「CPU 周波数スケーリング」の版間の差分

2023年10月1日 (日) 23:28時点における最新版

CPU パフォーマンススケーリングにより、オペレーティングシステムは消費電力の削減やパフォーマンスの向上のために CPU の周波数を上げ下げすることができるようになります。スケーリングは、システムの負荷に応じて自動的に行ったり、ACPI イベントに応じて調整したり、ユーザスペースのプログラムで手動で変更したりできます。

Linux カーネルは CPUFreq サブシステムを通して CPU パフォーマンススケーリングを提供します。このサブシステムには2つの抽象化レイヤが定義されています:

スケーリングガバナーは、望ましい CPU 周波数を計算するアルゴリズムを実装します。システムのニーズに基づいている可能性があります。
スケーリングドライバは、直接 CPU と対話し、現在のガバナーの要求する望ましい周波数に変更します。

デフォルトのスケーリングドライバとスケーリングガバナーは自動的に選択されますが、cpupower や acpid、Laptop Mode Tools、デスクトップ環境によって提供されている GUI ツールなどのユーザスペースのツールでも高度な設定をすることができます。

1 ユーザースペースツール
2 スケーリングドライバ
3 スケーリングガバナー
- 3.1 ondemand ガバナーを調整する
4 自律的な周波数スケーリング
- 4.1 Intel active、非 HWP
- 4.2 EPP を設定する
5 Collaborative processor performance control
6 Intel performance and energy bias hint
7 他の x86 エネルギーフラグ
8 CPU idle ドライバ
9 ACPI イベントとの対話
10 トラブルシューティング
- 10.1 BIOS の周波数制限
11 参照

ユーザースペースツール

thermald

thermald は、Intel CPU のオーバーヒートを防止するために使用される Linux デーモンです。このデーモンは P-state、T-state、および Intel power clamp ドライバを使用してサーマルパラメータを積極的に制御します。最新のドライバが利用できない場合、デーモンはシステムの冷却を制御するために x86 モデル固有のレジスタと Linux の "cpufreq サブシステム" に戻り、システムの冷却を制御します。

デフォルトでは、このデーモンは利用可能な CPU デジタル温度センサーを使って CPU 温度を監視し、ハードウェアが積極的な補正動作を行う前に CPU 温度を制御下に維持します。thermal sysfs に皮膚温度センサーがある場合、皮膚温度を 45C 以下に保とうと試みます (訳注: ここでの皮膚温度 (skin temperature) とは、ユーザがデバイスを持ったときに感じる温度のことです)。

Tiger Lake ラップトップ (例: Dell Latitude 3420) では、このデーモンは、他の方法で利用できるものよりも多くのパフォーマンスを解放すると報告されています。

関連する systemd ユニットは thermald.service です。このサービスは起動され、かつ有効化されている必要があります。

i7z

i7z は Linux 向けの i7 (現在は、i3、i5、i7、i9) CPU レポートツールです。i7z コマンドでターミナルから実行することができ、GUI は i7z-gui で起動できます。

turbostat

turbostat は最近の Intel と AMD の CPU の周波数、消費電力、アイドル状態、その他の統計情報を表示することができます。

cpupower

cpupower は CPU 周波数スケーリングを補助するように作られたユーザースペースのユーティリティの集まりです。このパッケージがなくてもスケーリングを使うことはできますが、便利なコマンドラインユーティリティや起動時にガバナーを変えるための systemd のサービスが入っているためインストールすることが推奨されています。

cpupower の設定ファイルは /etc/default/cpupower です。この設定ファイルは /usr/lib/systemd/scripts/cpupower 内の bash スクリプトによって読み込まれます。bash スクリプトは cpupower.service と systemd によって有効にされます。ブート時に起動するには cpupower.service を有効化してください。

cpupower-gui

cpupower-gui^AUR は CPU 周波数のスケーリングを支援するために設計されたグラフィカルなユーティリティです。GUI は GTK をベースにしており、cpupower と同じオプションを提供することを意図しています。 cpupower-gui は各コアの最大/最小の CPU 周波数とガバナーを変更することができます。このアプリケーションは polkit を通して特権付与を行い、wheel ユーザグループのログイン済みユーザであれば誰でも周波数とガバナーを変更することができます。

gnome-shell-extension-cpupower

gnome-shell-extension-cpupower-git^AUR は、CPU 周波数の最大値と最小値を変更し、周波数ブーストを有効化/無効化することのできる GNOME シェル拡張です。

auto-cpufreq

auto-cpufreq^AUR は、Linux 用の CPU 速度と電源の自動オプティマイザです。ノート PC のバッテリー状態、CPU 使用率、CPU 温度、そしてシステムの負荷をアクティブに監視します。

power-profiles-daemon

power-profiles-daemon の powerprofilesctl コマンドラインツールは power-profiles-daemon サービスを通して電源プロファイル (省電力、バランス、パフォーマンスなど) を扱います。GNOME と KDE もプロファイル切り替えのためのグラフィカルインターフェイスを提供しています。以下を参照してください:

使い方や使用例、類似プロジェクトとの比較などについては、プロジェクトの README を参照してください。

power-profiles-daemon サービスを起動/有効化してください。powerprofilesctl が起動されると、サービスも起動しようとすることに注意してください (dbus.service のユニットステータスを見てください。)

ノート: power-profiles-daemon は、TLP や tuned^AUR、system76-power^AUR といった他の電源管理サービスと衝突します。(潜在的に依存関係にあるため) power-profiles-daemon をアンインストールせずに前述のサービスのどれかを代わりに使用するには、power-profiles-daemon サービスをマスクして無効化してください ([1]、[2] も参照。)

スケーリングドライバ

スケーリングドライバは、ガバナーによって指定された周波数を設定する CPU 固有の詳細を実装します。厳密に言えば、ACPI 標準は、P0 で始まって徐々に低パフォーマンスになる power-performance states (P-states) を要求しています。この機能は、Intel では SpeedStep と、AMD では PowerNow! と呼ばれています。

とはいえ実際には、プロセッサは固定の P-state に制限するどころか、特定の周波数を指定する方法を提供しています。スケーリングドライバは周波数の指定を処理します。

ノート:

ネイティブな CPU モジュールは自動的にロードされます。
最近の Intel CPU においては、下記の他のドライバの代わりに intel_pstate CPU パワースケーリングドライバが自動的に使用されます。このドライバは他のドライバよりも優先され、モジュールではなく、組み込まれています。現在、このドライバは Sandy Bridge 及びそれ以降の CPU において自動的に使用されます。intel_pstate は BIOS の P-State 設定を無視する場合があります。古い CPU においては intel_pstate は intel_cpufreq ドライバによって "passive mode" で動作する場合があります。このドライバを使用していて問題が発生する場合は、acpi_cpufreq ドライバを使用するようにするために intel_pstate=disable をカーネルラインに追加してください。
amd_pstate CPU パワースケーリングドライバはデフォルトで非アクティブです。しかし、サポートされている CPU (Zen 2 及びそれ以降) を使用している場合は、amd_pstate=passive、amd_pstate=active、そして amd_pstate=guided のうちどれかをカーネルパラメータに追加することでこのドライバを手動で有効化することができます。一部のマザーボードは、必要な設定をファームウェア内で有効化しない場合があり、その結果 the _CPC object is not present in SBIOS or ACPI disabled エラーが発生します。UEFI で Enable CPPC やこれと似たような設定を Auto から Enabled に変更してください。この設定が UEFI に存在しない場合は、ベンダーのウェブサイトでアップデートがないか調べてください。

cpupower は、ネイティブな CPU の制限を調べるためにドライバを必要とします:

ドライバ	説明
intel_pstate	このドライバは、Intel Core (Sandy Bridge 及びそれ以降) プロセッサの内部ガバナーでスケーリングドライバを実装しています。
amd_pstate_epp	この "active" ドライバは、AMD Ryzen (一部の Zen 2 及びそれ以降) プロセッサの内部ガバナーでスケーリングドライバを実装しています。
acpi_cpufreq	ACPI Processor Performance States を使用する CPUFreq ドライバ。このドライバは Intel Enhanced SpeedStep もサポートします (以前は、非推奨の speedstep-centrino モジュールによってサポートされていました)。AMD Ryzen においては、このドライバは 3 つの周波数状態のみを提供します。
intel_cpufreq	カーネル 5.7 から、intel_pstate スケーリングドライバは、hardware-managed P-states (HWP) をサポートしない CPU (つまり、Intel Core i の第5世代及びそれ以前) においては "passive mode" (別名 intel_cpufreq) を選択します。このドライバは、Intel CPU で ACPI ドライバと似たように動作します。ただし、ACPI の 16-pstate の制限は存在しません。
amd_pstate	このドライバは AMD Ryzen において acpi_cpufreq よりも遥かに多くの P-state を公開します。ただし、governing は引き継ぎません。
cppc_cpufreq	ACPI CPPC システム (以下を参照) をベースとした CPUFreq ドライバ。AArch64 システムにおいては共通のデフォルトです。最近の x86 においても動作しますが、上記 2 つのベンダー固有の選択肢の方が優れています。
speedstep_lib	Intel SpeedStep 対応プロセッサ (主に Atom と古い Pentium) 用の CPUFreq ドライバ。
powernow_k8	K8/K10 Athlon 64/Opteron/Phenom プロセッサ用の CPUFreq ドライバ。Linux 3.7 から、より最近の AMD CPU においては 'acpi_cpufreq' が自動的に使用されます。
pcc_cpufreq	このドライバは、Hewlett-Packard と Microsoft Corporation による Processor Clocking Control インターフェイスをサポートします。一部の ProLiant サーバにおいて便利です。
p4_clockmod	Intel Pentium 4/Xeon/Celeron プロセッサ用の CPUFreq ドライバ。クロックをスキップすることで CPU 温度を下げます。(代わりに `speedstep_lib` を使用したほうが良いかもしれません。)

