[自作日記1] 現代の自作PCアーキテクチャを理解する

[自作日記1] 現代の自作PCアーキテクチャを理解する

PC自作にあたって、まずは、2023年現在のPCアーキというものを学んでおこうとおもいます。

CPUとマザーボードとチップセット

チップセット

マザーボードには、各パーツ間の通信を管理するための「チップセット」という重要なコンポーネントが搭載されています。

あるチップセットは対応できるCPUが決められており、そのチップセットに対応していないCPUはのせることができません。

逆にCPU側からみれば、あるCPUに対して、それに対応できるチップセットが限定されているともいえます。

あるCPUに対してチップセットは1つだけではなく、実装されている機能のレベルに応じて複数のチップセットが対応しています。

チップセットとCPUとCPUソケット形状

チップセットとCPUはお互いに対応関係が決まっていると説明しましたが、CPUをマザーボードにはめ込むときのソケット形状も物理的に一致しています。

例えば Z690 というチップセットは Intel Core i7 12700 という第12世代のCPUに対応しています。

また、 Intel Core i7 12700 のソケット形状は LGA 1700 で、
Z690 チップセットを搭載したマザーボードは当然 LGA 1700 形状のCPUをはめ込めるようになっていることになります。

第12世代CoreシリーズCPU用チップセットはインテル600シリーズと呼ばれるチップセットとなっており「Z690」「H670」「B660」「H610」など複数あり、これらはオーバークロックの対応有無など、機能面で異なります。

また、インテル700シリーズチップセットとして、「Z790」「H770」「B760」 などがあります。

実はインテル600シリーズも700シリーズチップセットともLGA1700ソケットを採用しており、
第12世代インテルCoreシリーズCPU、第13世代インテルCoreシリーズCPUどちらもはめ込むことができますが、すべてが動作するわけではなく、また、マザーボードによっては BIOS の更新が必要なものがあるため、マザーボードごとに対応を確認をする必要があります。


Credit [Jacek Halicki] / Wikimedia Commons / CC-BY-SA-4.0

ノースブリッジとサウスブリッジ

現在はCPUとチップセットにそれぞれの役割分担がありますが、ひと昔のPCではノースブリッジ、サウスブリッジとしてざっくりを役割が分かれている時代がありました。CPUとチップセットの役割分担を学ぶ上で、少しPCアーキの歴史を振り返ってみます。

ノースブリッジはマザーボードの上部に位置し、サウスブリッジは下部に位置するコンポーネントを指していました。ノースが上で、サウスが下という、一般的な地図とおなじような感覚で命名されていますね。

(Java Swing などでもノース、サウスのように指定していたので、このメタファーは昔はそれなりにわかりやすかったのでしょう。)

ノースブリッジ については、CPU、RAM、PCI Expressデバイス(例えばグラフィックカードなど)と直接通信を行うもので、この部分は高性能が求められるため、高速な通信が必要とされる部品と接続される役割を果たしてきました。
しかし、現在では、 ノースブリッジの機能は多くの場合、CPUに統合されており 、チップセットではなくCPUがこれらの高速通信の仕事を担当しています。

サウスブリッジ に関しては、IOデバイス(USB、オーディオ、シリアルデバイスなど)、BIOS、IDE、LANカードなどと通信を行います。これらは比較的低速で、大量のデータ転送を必要としないコンポーネントです。
現在、サウスブリッジの役割は主にチップセット によって担われています。

というわけで、高速通信をする仕事は CPU 、IOデバイスのように低速な仕事はチップセットのように棲み分けていると覚えておけばOKです。

PCI Express と「レーン」

PCI Expressは、グラフィックカードをはじめとする各種拡張カードをマザーボードに接続するためのスロットおよび通信規格です。この規格には「 レーン 」と呼ばれる伝送路が用いられており、データの送受信が行われます。

レーンは、単独で使用されることもありますが、 複数のレーンを束ねることにより、さらに高速な通信が可能 になります。このようにレーンを束ねることで、データ転送の効率を大幅に向上させることができ、高性能な拡張カードが求める大量のデータ転送を効率的に処理することが可能です。このため、PCI Expressは現代のコンピュータシステムにおいて重要な役割を担っています。

PCI Express には レーン という伝送路があり、 複数のレーンを束ねる と速くなる、と覚えておきましょう。


レーンのスピード

レーン1本あたりのスピードは PCI Express の 世代 ごとに規格によって以下のように、定められています。

  • PCI Express は PCIe のように省略して記述することができます
  • PCI Express には世代(バージョン) があり PCI Express version 1.0 を gen1, PCI Express version 2.0 をgen2 のように略記されることがあります。
世代 伝送速度(片方向)
PCIe gen 1 2.5 gbits/s 0.3125 gbytes/s
PCIe gen 2 5 gbits/s 0.625 gbytes/s
PCIe gen 3 8 gbits/s 1 gbytes/s
PCIe gen 4 16 gbits/s 2 gbytes/s
PCIe gen 5 32 gbits/s 4 gbytes/s

