パイプライン並列（ぱいぷらいんへいれつ）
最終更新：2026/4/25
パイプライン並列は、複数の処理段階を設けて、複数のデータを同時に処理する並列処理方式である。
別名・同義語 命令パイプライン処理パイプライン
ポイント
CPUやGPUなどのプロセッサで広く用いられ、処理効率を向上させるために利用される。各段階は独立して動作するため、ボトルネックになりやすい。
パイプライン並列の概要
パイプライン並列は、一連の処理を複数の段階に分割し、各段階で異なるデータを同時に処理することで、全体の処理時間を短縮する並列処理の手法です。これは、工場の生産ラインのように、各段階が独立して作業を行うイメージで理解できます。
パイプライン並列の仕組み
パイプライン並列では、処理は以下の段階を経て実行されます。
- フェッチ (Fetch): 命令の取得
- デコード (Decode): 命令の解釈
- 実行 (Execute): 命令の実行
- メモリアクセス (Memory Access): メモリへのアクセス
- ライトバック (Write Back): 結果の書き込み
これらの段階をパイプライン化することで、例えば、1つの命令が実行段階にある間に、次の命令をデコードし、さらに次の命令をフェッチすることができます。これにより、各段階が常に何らかの処理を行っている状態を維持し、スループットを向上させます。
パイプライン並列の利点と欠点
利点:
- 処理効率の向上
- スループットの向上
欠点:
- 分岐予測の失敗による性能低下
- 各段階の処理時間の不均衡によるボトルネック
- 複雑な制御機構が必要
パイプライン並列の応用例
パイプライン並列は、CPU、GPU、DSPなどのプロセッサで広く利用されています。特に、GPUでは、大量のデータを並列処理するために、パイプライン並列が重要な役割を果たしています。また、画像処理、音声処理、科学技術計算など、様々な分野で応用されています。