利用可能なモジュールの完全なリストを表示するには、次を実行してください:

$ ls /usr/lib/modules/$(uname -r)/kernel/drivers/cpufreq/

適切なモジュールをロードしてください (詳しくはカーネルモジュールを見て下さい)。適切な cpufreq ドライバーがロードされていれば、次のコマンドで CPU の詳細が表示されます:

$ cpupower frequency-info

最大・最小周波数を設定する

一部のケースで、最大・最小周波数を手動で設定する必要があることがあります。

最大クロック周波数を設定するには (clock_freq は単位付きのクロック周波数です: GHz、MHz):

# cpupower frequency-set -u clock_freq

最小クロック周波数を設定するには:

# cpupower frequency-set -d clock_freq

特定の周波数で動作するように CPU を設定するには:

# cpupower frequency-set -f clock_freq

ノート:

単一の CPU コアだけを調整するには、-c core_number をコマンドに加えてください。
ガバナーの最大周波数と最小周波数は /etc/default/cpupower で設定できます。

あるいは、手動で周波数を設定することもできます:

# echo value | tee /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_max_freq

利用可能な値は /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_available_frequencies などで調べられます。[3]

周波数ブーストを設定する

一部のプロセッサでは、適切な温度条件下で短時間、周波数を通常の最大値以上に上げることができます。これは、Intel プロセッサでは Turbo Boost と、AMD プロセッサでは Turbo-Core と呼ばれています。

sysfs から設定する (intel_pstate)

intel_pstate には、プロセッサがターボ P-State に入ることを禁止するための、ドライバ固有のインターフェイスが存在します:

# echo 1 > /sys/devices/system/cpu/intel_pstate/no_turbo

sysfs から設定する (古いスケーリングドライバ)

intel_pstate より古いスケーリングドライバにおいては、ドライバがブーストをサポートしている場合、/sys/devices/system/cpu/cpufreq/boost 属性が存在し、これを使ってブーストを無効化/有効化することができます:

# echo 0 > /sys/devices/system/cpu/cpufreq/boost

x86_energy_perf_policy から設定する

Intel プロセッサにおいては、x86_energy_perf_policy を使ってターボブーストを設定することもできます:

# x86_energy_perf_policy --turbo-enable 0

amd_pstate

amd_pstate には 3 つのオペレーションモードが存在します: CPPC autonomous (active) モード、CPPC non-autonomous (passive) モード、CPPC guided autonomous (guided) モード。active/passive/guided モードは、それぞれカーネルパラメータ amd_pstate=active、amd_pstate=passive、amd_pstate=guided で選択できます。

Active モード: active モードは amd_pstate_epp (Energy Performance Preference) ドライバによって実装されており、カーネル 6.3 及びそれ以降で利用可能です。このモードでは、ソフトウェアが CPPC ファームウェアにパフォーマンス (0x0) または電力効率 (0xff) にバイアスをかけることを要求した場合、amd_pstate_epp ドライバはハードウェアにヒントを提供します。
Passive モード: passive モードは amd_pstate ドライバによって実装されています。このモードでは、ドライバは現在の負荷に基づいて望ましいパフォーマンス (特に、ユーザエクスペリエンスに影響を与えずにどれだけパフォーマンスの低下を許容できるか) を定義します。
Guided モード: guided モードは amd_pstate ドライバによって実装されており、カーネル 6.4 及びそれ以降で利用可能です。このモードでは、amd_pstate ドライバはパフォーマンスレベルの最大と最小をリクエストし、プラットフォームは、現在の負荷において適切なパフォーマンスレベルをその範囲内で自動的に選択します。

スケーリングガバナー

スケーリングガバナーとは、望ましい CPU 周波数を決定するパワースキームです。固定の周波数をリクエストするガバナーもありますし、システムの負荷に応じて動的に調節するアルゴリズムを実装しているものもあります。カーネルに含まれているガバナーは以下のとおりです:

ノート: 各ガバナーは任意のスケーリングドライバと互換性があります。ただし、active モードでの intel_pstate と amd_pstate は例外です。これらは、powersave と performance という形で疑似ガバナーを提供します。下の #自律的な周波数スケーリングを参照してください。

ガバナー	説明
performance	最大周波数で CPU を動作させます。最大周波数は `/sys/devices/system/cpu/cpuX/cpufreq/scaling_max_freq` で得ることができます。
powersave	最小周波数で CPU を動作させます。最小周波数は `/sys/devices/system/cpu/cpuX/cpufreq/scaling_min_freq` で得ることができます。
userspace	ユーザーが指定した周波数で CPU を動作させます。`/sys/devices/system/cpu/cpuX/cpufreq/scaling_setspeed` で設定可能です。
ondemand	現在の負荷にあわせて周波数を動的に切り替えます。最大周波数に一気に切り替えたあと、アイドル時間が増えるにつれて周波数がもとに戻る可能性があります。
conservative	現在の負荷にあわせて周波数を動的に切り替えます。ondemand よりも段階的に周波数を切り替えます。
schedutil	スケジューラによって CPU の周波数が選択されます [4]、[5]。

スケーリングドライバによっては、以下のガバナーのうちどれかがデフォルトでロードされます:

Linux 4.9.5 以降では schedutil
Intel CPU で intel_pstate ドライバを使用する場合、内部の powersave ガバナー (上記のノートを参照、schedutil と等価です)。

警告: デフォルトのガバナーを変更する場合は、CPU 監視ツールを使用してください (温度や電圧など)。

特定のガバナーをアクティブ化するには、以下のコマンドを実行してください:

# cpupower frequency-set -g governor

ノート:

単一の CPU コアだけを調整するには、上のコマンドに -c core_number を加えて下さい。
ガバナーを有効にするには、特定のカーネルモジュール (cpufreq_governor) がロードされている必要があります。カーネル 3.4 現在、これらのモジュールは自動的にロードされます。

もしくは、CPU ごとにガバナーを手動で有効にすることもできます:

# echo governor | tee /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_governor

ヒント: CPU の速度をリアルタイムで表示するには、次を実行してください:

$ watch cat /sys/devices/system/cpu/cpu[0-9]*/cpufreq/scaling_cur_freq

ondemand ガバナーを調整する

詳細はカーネルドキュメントを見てください。

閾値を切り替える

周波数を上げるときの閾値を設定するには:

# echo -n percent > /sys/devices/system/cpu/cpufreq/governor/up_threshold

周波数を下げるときの閾値を設定するには:

# echo -n percent > /sys/devices/system/cpu/cpufreq/governor/down_threshold

サンプリングレート

サンプリングレートは、CPU の周波数を変化させるのにガバナーが確認する頻度を決めます。1 より大きく sampling_down_factor を設定すると負担評価のオーバーヘッドが減って、負担が高い時に CPU がずっと最高周波数で動作しパフォーマンスが向上します。sampling_down_factor に設定できる値は 1 から 100000 です。CPU 周波数や負担が低いときの挙動には影響がありません。

値を読み取るには (デフォルト = 1)、次を実行:

$ cat /sys/devices/system/cpu/cpufreq/ondemand/sampling_down_factor

値を設定するには、次を実行:

# echo -n value > /sys/devices/system/cpu/cpufreq/ondemand/sampling_down_factor

変更を永続化させる

Linux 5.9 から、cpufreq.default_governor カーネルオプションを設定することが可能になりました。[6] スケーリングパラメータをブート時に設定するには、cpupower ユーティリティを設定して、cpupower の systemd サービスを有効化してください。あるいは、systemd-tmpfiles や udev ルールを使用することもできます。

自律的な周波数スケーリング

Intel と AMD は両方とも、(1) システムのパフォーマンスの範囲と、(2) プリファレンスを指定するパフォーマンス/電力のヒントに基づいて CPU に自身の速度を決定させる方法を定義しています。以下の場合に完全自律モードがアクティブ化されます:

amd-pstate が "active" に設定された場合。手動による設定と、CPU と BIOS の両方に CPPC サポートが必要です。
intel-pstate が "active" に設定され、かつ、ハードウェア P-state (HWP) が利用可能である (つまり、Sandy Bridge 以降) 場合。設定無しで動作します。

能動的な governing の最も重要な特徴は、2つのガバナー (powersave と performance) のみが利用可能であるように見えることです。これらは通常のガバナーのようには動作しません。これらのレベルは、CPU の内部ガバナーの Energy Performance Preference ヒントに変換されます。結果として、これらは両方、動的スケーリングを提供します。schedutil や ondemand に似ていますが、主にレイテンシが異なります。performance アルゴリズムは、Intel HWP に古い ondemand ガバナーよりも優れた省電力機能を提供するはずです。