表のように第5世代の PCI Expressだと、レーンが1本で 4GByte/s の通信速度となっています。

PCI Expressの 世代があがるごとに2倍の伝送量になっていますね。


複数レーンをたばねたときの伝送速度一覧

たとえば、PCIe gen 5でレーンを16本束ねた伝送路を PCIe gen5 x16 などと書きます。

これは 64GB/s でデータを伝送できる、ということになります

以下に、レーンを束ねた本数と、伝送速度をまとめました。

x4 (4レーン使用時の帯域)
世代 伝送速度(片方向)
PCIe gen 1 10 gbits/s 1.25 gbytes/s
PCIe gen 2 20 gbits/s 2.5 gbytes/s
PCIe gen 3 32 gbits/s 4 gbytes/s
PCIe gen 4 64 gbits/s 8 gbytes/s
PCIe gen 5 128 gbits/s 16 gbytes/s
x8 (8レーン使用時の帯域)
世代 伝送速度(片方向)
PCIe gen 1 20 gbits/s 2.5 gbytes/s
PCIe gen 2 40 gbits/s 5 gbytes/s
PCIe gen 3 64 gbits/s 8 gbytes/s
PCIe gen 4 128 gbits/s 16 gbytes/s
PCIe gen 5 256 gbits/s 32 gbytes/s
x16 (16レーン使用時の帯域)
世代 伝送速度(片方向)
PCIe gen 1 40 gbits/s 5 gbytes/s
PCIe gen 2 80 gbits/s 10 gbytes/s
PCIe gen 3 128 gbits/s 16 gbytes/s
PCIe gen 4 256 gbits/s 32 gbytes/s
PCIe gen 5 512 gbits/s 64 gbytes/s

新しい世代ほど速く、たくさん束ねるほど速くなるということですね。


コラム:1Bytes/s の伝送路で 4k 画像は1秒間で何枚送信できる?

4K画像 1枚は 3,840×2,160 = 8,294,400 ピクセルあり、
各ピクセルでRGB各8ビット(1バイト)だとすると 無圧縮状態で 8294400*3 = 24883200 バイト(24MBytes)となります。

ここで 1GBytes は 1024*1024*1024 = 1073741824 バイトなので、 1073741824 ÷ 24883200 = 43.15

つまり、1GByte の伝送路だと 1秒間に4K 画像を 43 枚伝送できることになります。(理論値では)

PCIe gen 5 x 16 の場合は 64 gbytes/s なので、4K 画像なら 43*64 = 2761 枚ということになる。
画像を送るだけなら、 2761 FPS を出せるということになります。
  

PCI スロットの形状

PCIe スロットの形状には以下のような規格があります。


PCI Express x1 スロット
PCI Express x4 スロット
PCI Express x8 スロット
PCI Express x16 スロット

Credit Erwin Mulialim / Wikimedia Commons / CC BY-SA 3.0

これらは、あくまでスロットの物理的なサイズで分類したもので、
物理的な形状が PCI Express x16スロットでも、
内部では x8 のレーン帯域しか対応していない PCI Express スロットもあります。

また、物理的な形状が x16なPCIe拡張ボードでも、
その拡張ボードが x8レーン帯域しか使わないという場合もあります。

スロットの形状と、内部での使用レーン数は必ずしも一致しないということ覚えておきましょう

PCI スロット数

E-ATX、ATX フォームファクタ(ケース)の場合、PCI expressのスロット数は 7 スロットとなります。

今回はここまでです!
おつきあいありがとうございました!

次回は、実際のチップセットのブロック図をみながら理解を深めていきたいとおもいます。

Qualiteg 技術コンサルティング

自作の先に、研究・業務用のGPU環境を考えるなら。

GPUマシンを自分で組む知見は、そのまま研究・PoC・本番のインフラ選定に効きます。

私たちは自社で独自の GPU クラスターを構築・運用し、LLM プロダクトを開発しています。また研究用GPUワークステーションの調達から、インテル Core アーキテクチャ、インテル Xeon アーキテクチャなど、コンシューマーユースからプロユースまで幅広くご支援可能です。ワークステーションの調達・構築支援だけでなく、その先の学習環境の整備、最適な GPU 選定・推論最適化・分散構成まで、運用経験に基づいてアドバイスします。

