ただし、コンポーネント間のパフォーマンスの差が依然として大きい場合は、ハードウェアのアップグレードが最も効果的な解決策となる可能性があります。詳細については、CPUとGPUの購入ガイドを参照し、情報に基づいたアップグレードの決定を下してください。
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