Intel active、非 HWP

紛らわしいことに、intel-pstate ドライバには、CPU の能動的な決定を必要としない "active" モードがあります。カーネルコマンドラインによって "active" モードが強制されたが、HWP が利用できないか無効化されている場合に、このモードはオンになります。powersave と performance しか提供しませんが、ドライバ自体は schedutil や performance に似た方法で governing を行います (つまり、最大の P-state のままになります)。能動的な intel-pstate に比べて、このモードに実際の利点はありません。

EPP を設定する

sysfs インターフェイスが利用可能である場合、中間的なヒントを選択することができます。インターフェイスは AMD と Intel で同じです。/sys/devices/system/cpu/cpu*/power/energy_performance_preference ファイルは現在のプリファレンスを記述し、/sys/devices/system/cpu/cpu*/power/energy_performance_available_preferences は利用可能なプリファレンスのリストを提供します。また、0 (パフォーマンス優先) から 255 (省電力優先) までの間の数値を渡すことができます。EPP がない Intel CPU にはフォールバック実装が提供されています。文字列を EPB レベル (次のセクションで説明) に変換しますが、数値では失敗します。

x86_energy_perf_policy は、Intel CPU に対してのみ、--hwp-epp スイッチによる EPP ヒントの設定をサポートしています。これは、Intel と AMD で異なるマシン固有のレジスタ (MSR) への直接アクセスにより機能します。このプログラムは、周波数乗数の範囲を使って HWP 周波数の範囲を制限することもできます。

Collaborative processor performance control

最近の CPU の電力消費量は、もはや単純に周波数や電圧設定に依存していません。必要に応じて切り替え可能なモジュールが存在しているからです。Collaborative Processor Performance Control (CPPC) は、ACPI 5.0 で提供されている P-state の置き換えです。静的な周波数レベルのテーブルを定義する代わりに、プロセッサは多くの抽象的なパフォーマンスレベルを提供し、オペレーティングシステムはこれらのレベルの中から選択します。これには2つの長所があります:

16個の P-state エントリという制限がない。典型的な CPU では数百ものレベルの中から選ぶことができます。
CPU は、特定の部品 (例えば、ベクトル FPU) が使用されていない時に、より高い周波数を提供できます。

一方、柔軟な周波数は、schedutil による高速な周波数変更において重要な周波数不変の使用率追跡を破壊します。CPPC において周波数を静的にするために多くのベンダ固有の方法が取られてきましたが、ほとんどの成功例は arm64 におけるものです。

cppc_cpufreq は汎用の CPPC スケーリングドライバです。amd_pstate も、Zen 3 MSR が利用できない場合に、ACPI CPPC を使用して CPU の周波数を管理します。この方法 ("共有メモリ" とも呼ばれる) は、MSR よりも高レイテンシです。

Intel performance and energy bias hint

Intel performance and energy bias hint (EPB) は、ユーザスペースが電力とパフォーマンスのトレードオフを自由に指定できるようにするための Intel CPU によって提供されているインターフェイスです。0 (最高のパフォーマンス) から 15 (最高の省電力) のスケールで指定できます。FPB レジスタは、周波数スケーリングとは独立して機能する、パフォーマンス管理のもう一つのレイヤーです。P-state と C-state の選択がどの程度積極的に行われるかに関与し、エネルギー消費量に影響を与える内部のモデル固有の決定に影響を与えます。

以下は一般的な値とそれぞれのエイリアスです (sysfs と x86_energy_perf_policy によって認識されます):

EPB 値	文字列
0	performance
4	balance-performance
6	normal, default
8	balance-power
15	power

sysfs から設定する

EPB は sysfs 属性を用いて設定できます:

# echo epb | tee /sys/devices/system/cpu/cpu*/power/energy_perf_bias

x86_energy_perf_policy から設定する

x86_energy_perf_policy を使って:

# x86_energy_perf_policy --epb epb

cpupower から設定する

cpupower を使って:

# cpupower set -b epb_value

警告: cpupower は文字列エイリアスをサポートしていません。文字列が与えられた場合、何も言わずに EPB を 0 (最高パフォーマンス) に設定してしまいます。

他の x86 エネルギーフラグ

x86_energy_perf_policy でハードウェア P-State を有効化する:

# x86_energy_perf_policy -H 1
# x86_energy_perf_policy -U 1

"default" ポリシーを設定する:

変更は一時的です。詳細は x86_energy_perf_policy(8) を参照してください。

CPU idle ドライバ

intel_idle CPU idle ドライバは、最近の Intel CPU では acpi_idle ドライバの代わりに自動的に使用されます。このドライバは現在 Sandy Bridge およびそれ以降の CPU で自動的に使用されます。intel_idle は BIOS の C-State 設定を無視する場合があります。このドライバを使用中に問題が発生した場合、カーネルラインに intel_idle.max_cstate=0 を追加してください。

ACPI イベントとの対話

AC アダプタを接続したときやノートパソコンのフタを閉じたときなど様々な ACPI イベントによってガバナーを自動的に切り替えるように設定することができます。簡単なサンプルは下にありますが、acpid の記事は全部読む価値があります。

イベントは /etc/acpi/handler.sh で定義します。acpid パッケージがインストールされていれば、ファイルは既に存在し実行可能になっているはずです。例えば、AC アダプタが切断されたときにスケーリング governor を performance から conservative に変更して、またアダプタが接続されたときは戻したい場合:

/etc/acpi/handler.sh

[...]

ac_adapter)
    case "$2" in
        AC*)
            case "$4" in
                00000000)
                    echo "conservative" >/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor    
                    echo -n $minspeed >$setspeed
                    #/etc/laptop-mode/laptop-mode start
                ;;
                00000001)
                    echo "performance" >/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor
                    echo -n $maxspeed >$setspeed
                    #/etc/laptop-mode/laptop-mode stop
                ;;
            esac
        ;;
        *) logger "ACPI action undefined: $2" ;;
    esac
;;

[...]

トラブルシューティング

BIOS の周波数制限

CPU/BIOS 設定によっては最大周波数までスケールすることができなかったり周波数を上げることが全くできなかったりすることがあります。これは大抵 BIOS イベントが OS に周波数を制限するよう通知しているのが原因であり、結果的に /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/bios_limit が低い値に設定されます。

BIOS のセットアップユーティリティで特定の設定 (Frequency、Thermal Management など) をしたのに変更できない場合、BIOS にバグが存在したり、BIOS 自体のバージョンが古いのかもしれません。または BIOS に何か理由があって CPU の周波数を制限しているということもあります。

そのような理由として、バッテリーが取り除かれた (またはほとんど死んでいる) ことで AC 電源しか使えないようになっているのが原因だということがあります (使用しているマシンがノートパソコンの場合)。この場合、電力が弱い AC 電源だけではピーク性能を発揮するのに十分な電力が供給されておらず、バッテリーの補助がないとデータを喪失したり、破損したり、または最悪の場合ハードウェアに深刻なダメージを与える可能性があります。

全ての BIOS が CPU 周波数を制限するわけではありませんが、例えば IBM/Lenovo のほとんどの Thinkpad は制限を加えます。詳しくは thinkwiki のトピックを参照して下さい。

変な BIOS の設定がないことを確認して、何をするのかちゃんと理解できているのなら、BIOS の制限を無視するようにカーネルを設定することができます。

警告: このセクションをよく読んで理解してください。CPU 周波数の制限は BIOS のセーフティ機能であり、それを回避する必要は絶対ではありません。

特殊なパラメータをプロセッサのモジュールに渡す必要があります。

一時的に変更してみたいときは /sys/module/processor/parameters/ignore_ppc の値を 0 から 1 に変更してください。

設定を永続化する方法については、カーネルモジュール#モジュールオプションを設定するでいくつか方法が説明されています。例えば、カーネルブートラインに processor.ignore_ppc=1 を追加することもできますし、以下のようなファイルを作成することもできます:

/etc/modprobe.d/ignore_ppc.conf

# マシンの周波数が BIOS によって間違って制限されている場合、これが役に立つはずです
options processor ignore_ppc=1

参照

翻訳ステータス: このページは en:CPU frequency scaling の翻訳バージョンです。最後の翻訳日は 2023-07-18 です。もし英語版に変更があれば、翻訳の同期を手伝うことができます。