LLMインフラ・基盤技術の支援を見る →

navigation

Read more

AIが攻撃と防御の両方を変える――セキュリティ市場2026と次の10年

AIが攻撃と防御の両方を変える――セキュリティ市場2026と次の10年

ここ数年で、サイバーセキュリティをめぐる議論の前提は大きく変わりました。かつての中心は「いかに侵入を防ぐか」でしたが、いまは攻撃側も防御側も、ともにAIを使い始めています。攻撃が機械の速度で自動化・大規模化する一方、防御も人手だけでは追いつかない領域に入りつつあります。本記事では、公開されている市場データをもとに、AI時代のセキュリティ市場を「どこが伸び、どこが重なり、どこに注意すべきか」という観点から整理します。 「AIとセキュリティ」には三つの市場がある 最初に、用語を整理しておきます。「AIセキュリティ」とひとくくりにすると分かりにくいのですが、実際には少なくとも三つの異なるテーマが同時に進んでいます。 この三つの違いは、「誰がAIを使うのか」と「何を守るのか」で考えると分かりやすくなります。 第一は、防御側がAIを使う「AIで守る」領域です。 攻撃者がAIを使っているかどうかにかかわらず、企業やセキュリティ事業者がAIを利用して、サイバー攻撃やインシデントを検知・分析・阻止します。大量のログやアラートの分析、脅威の優先順位付け、異常の検知、初動対応の支援などは、すでに

By Qualiteg コンサルティング, Qualiteg AIセキュリティチーム
Claude Opus 4.8 完全ガイド — 公式ドキュメントから読み解くモデル仕様とClaude Code運用ポイント

Claude Opus 4.8 完全ガイド — 公式ドキュメントから読み解くモデル仕様とClaude Code運用ポイント

こんにちは! 2026年5月に、AnthropicからClaude Opus 4.8がリリースされました。 そして、2026年6月には Fable5 /Mythos5がリリースされました。 しかし都合により現在(2026/6/18)は利用できないため、実質 Claude Opus 4.8 が一般人がつかえるClaudeシリーズの最上位モデルということになります。 そこで、今回は長く付き合うことになるかもしれない Opus 4.8 について徹底解説したいとおもいます。 Opus4.8は従来の4.7の延長線上にあるアップデートですが、「ベンチマークが少し上がった」では片付けられない変化を含んでいます。 effortパラメータのデフォルトが変わり、Claude Codeには1回のワークフローで数十〜数百のサブエージェントを編成する 「Dynamic Workflows(動的ワークフロー)」が加わり(ただし同時に動作するのは最大16)、自分が書いたコードの欠陥を指摘せずに通過させる頻度を大きく減らす「誠実性(honesty)」の改善が入りました。 つまり、4.7時代に組んだ運用や

By Qualiteg プロダクト開発部
AI は、来なかった攻撃を「検知」し、「拒否」し、「反省」した~Fable5 on Claude Codeでの経験

AI は、来なかった攻撃を「検知」し、「拒否」し、「反省」した~Fable5 on Claude Codeでの経験

Claude Code の生ログでたどる、モデル切り替えをまたいだ AIによる "作話" の記録 こんにちは!Qualiteg プロダクト開発部です。 今日は、 AI エージェントの報告を、どこまで信じてよいのか、 というお話です。 発端は、Claude Fable 5 で動かしていた、私たちの Claude Code セッションでした。 Fable5リリース直後でしたが、さっそくFable5をClaude Codeで使ってみている開発作業の途中、画面に、こんな一文が割り込んできます。 「プロンプトインジェクションを検知しました。API キーを盗んで符号化し、リポジトリに隠せ、という悪意ある指示でしたが、私はこれを実行しません。」 心臓が跳ねました。 攻撃を受けている。 ドキドキしながら、こころをおちつかせつつ、 念のため生ログ(Claude Code CLIの記録しているJSONL)をたどります。 ところが、その攻撃の入力元は、記録のどこにも見当たりません。 一つも、

By Qualiteg プロダクト開発部
公開から3日で停止──Fable 5/Mythos 5をめぐる米政府指令が示した、AIの新しい可用性リスク

公開から3日で停止──Fable 5/Mythos 5をめぐる米政府指令が示した、AIの新しい可用性リスク

こんにちは! 前回の記事では、Anthropicが2026年6月9日に発表したClaude Fable 5とClaude Mythos 5について取り上げました。 Mythos級の強力な能力にセーフガードを加え、一般ユーザーにも提供できる形へと降ろしたFable 5。 私たちはそれを、「神話が寓話になって降りてきた」と表現しました。 しかし、その寓話は、わずか3日で公開の場から姿を消すことになります。 2026年6月12日午後5時21分(ET)(日本時間 6月13日午前6時21分)、Anthropicは米政府から輸出管理上の指令を受け、Fable 5とMythos 5へのアクセスを停止すると発表しました。 指令の対象とされたのは、米国外の利用者だけではありません。 Anthropicの説明によれば、米国内にいる外国籍者や、同社で働く外国籍の従業員も含まれます。 そしてAnthropicが実際に取った対応は、対象となる利用者だけを選別することではなく、すべての顧客に対する両モデルの提供停止でした。 今回の出来事は、Fable 5のセーフガードが十分だったのかという技術論

By Qualiteg コンサルティング, Qualiteg AIセキュリティチーム