アムダールの法則
ストーリー性を取り入れた説明
ある日、高校生のサトシは数学の授業で「アムダールの法則」という言葉を初めて聞きました。先生が黒板に数式を書きながら、説明を始めました。
「みんな、今日はアムダールの法則について話すよ」と先生が言いました。「この法則は、プログラムの処理を高速化するための基本的な考え方なんだ。例えば、コンピュータのプロセッサが4倍になったからといって、必ずしも処理速度が4倍になるわけではないんだよ。」
サトシは手を挙げました。「え？なんで4倍にならないんですか？具体的にはどういうことなんですか？」
「アムダールの法則は、プログラムの一部を高速化したとき、全体の処理時間がどれだけ短縮されるかを計算するための法則なんだ。例えば、宿題をみんなで分担してやるとき、一人だけが早く作業しても、全体の宿題がどれくらい早く終わるかには限界があるということなんだ」と先生は説明しました。
アムダールの法則の使い方と計算式
「じゃあ、具体的にどうやってこの法則を使うんですか？」とサトシは尋ねました。
「アムダールの法則には、こんな計算式があるんだよ」と先生は黒板に書きました。
「例えば、全体のプログラムのうち80%が並列処理できて、残りの20%は並列処理できない部分だとしよう。このとき、プロセッサの数を1つから4つに増やした場合の全体の速度向上はどうなるかを計算してみよう」と先生は説明を続けました。
「つまり、プロセッサが4倍になっても、全体の処理速度は2.5倍にしかならないということだね。だから、プロセッサの数を増やすだけでは全体の速度が大幅に上がるとは限らないんだよ」と先生は説明しました。
アムダールの法則の使い方
「なるほど、それでプログラムを効率的に処理するために使うんですね。でも、どうやって実際にこの法則を活用するんですか？」とサトシは興味津々で聞きました。
「この法則を使うためには、まずプログラムを分割して、どの部分が並列に処理できるか、そしてどの部分が並列処理できないかを考えるんだ。その後、並列処理できる部分をどれだけ高速化できるかを計算し、全体の処理時間がどれだけ短縮されるかを予測するんだよ」と先生は説明を続けました。
「たとえば、あるプログラムの90%が並列処理できて、10%が並列処理できないとする。この場合、たとえ並列処理部分を無限に高速化しても、全体の処理時間は10%の部分がボトルネックになるため、全体を10倍以上に高速化することはできないんだ。」
実際の事例
企業でのアムダールの法則の使用例
「じゃあ、具体的にはどんなところでこの法則が使われているんですか？」とサトシはさらに興味を持ちました。
「たとえば、IT企業が大量のデータを処理するシステムを設計するときにアムダールの法則が使われることがあるよ。データの処理を並列に行うことで速度を上げることができるけど、処理の一部が並列化できない場合、その部分が全体の速度を制限してしまうんだ」と先生は答えました。
「また、スーパコンピュータでも同じような考え方が使われているよ。大量の計算を高速に行うために、並列処理ができる部分を最大限に活用するんだけど、並列処理できない部分があると、その部分が全体の性能に影響を与えるんだ。」
クイズや小テスト
クイズ1 アムダールの法則は何のために使われる技術ですか？
A. データの圧縮
B. プログラムの処理時間の短縮
C. ネットワークの高速化
クイズ2 アムダールの法則におけるボトルネックとは何ですか？
A. プログラムの並列処理できない部分
B. データの暗号化
C. グラフィックスの向上
クイズ3 アムダールの法則がよく使われる分野はどれですか？
A. ゲーム開発
B. データ処理やスーパコンピュータの設計
C. 音楽配信
回答
B. プログラムの処理時間の短縮
A. プログラムの並列処理できない部分
B. データ処理やスーパコンピュータの設計
応用情報技術者試験令和4年春 問12