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 [[Category:電源管理]]
 [[Category:CPU]]
-[[ar:CPU Frequency Scaling]]
-[[cs:CPU Frequency Scaling]]
 [[de:Cpufrequtils]]
-[[el:CPU Frequency Scaling]]
+[[en:CPU frequency scaling]]
-[[en:CPU Frequency Scaling]]
+[[fr:CPU frequency scaling]]
-[[es:CPU Frequency Scaling]]
+[[pt:CPU frequency scaling]]
+[[zh-hans:CPU frequency scaling]]
-[[fr:Cpufreq]]
-[[it:CPU Frequency Scaling]]
-[[pt:CPU Frequency Scaling]]
-[[ru:CPU Frequency Scaling]]
-[[sk:CPU Frequency Scaling]]
-[[tr:Işlemci_frekansını_ölçekleme]]
-[[zh-CN:CPU Frequency Scaling]]
 {{Related articles start}}
 {{Related|省電力設定}}
 {{Related|Laptop Mode Tools}}
-{{Related|pm-utils}}
+{{Related|CPU の低電圧化}}
-{{Related|PHC}}
 {{Related articles end}}
-CPU 周波数スケーリングを使うことで電力を節約するためにオペレーティングシステムが CPU の周波数を調整することが出来るようになります。CPU の周波数はユーザースペースのプログラムを使って手動で変更したり、システムの負担や、ACPI イベントにあわせて自動的に調整することが可能です。
+[https://docs.kernel.org/admin-guide/pm/cpufreq.html CPU パフォーマンススケーリング]により、オペレーティングシステムは消費電力の削減やパフォーマンスの向上のために CPU の周波数を上げ下げすることができるようになります。スケーリングは、システムの負荷に応じて自動的に行ったり、ACPI イベントに応じて調整したり、ユーザスペースのプログラムで手動で変更したりできます。
+Linux カーネルは ''CPUFreq'' サブシステムを通して CPU パフォーマンススケーリングを提供します。このサブシステムには2つの抽象化レイヤが定義されています:
-CPU 周波数スケーリングは Linux カーネル内に実装されており、そのインフラストラクチャは ''cpufreq'' と呼ばれています。カーネル 3.4 から必要なモジュールが自動でロードされるようになり推奨の [[#スケーリング governor|ondemand governor]] がデフォルトで有効になっています。しかしながら、[[#cpupower|cpupower]], [[acpid|acpid]], [[Laptop Mode Tools|Laptop Mode Tools]] などのユーザースペースツールや、デスクトップ環境から提供されている GUI ツールを使って高度な設定をすることも可能です。
+* [[#スケーリングガバナー|スケーリングガバナー]]は、望ましい CPU 周波数を計算するアルゴリズムを実装します。システムのニーズに基づいている可能性があります。
+* [[#スケーリングドライバ|スケーリングドライバ]]は、直接 CPU と対話し、現在のガバナーの要求する望ましい周波数に変更します。
+デフォルトのスケーリングドライバとスケーリングガバナーは自動的に選択されますが、[[#cpupower|cpupower]] や [[acpid]]、[[Laptop Mode Tools]]、デスクトップ環境によって提供されている GUI ツールなどのユーザスペースのツールでも高度な設定をすることができます。
 == ユーザースペースツール ==
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 === thermald ===
-{{AUR|thermald}} はプラットフォームのオーバーヒートをふせぐのに使われる Linux デーモンです。このデーモンは温度をモニターして利用できる冷却方法を使って温度を適正に保ちます。
+{{Pkg|thermald}} は、Intel CPU のオーバーヒートを防止するために使用される [https://01.org/linux-thermal-daemon Linux デーモン]です。このデーモンは P-state、T-state、および Intel power clamp ドライバを使用してサーマルパラメータを積極的に制御します。最新のドライバが利用できない場合、デーモンはシステムの冷却を制御するために x86 モデル固有のレジスタと Linux の "cpufreq サブシステム" に戻り、システムの冷却を制御します。
-デフォルトでは、CPU のデジタル温度センサーを使って CPU の温度を監視して、ハードウェアが強引な是正措置を実行する前に CPU の温度をコントロールします。thermal sysfs に表面温度センサーがある場合は、表面温度を 45°C 以下に維持します。
+デフォルトでは、このデーモンは利用可能な CPU デジタル温度センサーを使って CPU 温度を監視し、ハードウェアが積極的な補正動作を行う前に CPU 温度を制御下に維持します。thermal sysfs に皮膚温度センサーがある場合、皮膚温度を 45C 以下に保とうと試みます (訳注: ここでの皮膚温度 (skin temperature) とは、ユーザがデバイスを持ったときに感じる温度のことです)。
+Tiger Lake ラップトップ (例: [https://wiki.archlinux.org/title/Dell_Latitude_3420 Dell Latitude 3420]) では、このデーモンは、他の方法で利用できるものよりも [https://www.phoronix.com/review/intel-thermald-tgl 多くのパフォーマンスを解放する] と報告されています。
+関連する systemd ユニットは {{ic|thermald.service}} です。このサービスは [[起動]] され、かつ [[有効化]] されている必要があります。
 === i7z ===
-{{Pkg|i7z}} は Linux 向けの i7 (と i3, i5) (CPU) レポートツールです。{{ic|i7z}} コマンドでターミナルから実行することができ、GUI は {{ic|i7z-gui}} で起動できます。
+{{Pkg|i7z}} は Linux 向けの i7 (現在は、i3、i5、i7、i9) CPU レポートツールです。{{ic|i7z}} コマンドでターミナルから実行することができ、GUI は {{ic|i7z-gui}} で起動できます。
-{{Note|{{Pkg|i7z}}-0.27.2 は2012年9月にリリースされました。新しいハードウェアを使っている場合は、代わりに {{AUR|i7z-git}} を使うことを推奨します。}}
+=== turbostat ===
+{{Pkg|turbostat}} は最近の Intel と AMD の CPU の周波数、消費電力、アイドル状態、その他の統計情報を表示することができます。
 === cpupower ===
-{{Pkg|cpupower}} は CPU 周波数スケーリングを手伝うように作られたユーザースペースのユーティリティの集まりです。このパッケージがなくてもスケーリングを使うことはできますが、便利なコマンドラインユーティリティや起動時に governor を変えるための [[systemd|systemd]] のサービスが入っているためインストールすることが推奨されています。
+{{Pkg|cpupower}} は CPU 周波数スケーリングを補助するように作られたユーザースペースのユーティリティの集まりです。このパッケージがなくてもスケーリングを使うことはできますが、便利なコマンドラインユーティリティや起動時にガバナーを変えるための [[systemd]] のサービスが入っているためインストールすることが推奨されています。
+''cpupower'' の設定ファイルは {{ic|/etc/default/cpupower}} です。この設定ファイルは {{ic|/usr/lib/systemd/scripts/cpupower}} 内の bash スクリプトによって読み込まれます。bash スクリプトは {{ic|cpupower.service}} と ''systemd'' によって有効にされます。ブート時に起動するには {{ic|cpupower.service}} を[[有効化]]してください。
+=== cpupower-gui ===
+{{AUR|cpupower-gui}} は CPU 周波数のスケーリングを支援するために設計されたグラフィカルなユーティリティです。GUI は [[GTK]] をベースにしており、''cpupower'' と同じオプションを提供することを意図しています。 ''cpupower-gui'' は各コアの最大/最小の CPU 周波数とガバナーを変更することができます。このアプリケーションは [[polkit]] を通して特権付与を行い、{{ic|wheel}} [[ユーザグループ]]のログイン済みユーザであれば誰でも周波数とガバナーを変更することができます。
+=== gnome-shell-extension-cpupower ===
+{{AUR|gnome-shell-extension-cpupower-git}} は、CPU 周波数の最大値と最小値を変更し、周波数ブーストを有効化/無効化することのできる [[GNOME]] シェル拡張です。
+=== auto-cpufreq ===
+{{AUR|auto-cpufreq}} は、Linux 用の CPU 速度と電源の自動オプティマイザです。ノート PC のバッテリー状態、CPU 使用率、CPU 温度、そしてシステムの負荷をアクティブに監視します。
+=== power-profiles-daemon ===
+{{Pkg|power-profiles-daemon}} の ''powerprofilesctl'' コマンドラインツールは {{ic|power-profiles-daemon}} サービスを通して電源プロファイル (省電力、バランス、パフォーマンスなど) を扱います。GNOME と KDE もプロファイル切り替えのための [https://gitlab.freedesktop.org/hadess/power-profiles-daemon#how-to-use グラフィカルインターフェイス] を提供しています。以下を参照してください:
+* [[GNOME#電源モード]]
+* [[KDE#電源管理]]
+使い方や使用例、類似プロジェクトとの比較などについては、[https://gitlab.freedesktop.org/hadess/power-profiles-daemon#power-profiles-daemon プロジェクトの README] を参照してください。
+{{ic|power-profiles-daemon}} サービスを [[起動/有効化]] してください。''powerprofilesctl'' が起動されると、サービスも起動しようとすることに注意してください ({{ic|dbus.service}} の [[ユニットステータス]] を見てください。)
+{{Note|''power-profiles-daemon'' は、[[TLP]] や {{AUR|tuned}}、{{AUR|system76-power}} といった他の電源管理サービスと[https://gitlab.freedesktop.org/hadess/power-profiles-daemon/-/blob/main/data/power-profiles-daemon.service.in#L3 衝突]します。(潜在的に依存関係にあるため) ''power-profiles-daemon'' を [[アンインストール]] せずに前述のサービスのどれかを代わりに使用するには、{{ic|power-profiles-daemon}} サービスを [[マスク]] して無効化してください ([https://github.com/linrunner/TLP/issues/564]、[https://linrunner.de/tlp/installation/arch.html#service-units] も参照。)}}
+== スケーリングドライバ ==
+スケーリングドライバは、ガバナーによって指定された周波数を設定する CPU 固有の詳細を実装します。厳密に言えば、ACPI 標準は、P0 で始まって徐々に低パフォーマンスになる [[wikipedia:Advanced Configuration and Power Interface#Performance state|power-performance states (P-states)]] を要求しています。この機能は、Intel では SpeedStep と、AMD では PowerNow! と呼ばれています。
-''cpupower'' の設定ファイルは {{ic|/etc/default/cpupower}} です。この設定ファイルは {{ic|/usr/lib/systemd/scripts/cpupower}} の bash スクリプトによって読み込まれます。bash スクリプトは {{ic|cpupower.service}} と ''systemd'' によって有効にされます。ブート時に起動するには {{ic|cpupower.service}} を有効にしてください。
+とはいえ実際には、プロセッサは固定の P-state に制限するどころか、特定の周波数を指定する方法を提供しています。スケーリングドライバは周波数の指定を処理します。
-== CPU 周波数ドライバー ==
 {{Note|
-* カーネル 3.4 から、ネイティブ CPU モジュールは自動的にロードされます。
+* ネイティブな CPU モジュールは自動的にロードされます。
-* カーネル 3.9 から、新しい Intel の CPU には下に書かれているドライバーの代わりに新しい {{ic|pstate}} パワースケーリングドライバーが自動的に使われます。このドライバーは他のドライバーよりも優先され、モジュールではなく初めから備えられています。現在 Sandy Bridge や Ivy Bridge などの CPU でこのドライバーが自動的に使用されます。このドライバーを使っていて問題が生じた際は、kernel 行に {{ic|intel_pstate&#61;disable}} を追加してください。同じユーザースペースユーティリティを使うこともできますがコントロールはできません。
+* 最近の Intel CPU においては、下記の他のドライバの代わりに {{ic|intel_pstate}} CPU パワースケーリングドライバが自動的に使用されます。このドライバは他のドライバよりも優先され、モジュールではなく、組み込まれています。現在、このドライバは Sandy Bridge 及びそれ以降の CPU において自動的に使用されます。{{ic|intel_pstate}} は BIOS の P-State 設定を無視する場合があります。古い CPU においては {{ic|intel_pstate}} は {{ic|intel_cpufreq}} ドライバによって "passive mode" で動作する場合があります。このドライバを使用していて問題が発生する場合は、{{ic|acpi_cpufreq}} ドライバを使用するようにするために {{ic|1=intel_pstate=disable}} をカーネルラインに追加してください。
+* {{ic|amd_pstate}} CPU パワースケーリングドライバはデフォルトで非アクティブです。しかし、サポートされている CPU (Zen 2 及びそれ以降) を使用している場合は、{{ic|1=amd_pstate=passive}}、{{ic|1=amd_pstate=active}}、そして {{ic|1=amd_pstate=guided}} のうちどれかを[[カーネルパラメータ]]に追加することでこのドライバを手動で有効化することができます。一部のマザーボードは、必要な設定をファームウェア内で有効化しない場合があり、その結果 {{ic|the _CPC object is not present in SBIOS or ACPI disabled}} エラーが発生します。UEFI で ''Enable CPPC'' やこれと似たような設定を ''Auto'' から ''Enabled'' に変更してください。この設定が UEFI に存在しない場合は、ベンダーのウェブサイトでアップデートがないか調べてください。
-* 上記の P State の挙動は {{ic|/sys/devices/system/cpu/intel_pstate}} で変えることができます。例えば、CPU の温度を低く保つために {{ic|# echo 1 > /sys/devices/system/cpu/intel_pstate/no_turbo}} で Intel Turbo Boost を無効にすることが可能です。
-* 新しい Intel の CPU は [https://01.org/linux-thermal-daemon Linux Thermal Daemon] (AUR の {{AUR|thermald}} から使えます) でコントロールでき P-states, T-states, Intel power clamp ドライバーを使って熱を積極的にコントロールします。thermald は古い Intel CPU でも使うことができます。最新のドライバーが存在しない場合、デーモンは x86 モデルのレジスタにリバートして Linux の ‘cpufreq サブシステム’ で冷却システムを制御します。
 }}
-''cpupower'' はネイティブ CPU の制限を知るためにモジュールを必要とします:
+''cpupower'' は、ネイティブな CPU の制限を調べるためにドライバを必要とします:
 {| class="wikitable"
-!モジュール!!説明
+! ドライバ !! 説明
 |-
-| intel_pstate  || このドライバーは Intel Core (SandyBridge 以降) プロセッサの内部 governor でスケーリングドライバーを実装しています。
+| intel_pstate  || このドライバは、Intel Core (Sandy Bridge 及びそれ以降) プロセッサの内部ガバナーでスケーリングドライバを実装しています。
 |-
+| amd_pstate_epp  || この "active" ドライバは、AMD Ryzen (一部の Zen 2 及びそれ以降) プロセッサの内部ガバナーでスケーリングドライバを実装しています。
-| acpi-cpufreq  ||  ACPI Processor Performance States を利用する CPUFreq ドライバー。このドライバーは Intel Enhanced SpeedStep もサポートしています (以前は speedstep-centrino モジュールによってサポートされていました)。
 |-
+| acpi_cpufreq  || ACPI Processor Performance States を使用する CPUFreq ドライバ。このドライバは Intel Enhanced SpeedStep もサポートします (以前は、非推奨の speedstep-centrino モジュールによってサポートされていました)。AMD Ryzen においては、このドライバは 3 つの周波数状態のみを提供します。
-| speedstep-lib || Intel speedstep が有効になっているプロセッサ (ほとんどの atom と古い pentium (< 3)) の CPUFreq ドライバー。
 |-
+| intel_cpufreq || カーネル 5.7 から、intel_pstate スケーリングドライバは、hardware-managed P-states (HWP) をサポートしない CPU (つまり、Intel Core i の第5世代及びそれ以前) においては "passive mode" (別名 intel_cpufreq) を選択します。このドライバは、Intel CPU で ACPI ドライバと似たように動作します。ただし、ACPI の 16-pstate の制限は存在しません。
-| powernow-k8   || K8/K10 Athlon64/Opteron/Phenom プロセッサの CPUFreq ドライバー。'''linux 3.7 からは廃止されているので、acpi_cpufreq を使って下さい。'''
 |-
+| amd_pstate || このドライバは AMD Ryzen において acpi_cpufreq よりも遥かに多くの P-state を公開します。ただし、governing は引き継ぎません。
-| pcc-cpufreq   || このドライバーは Proliant サーバーで使われている Hewlett-Packard と Microsoft Corporation による Processor Clocking Control インターフェイスをサポートしています。
 |-
+| cppc_cpufreq || ACPI CPPC システム (以下を参照) をベースとした CPUFreq ドライバ。AArch64 システムにおいては共通のデフォルトです。最近の x86 においても動作しますが、上記 2 つのベンダー固有の選択肢の方が優れています。
-| p4-clockmod   || Intel Pentium 4 / Xeon / Celeron プロセッサの CPUFreq ドライバー。有効にするとクロックをスキップして CPU の温度を下げます。<br>基本的には Speedstep ドライバーを使って下さい。
+|-
+| speedstep_lib || Intel SpeedStep 対応プロセッサ (主に Atom と古い Pentium) 用の CPUFreq ドライバ。
+|-
+| powernow_k8   || K8/K10 Athlon 64/Opteron/Phenom プロセッサ用の CPUFreq ドライバ。Linux 3.7 から、より最近の AMD CPU においては 'acpi_cpufreq' が自動的に使用されます。
+|-
+| pcc_cpufreq   || このドライバは、Hewlett-Packard と Microsoft Corporation による Processor Clocking Control インターフェイスをサポートします。一部の ProLiant サーバにおいて便利です。
+|-
+| p4_clockmod   || Intel Pentium 4/Xeon/Celeron プロセッサ用の CPUFreq ドライバ。クロックをスキップすることで CPU 温度を下げます。(代わりに {{ic|speedstep_lib}} を使用したほうが良いかもしれません。)
 |}
 利用可能なモジュールの完全なリストを表示するには、次を実行してください:
- $ ls /lib/modules/$(uname -r)/kernel/drivers/cpufreq/
+ $ ls /usr/lib/modules/$(uname -r)/kernel/drivers/cpufreq/
-適切なモジュールをロードしてください (詳しくは[[カーネルモジュール]]を見て下さい)。cpufreq ドライバーが正しくロードされていれば、次のコマンドで CPU の詳細が表示されます:
+適切なモジュールをロードしてください (詳しくは[[カーネルモジュール]]を見て下さい)。適切な cpufreq ドライバーがロードされていれば、次のコマンドで CPU の詳細が表示されます:
  $ cpupower frequency-info
@@ 81行目: / 120行目: @@
 === 最大・最小周波数を設定する ===
-ごく稀に、手動で最大・最小周波数を設定しなくてはならないことがあります。
+一部のケースで、最大・最小周波数を手動で設定する必要があることがあります。
-最大クロック周波数を設定するには (''clock_freq'' には単位を付けて下さい: GHz, MHz):
+最大クロック周波数を設定するには ({{ic|''clock_freq''}} は単位付きのクロック周波数です: GHz、MHz):
  # cpupower frequency-set -u ''clock_freq''
@@ 91行目: / 130行目: @@
  # cpupower frequency-set -d ''clock_freq''
-CPU を特定の周波数で動作するように設定するには:
+特定の周波数で動作するように CPU を設定するには:
  # cpupower frequency-set -f ''clock_freq''
 {{Note|
-* 単一の CPU コアだけを調整するには、{{ic|-c ''core_number''}} を加えて下さい。
+* 単一の CPU コアだけを調整するには、{{ic|-c ''core_number''}} をコマンドに加えてください。
-* governor, 最大・最小周波数は {{ic|/etc/default/cpupower}} で設定できます。
+* ガバナーの最大周波数と最小周波数は {{ic|/etc/default/cpupower}} で設定できます。
 }}
+あるいは、手動で周波数を設定することもできます:
-== スケーリング governor ==
+ # echo ''value'' | tee /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_max_freq
-Governor (下の表を参照) は cpu の電源設定です。一度に有効にできるのはどれか一つだけになります。詳しくは、カーネルソースに含まれている[https://www.kernel.org/doc/Documentation/cpu-freq/governors.txt カーネルドキュメント]を見て下さい。
+利用可能な値は {{ic|/sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_available_frequencies}} などで調べられます。[https://web.archive.org/web/20201029114421/https://software.intel.com/sites/default/files/comment/1716807/how-to-change-frequency-on-linux-pub.txt]
+=== 周波数ブーストを設定する ===
+一部のプロセッサでは、適切な温度条件下で短時間、周波数を通常の最大値以上に上げることができます。これは、Intel プロセッサでは [[Wikipedia:ja:インテル ターボ・ブースト・テクノロジー|Turbo Boost]] と、AMD プロセッサでは [[Wikipedia:AMD Turbo Core|Turbo-Core]] と呼ばれています。
+==== sysfs から設定する (intel_pstate) ====
+intel_pstate には、プロセッサがターボ P-State に入ることを禁止するための、ドライバ固有のインターフェイスが存在します:
+ # echo 1 > /sys/devices/system/cpu/intel_pstate/no_turbo
+==== sysfs から設定する (古いスケーリングドライバ) ====
+{{ic|intel_pstate}} より古いスケーリングドライバにおいては、ドライバがブーストをサポートしている場合、{{ic|/sys/devices/system/cpu/cpufreq/boost}} 属性が存在し、これを使ってブーストを無効化/有効化することができます:
+ # echo 0 > /sys/devices/system/cpu/cpufreq/boost
+==== x86_energy_perf_policy から設定する ====
+Intel プロセッサにおいては、{{Pkg|x86_energy_perf_policy}} を使ってターボブーストを設定することもできます:
+ # x86_energy_perf_policy --turbo-enable 0
+=== amd_pstate ===
+{{ic|amd_pstate}} には 3 つのオペレーションモードが存在します: CPPC autonomous (active) モード、CPPC non-autonomous (passive) モード、CPPC guided autonomous (guided) モード。active/passive/guided モードは、それぞれカーネルパラメータ {{ic|1=amd_pstate=active}}、{{ic|1=amd_pstate=passive}}、{{ic|1=amd_pstate=guided}} で選択できます。
+; Active モード
+: {{ic|active}} モードは {{ic|amd_pstate_epp}} (Energy Performance Preference) ドライバによって実装されており、カーネル 6.3 及びそれ以降で利用可能です。このモードでは、ソフトウェアが CPPC ファームウェアにパフォーマンス (0x0) または電力効率 (0xff) にバイアスをかけることを要求した場合、{{ic|amd_pstate_epp}} ドライバはハードウェアにヒントを提供します。
+; Passive モード
+: {{ic|passive}} モードは {{ic|amd_pstate}} ドライバによって実装されています。このモードでは、ドライバは現在の負荷に基づいて望ましいパフォーマンス (特に、ユーザエクスペリエンスに影響を与えずにどれだけパフォーマンスの低下を許容できるか) を定義します。
+; Guided モード
+: {{ic|guided}} モードは {{ic|amd_pstate}} ドライバによって実装されており、カーネル 6.4 及びそれ以降で利用可能です。このモードでは、{{ic|amd_pstate}} ドライバはパフォーマンスレベルの最大と最小をリクエストし、プラットフォームは、現在の負荷において適切なパフォーマンスレベルをその範囲内で自動的に選択します。
+== スケーリングガバナー ==
+スケーリングガバナーとは、望ましい CPU 周波数を決定するパワースキームです。固定の周波数をリクエストするガバナーもありますし、システムの負荷に応じて動的に調節するアルゴリズムを実装しているものもあります。カーネルに含まれているガバナーは以下のとおりです:
+{{Note|1=各ガバナーは任意のスケーリングドライバと互換性があります。ただし、active モードでの {{ic|intel_pstate}} と {{ic|amd_pstate}} は例外です。これらは、{{ic|powersave}} と {{ic|performance}} という形で疑似ガバナーを提供します。下の [[#自律的な周波数スケーリング]] を参照してください。}}
 {| class="wikitable"
-!Governor!!説明
+! ガバナー !! 説明
 |-
+| performance  || 最大周波数で CPU を動作させます。最大周波数は {{ic|/sys/devices/system/cpu/cpu''X''/cpufreq/scaling_max_freq}} で得ることができます。
-| ondemand     || cpu の負担が 95% の時に CPU を動的に切り替えます
 |-
-| performance  || 最大周波数で cpu を動作させます
+| powersave    || 最小周波数で CPU を動作させます。最小周波数は {{ic|/sys/devices/system/cpu/cpu''X''/cpufreq/scaling_min_freq}} で得ることができます。
 |-
+| userspace    || ユーザーが指定した周波数で CPU を動作させます。{{ic|/sys/devices/system/cpu/cpu''X''/cpufreq/scaling_setspeed}} で設定可能です。
-| conservative || 負担が 75% の時に CPU を動的に切り替えます
 |-
+| ondemand     || 現在の負荷にあわせて周波数を動的に切り替えます。最大周波数に一気に切り替えたあと、アイドル時間が増えるにつれて周波数がもとに戻る可能性があります。
-| powersave    || 最小周波数で cpu を動作させます
 |-
+| conservative || 現在の負荷にあわせて周波数を動的に切り替えます。ondemand よりも段階的に周波数を切り替えます。
-| userspace    || ユーザーが指定した周波数で cpu を動作させます
+|-
+| schedutil    || スケジューラによって CPU の周波数が選択されます [https://lwn.net/Articles/682391/]、[https://lore.kernel.org/lkml/1614814.usHvZ58O6A@vostro.rjw.lan/]。
 |}
-スケーリングドライバーによって、以上の governor の一つがデフォルトでロードされます:
+スケーリングドライバによっては、以下のガバナーのうちどれかがデフォルトでロードされます:
-* AMD と古い Intel の CPU では {{ic|ondemand}}。
-* Intel Sandybridge 以降の CPU では {{ic|powersave}}。
+* [https://gitlab.archlinux.org/archlinux/packaging/packages/linux/-/commit/83345a2f829af62ce6fd4b4fa3a875b8f6560f43 Linux 4.9.5] 以降 では {{ic|schedutil}}
-特定の governor を有効にするには、次を実行してください:
+* Intel CPU で {{ic|intel_pstate}} ドライバを使用する場合、内部の {{ic|powersave}} ガバナー (上記のノートを参照、{{ic|schedutil}} と等価です)。
+{{Warning|デフォルトのガバナーを変更する場合は、CPU 監視ツールを使用してください (温度や電圧など)。}}
+特定のガバナーをアクティブ化するには、以下のコマンドを実行してください:
  # cpupower frequency-set -g ''governor''
@@ 128行目: / 213行目: @@
 {{Note|
 * 単一の CPU コアだけを調整するには、上のコマンドに {{ic|-c ''core_number''}} を加えて下さい。
-* governor を有効にするには特定の[[カーネルモジュール]] ({{ic|cpufreq_''governor''}}) がロードされることを必要とします。カーネル 3.4 から、これらのモジュールは自動的にロードされます。
+* ガバナーを有効にするには、特定の[[カーネルモジュール]] ({{ic|cpufreq_''governor''}}) がロードされている必要があります。カーネル 3.4 現在、これらのモジュールは自動的にロードされます。
 }}
-もしくは、CPU ごとに governor を手動で有効にすることもできます:
+もしくは、CPU ごとにガバナーを手動で有効にすることもできます:
- # echo ''governor'' | tee /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_governor >/dev/null
+ # echo ''governor'' | tee /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_governor
-{{Tip|cpu の速度をリアルタイムで表示するには、次を実行してください:
+{{Tip|CPU の速度をリアルタイムで表示するには、次を実行してください:
+ $ watch cat /sys/devices/system/cpu/cpu[0-9]*/cpufreq/scaling_cur_freq
- $ watch grep \"cpu MHz\" /proc/cpuinfo
 }}
-=== ondemand governor を調整する ===
+=== ondemand ガバナーを調整する ===
-詳細は[https://www.kernel.org/doc/Documentation/cpu-freq/governors.txt カーネルドキュメント]を見て下さい。
+詳細は[https://docs.kernel.org/admin-guide/pm/cpufreq.html#ondemand カーネルドキュメント]を見てください。
 ==== 閾値を切り替える ====
@@ 146行目: / 232行目: @@
 周波数を上げるときの閾値を設定するには:
- # echo -n ''percent'' > /sys/devices/system/cpu/cpufreq/<governor>/up_threshold
+ # echo -n ''percent'' > /sys/devices/system/cpu/cpufreq/''governor''/up_threshold
 周波数を下げるときの閾値を設定するには:
- # echo -n ''percent'' > /sys/devices/system/cpu/cpufreq/<governor>/down_threshold
+ # echo -n ''percent'' > /sys/devices/system/cpu/cpufreq/''governor''/down_threshold
 ==== サンプリングレート ====
-サンプリングレートは CPU の周波数を変化させるのに governor が確認する頻度を決めます。1 より大きく {{ic|sampling_down_factor}} を設定すると負担評価のオーバーヘッドが減って、負担が高い時に CPU がずっと最高周波数で動作しパフォーマンスが向上します。CPU 周波数や負担が低いときの挙動には影響がありません。
+サンプリングレートは、CPU の周波数を変化させるのにガバナーが確認する頻度を決めます。1 より大きく {{ic|sampling_down_factor}} を設定すると負担評価のオーバーヘッドが減って、負担が高い時に CPU がずっと最高周波数で動作しパフォーマンスが向上します。{{ic|sampling_down_factor}} に設定できる値は 1 から 100000 です。CPU 周波数や負担が低いときの挙動には影響がありません。
 値を読み取るには (デフォルト = 1)、次を実行:
@@ 164行目: / 250行目: @@
  # echo -n ''value'' > /sys/devices/system/cpu/cpufreq/ondemand/sampling_down_factor
-== ACPI イベントによる動作 ==
+==== 変更を永続化させる ====
+Linux 5.9 から、{{ic|cpufreq.default_governor}} カーネルオプションを設定することが可能になりました。[https://kernelnewbies.org/Linux_5.9#CPU_Frequency_scaling] スケーリングパラメータをブート時に設定するには、[[#cpupower|cpupower]] ユーティリティを設定して、cpupower の systemd サービスを有効化してください。あるいは、[[systemd-tmpfiles]] や [[udev]] ルールを使用することもできます。
-AC アダプタを接続したときやノートパソコンのフタを閉じたときなど様々な ACPI イベントによって governor を自動的に切り替えるように設定することができます。簡単なサンプルは下にありますが、[[acpid|acpid]] の記事は全部読む価値があります。
+== 自律的な周波数スケーリング ==
+Intel と AMD は両方とも、(1) システムのパフォーマンスの範囲と、(2) プリファレンスを指定するパフォーマンス/電力のヒントに基づいて CPU に自身の速度を決定させる方法を定義しています。以下の場合に完全自律モードがアクティブ化されます:
+* {{ic|amd-pstate}} が "active" に設定された場合。手動による設定と、CPU と BIOS の''両方''に CPPC サポートが必要です。
+* {{ic|intel-pstate}} が "active" に設定され、''かつ''、ハードウェア P-state (HWP) が利用可能である (つまり、Sandy Bridge 以降) 場合。設定無しで動作します。
+能動的な governing の最も重要な特徴は、2つのガバナー ({{ic|powersave}} と {{ic|performance}}) のみが利用可能であるように見えることです。これらは通常のガバナーのようには動作しません。これらのレベルは、CPU の内部ガバナーの ''Energy Performance Preference'' ヒントに変換されます。結果として、これらは両方、動的スケーリングを提供します。{{ic|schedutil}} や {{ic|ondemand}} に似ていますが、主にレイテンシが異なります。{{ic|performance}} アルゴリズムは、Intel HWP に[https://www.phoronix.com/scan.php?page=news_item&px=MTM3NDQ 古い ondemand ガバナーよりも優れた省電力機能を提供するはずです]。
+=== Intel active、非 HWP ===
+紛らわしいことに、intel-pstate ドライバには、CPU の能動的な決定を必要としない "active" モードがあります。カーネルコマンドラインによって "active" モードが強制されたが、HWP が利用できないか無効化されている場合に、このモードはオンになります。{{ic|powersave}} と {{ic|performance}} しか提供しませんが、ドライバ自体は {{ic|schedutil}} や {{ic|performance}} に似た方法で governing を行います (つまり、最大の P-state のままになります)。能動的な intel-pstate に比べて、このモードに実際の利点はありません。
+=== EPP を設定する ===
+sysfs インターフェイスが利用可能である場合、中間的なヒントを選択することができます。インターフェイスは AMD と Intel で同じです。{{ic|/sys/devices/system/cpu/cpu*/power/energy_performance_preference}} ファイルは現在のプリファレンスを記述し、{{ic|/sys/devices/system/cpu/cpu*/power/energy_performance_available_preferences}} は利用可能なプリファレンスのリストを提供します。また、0 (パフォーマンス優先) から 255 (省電力優先) までの間の数値を渡すことができます。EPP がない Intel CPU にはフォールバック実装が提供されています。文字列 を EPB レベル (次のセクションで説明) に変換しますが、数値では失敗します。
+{{Pkg|x86_energy_perf_policy}} は、Intel CPU に対して''のみ''、{{ic|--hwp-epp}} スイッチによる EPP ヒントの設定をサポートしています。これは、Intel と AMD で異なるマシン固有のレジスタ (MSR) への直接アクセスにより機能します。このプログラムは、周波数乗数の範囲を使って HWP 周波数の範囲を制限することもできます。
+== Collaborative processor performance control ==
+最近の CPU の電力消費量は、もはや単純に周波数や電圧設定に依存していません。必要に応じて切り替え可能なモジュールが存在しているからです。Collaborative Processor Performance Control (CPPC) は、ACPI 5.0 で提供されている P-state の置き換えです。静的な周波数レベルのテーブルを定義する代わりに、プロセッサは多くの抽象的な''パフォーマンスレベル''を提供し、オペレーティングシステムはこれらのレベルの中から選択します。これには2つの長所があります:
+* 16個の P-state エントリという制限がない。典型的な CPU では数百ものレベルの中から選ぶことができます。
+* CPU は、特定の部品 (例えば、ベクトル FPU) が使用されていない時に、より高い周波数を提供できます。
+一方、柔軟な周波数は、{{ic|schedutil}} による高速な周波数変更において重要な周波数不変の使用率追跡を破壊します。CPPC において周波数を静的にするために多くのベンダ固有の方法が取られてきましたが、ほとんどの成功例は arm64 におけるものです。
+{{ic|cppc_cpufreq}} は汎用の CPPC スケーリングドライバです。{{ic|amd_pstate}} も、Zen 3 MSR が利用できない場合に、ACPI CPPC を使用して CPU の周波数を管理します。この方法 ("共有メモリ" とも呼ばれる) は、MSR よりも高レイテンシです。
+== Intel performance and energy bias hint ==
+[https://docs.kernel.org/admin-guide/pm/intel_epb.html Intel performance and energy bias hint (EPB)] は、ユーザスペースが電力とパフォーマンスのトレードオフを自由に指定できるようにするための Intel CPU によって提供されているインターフェイスです。0 (最高のパフォーマンス) から 15 (最高の省電力) のスケールで指定できます。FPB レジスタは、周波数スケーリングとは独立して機能する、パフォーマンス管理のもう一つのレイヤーです。P-state と C-state の選択がどの程度積極的に行われるかに関与し、エネルギー消費量に影響を与える内部のモデル固有の決定に影響を与えます。
+以下は一般的な値とそれぞれのエイリアスです (sysfs と x86_energy_perf_policy によって認識されます):
+{| class="wikitable"
+! EPB 値
+! 文字列
+|-
+| 0
+| performance
+|-
+| 4
+| balance-performance
+|-
+| 6
+| normal, default
+|-
+| 8
+| balance-power
+|-
+| 15
+| power
+|}
+=== sysfs から設定する ===
+EPB は sysfs 属性を用いて設定できます:
+ # echo ''epb'' | tee /sys/devices/system/cpu/cpu*/power/energy_perf_bias
+=== x86_energy_perf_policy から設定する ===
+{{Pkg|x86_energy_perf_policy}} を使って:
+ # x86_energy_perf_policy --epb ''epb''
+=== cpupower から設定する ===
+{{Pkg|cpupower}} を使って:
+ # cpupower set -b ''epb_value''
+{{Warning|cpupower は文字列エイリアスをサポートしていません。文字列が与えられた場合、何も言わずに EPB を 0 (最高パフォーマンス) に設定してしまいます。}}
+== 他の x86 エネルギーフラグ ==
+{{Pkg|x86_energy_perf_policy}} でハードウェア P-State を有効化する:
+ # x86_energy_perf_policy -H 1
+ # x86_energy_perf_policy -U 1
+"default" ポリシーを設定する:
+変更は一時的です。詳細は {{man|8|x86_energy_perf_policy}} を参照してください。
+== CPU idle ドライバ ==
+{{ic|intel_idle}} CPU idle ドライバは、最近の Intel CPU では {{ic|acpi_idle}} ドライバの代わりに自動的に使用されます。このドライバは現在 Sandy Bridge およびそれ以降の CPU で自動的に使用されます。{{ic|intel_idle}} は BIOS の C-State 設定を無視する場合があります。このドライバを使用中に問題が発生した場合、カーネルラインに {{ic|1=intel_idle.max_cstate=0}} を追加してください。
+== ACPI イベントとの対話 ==
+AC アダプタを接続したときやノートパソコンのフタを閉じたときなど様々な ACPI イベントによってガバナーを自動的に切り替えるように設定することができます。簡単なサンプルは下にありますが、[[acpid]] の記事は全部読む価値があります。
 イベントは {{ic|/etc/acpi/handler.sh}} で定義します。{{Pkg|acpid}} パッケージがインストールされていれば、ファイルは既に存在し実行可能になっているはずです。例えば、AC アダプタが切断されたときにスケーリング governor を {{ic|performance}} から {{ic|conservative}} に変更して、またアダプタが接続されたときは戻したい場合:
@@ 195行目: / 376行目: @@
 [...]
 </nowiki>}}
-== GNOME での特権取得 ==
-{{Note|systemd は consolekit と policykit のアクションを管理する logind を導入しています。以下のコードは動作しません。logind では {{ic|/usr/share/polkit-1/actions/org.gnome.cpufreqselector.policy}} ファイルの <defaults> エレメントを必要に応じて polkit のマニュアル [http://www.freedesktop.org/software/polkit/docs/latest/polkit.8.html] を見て設定してください。}}
-[[GNOME|GNOME]] にはオンザフライで governor を切り替える素晴らしいアプレットがあります。root パスワードを入力しないで使用するには、以下のファイルを作成してください:
-{{hc|/var/lib/polkit-1/localauthority/50-local.d/org.gnome.cpufreqselector.pkla|2=
-[org.gnome.cpufreqselector]
-Identity=unix-user:''user''
-Action=org.gnome.cpufreqselector
-ResultAny=no
-ResultInactive=no
-ResultActive=yes
-}}
-''user'' は使用するユーザー名に置き換えて下さい。
-[[AUR|AUR]] の {{AUR|desktop-privileges}} パッケージには {{ic|power}} [[Users and Groups|グループ]]に入っているユーザーなら誰でも governor を変更できるようにする同じような {{ic|.pkla}} ファイルが含まれています。
 == トラブルシューティング ==
+=== BIOS の周波数制限 ===
-* [[ntop]] などのアプリケーションは自動的な周波数スケーリングに上手く応じられません。ntop の場合、現在のプロセッサ速度では対処できないような大量のパケットが突然ネットワークインターフェイスに押し寄せてきたときに {{ic|on-demand}} governor が周波数を素早く変更できずにセグメンテーションフォルトが発生したり情報が失われることがあります。
-* CPU によっては {{ic|on-demand}} governor のデフォルトの設定でパフォーマンスが出ないことがあります (例: flash 動画がスムーズに再生されなかったりウィンドウアニメーションがガタガタになる)。周波数スケーリングを完全に無効化することで問題を解決する代わりに、それぞれの CPU の ''up_threshold'' [[sysctl|sysctl]] 変数を低くすることで周波数スケーリングを積極的にすることができます。[[#閾値を切り替える|on-demand governor の閾値を変更する方法]]を見て下さい。
-* ときどき on-demand governor は最大周波数までスロットルを上げないで、その一段階下で抑えることがあります。max_freq の値を本当の最大値よりも少しだけ多目に設定することでこれを解決できます。例えば、CPU の周波数のレンジが 2.00 GHz から 3.00 GHz ならば、max_freq を 3.01 GHz に設定すると良いかもしれません。
-* [[ALSA|ALSA]] ドライバーとサウンドチップの組み合わせによっては周波数が変化する governor で音飛びが発生することがあります。周波数が変化しない governor に切り替えることで音飛びをなくすことができます。
-=== BIOS 周波数の制限 ===
 CPU/BIOS 設定によっては最大周波数までスケールすることができなかったり周波数を上げることが全くできなかったりすることがあります。これは大抵 BIOS イベントが OS に周波数を制限するよう通知しているのが原因であり、結果的に {{ic|/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/bios_limit}} が低い値に設定されます。
-BIOS のセットアップユーティリティで設定 (Frequency, Thermal Management など) をしたのに変更できない場合、BIOS にバグが存在したり、BIOS 自体のバージョンが古いのかもしれません。または BIOS に何か理由があって CPU の周波数を制限しているということもあります。
+BIOS のセットアップユーティリティで特定の設定 (Frequency、Thermal Management など) をしたのに変更できない場合、BIOS にバグが存在したり、BIOS 自体のバージョンが古いのかもしれません。または BIOS に何か理由があって CPU の周波数を制限しているということもあります。
 そのような理由として、バッテリーが取り除かれた (またはほとんど死んでいる) ことで AC 電源しか使えないようになっているのが原因だということがあります (使用しているマシンがノートパソコンの場合)。この場合、電力が弱い AC 電源だけではピーク性能を発揮するのに十分な電力が供給されておらず、バッテリーの補助がないとデータを喪失したり、破損したり、または最悪の場合ハードウェアに深刻なダメージを与える可能性があります。
-全ての BIOS が CPU 周波数を制限するわけではありませんが、例えば IBM/Lenovo のほとんどの Thinkpad は制限を加えます。詳しくは thinkwiki の[http://www.thinkwiki.org/wiki/Problem_with_CPU_frequency_scaling トピック] を参照して下さい。
+全ての BIOS が CPU 周波数を制限するわけではありませんが、例えば IBM/Lenovo のほとんどの Thinkpad は制限を加えます。詳しくは thinkwiki の[https://www.thinkwiki.org/wiki/Problem_with_CPU_frequency_scaling トピック]を参照して下さい。
 変な BIOS の設定がないことを確認して、何をするのかちゃんと理解できているのなら、BIOS の制限を無視するようにカーネルを設定することができます。
@@ 243行目: / 397行目: @@
 一時的に変更してみたいときは {{ic|/sys/module/processor/parameters/ignore_ppc}} の値を {{ic|0}} から {{ic|1}} に変更してください。
-設定を永続的にするには[[カーネルモジュール#設定|カーネルモジュール]]を参照するか {{ic|1=processor.ignore_ppc=1}} をカーネルブート行に追加する、または以下のファイルを作成してください。
+設定を永続化する方法については、[[カーネルモジュール#モジュールオプションを設定する]] でいくつか方法が説明されています。例えば、カーネルブートラインに {{ic|1=processor.ignore_ppc=1}} を追加することもできますし、以下のようなファイルを作成することもできます:
-{{hc|/etc/modprobe.d/ignore_ppc.conf|2=# If the frequency of your machine gets wrongly limited by BIOS, this should help
-options processor ignore_ppc=1}}
+{{hc|/etc/modprobe.d/ignore_ppc.conf|2=
+# マシンの周波数が BIOS によって間違って制限されている場合、これが役に立つはずです
+options processor ignore_ppc=1
+}}
 == 参照 ==
-* [https://www.kernel.org/doc/Documentation/cpu-freq/index.txt Linux CPUFreq - カーネルドキュメント]
+* [https://docs.kernel.org/cpu-freq/index.html Linux CPUFreq - カーネルドキュメント]
-* [http://www.reddit.com/r/linux/comments/1hdogn/acpi_cpufreq_or_intel_pstates/ Comprehensive explanation of pstate]
+* [https://www.reddit.com/r/linux/comments/1hdogn/acpi_cpufreq_or_intel_pstates/ pstate に関する Reddit の投稿]
+* [https://docs.kernel.org/admin-guide/pm/cpufreq.html#frequency-boost-support プロセッサのブースト制御]
+* [https://docs.kernel.org/admin-guide/pm/intel_pstate.html intel_pstate カーネルドキュメント]
+* [https://docs.kernel.org/admin-guide/pm/amd-pstate.html amd-pstate カーネルドキュメント]
+* [https://linrunner.de/tlp/settings/processor.html intel_pstate/intel_cpufreq ドキュメント kernel 5.7+]
+{{TranslationStatus|CPU frequency scaling|2023-07-18|782443}}

「CPU 周波数スケーリング」の版間の差分

2023年10月1日 (日) 23:28時点における最新版

目次

ユーザースペースツール

thermald

i7z

turbostat

cpupower

cpupower-gui

gnome-shell-extension-cpupower

auto-cpufreq

power-profiles-daemon

スケーリングドライバ

最大・最小周波数を設定する

周波数ブーストを設定する

sysfs から設定する (intel_pstate)

sysfs から設定する (古いスケーリングドライバ)

x86_energy_perf_policy から設定する

amd_pstate

スケーリングガバナー

ondemand ガバナーを調整する

閾値を切り替える

サンプリングレート

変更を永続化させる

自律的な周波数スケーリング

Intel active、非 HWP

EPP を設定する

Collaborative processor performance control

Intel performance and energy bias hint

sysfs から設定する

x86_energy_perf_policy から設定する

cpupower から設定する

他の x86 エネルギーフラグ

CPU idle ドライバ

ACPI イベントとの対話

トラブルシューティング

BIOS の周波数制限

参照

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