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コンピューターのハードウェアをアップグレードしてパフォーマンスを向上させ、最大限に活用しましょう。

「オープンソースツールを用いたLinuxパフォーマンスのボトルネックの特定」という記事では、オープンソースのグラフィカルユーザーインターフェース（GUI）ツールを用いてLinuxパフォーマンスを監視するための簡単な方法をいくつか説明しました。私の焦点は、パフォーマンスのボトルネック、つまりハードウェアリソースが限界に達し、PCのパフォーマンスを低下させている状況を特定することにありました。

パフォーマンスのボトルネックをどう解決しますか？アプリケーションやシステムソフトウェアを微調整したり、より効率的なアプリケーションを実行したりすることもできます。さらに、バックグラウンドプログラムをオフ時間にスケジュールするなど、コンピューターの使用習慣を変えることもできます。

ハードウェアのアップグレードによってコンピューターのパフォーマンスを向上させることもできます。この記事では、最大の効果が得られるアップグレードに焦点を当てます。

オープンソースツールは鍵となります。GUIツールはシステムを監視し、どのハードウェアの改善が効果的かを予測するのに役立ちます。そうでなければ、ハードウェアを購入してもパフォーマンスが向上しないという事態に陥る可能性があります。アップグレード後、これらのツールはアップグレードが期待通りの効果をもたらしたかどうかを確認するのにも役立ちます。

この記事では、PC ハードウェアをアップグレードする簡単な方法について概説します。その「秘密」は、オープンソースの GUI ツールです。

メモリのアップグレード方法

数年前までは、メモリのアップグレードは当然のことでした。メモリを追加すると、ほぼ確実にパフォーマンスが向上しました。

今日では状況は異なります。パーソナルコンピュータははるかに多くのメモリを搭載しており、Linuxはそれを非常に効率的に利用します。システムが使用できる以上のメモリを購入すると、お金の無駄になります。

そのため、メモリのアップグレードがパフォーマンスの向上に役立つかどうかを確認するために、コンピューターを定期的に監視する必要があります。例えば、一般的な勤務時間中のメモリ使用量を観察してみましょう。また、メモリを大量に消費するワークロードではどのような変化が起こるかを確認しましょう。

こうした監視には様々なオープンソースツールが役立ちますが、私はGNOMEシステムモニターを使用しています。これはほとんどのLinuxソフトウェアリポジトリで利用可能です。

システム モニターを起動すると、「リソース」パネルに次のような出力が表示されます。

図1. GNOME システムモニターを使用したメモリの監視 (Howard Fosdick、CC BY-SA 4.0)

画面中央にはメモリ使用量が表示されます。スワップ領域は、メモリ不足時にLinuxが使用するディスク領域です。Linuxは、メモリ拡張の低速な方法としてスワップ領域を使用することで、効率的にメモリを拡張します。

スワップ領域はRAMよりも遅いため、スワップアクティビティが増加すると、RAMを増設することでコンピューターのパフォーマンスが向上します。この改善の程度は、スワップアクティビティの量と、スワップ領域をホストするデバイスの速度によって異なります。

スワップ領域を大量に使用している場合は、スワップ領域を少ししか使用していない場合よりも、メモリを増やすことでパフォーマンスが向上します。

スワップ スペースが低速の機械式ハード ドライブ上にある場合は、最高速のソリッド ステート ドライブにスワップ スペースを置くよりも、RAM を追加する方がパフォーマンスが向上することがわかります。

以下は、メモリを増設するタイミングの例です。このコンピューターでは、メモリ使用率が80%に達するとスワップアクティビティが増加します。メモリ使用率が90%を超えると、応答しなくなります。

図2. メモリのアップグレードが役立つ (Howard Fosdick, CC BY-SA 4.0)

メモリのアップグレード方法

アップグレードする前に、メモリ スロットがいくつあるか、いくつが空いているか、必要なメモリ モジュールの種類、マザーボードで許可される最大メモリ量を確認する必要があります。

これらの答えは、お使いのコンピュータのマニュアルを読むことで見つけることができます。あるいは、以下のLinuxコマンドラインを直接入力することもできます。

ハードウェアのアップグレードを行う場合は、必ず事前にコンピューターの電源コードを抜いてください。ハードウェアに触れる前に、必ずアースを行ってください。わずかなサージでも回路に損傷を与える可能性があります。メモリモジュールはマザーボードのスロットに完全に挿入してください。

アップグレード後、システムモニターを起動します。以前メモリを過負荷にしていた同じプログラムを実行します。

システム モニターには追加されたメモリの増加が表示され、パフォーマンスが向上していることがわかります。

ストレージをアップグレードする方法

ストレージは急速に進化しています。たとえ数年前のコンピューターでも、ディスクのアップグレードによってメリットを享受できます。しかし、まずは、アップグレードがコンピューターとワークロードにとって適切かどうかを確認する必要があります。

まず、お持ちのディスクの種類を確認しましょう。多くのオープンソースツールで確認することができます。HardinfoやGNOME Diskは広く普及しており、出力も分かりやすいため、お勧めです。これらのアプリケーションを使えば、ディスクのブランド、モデル、その他の詳細情報を確認できます。

次に、ベンチマークテストでディスクのパフォーマンスを測定します。GNOME Diskを使えば簡単です。ツールを起動し、「ディスクベンチマーク」オプションをクリックするだけです。ディスクの読み書き速度と平均アクセス時間が表示されます。

図3. GNOMEディスクのベースライン出力（Howard Fosdick、CC BY-SA 4.0）

この情報があれば、PassMark SoftwareやUserBenchmarkなどのベンチマークサイトで、お持ちのディスクを他のディスクと比較できます。これらのウェブサイトでは、パフォーマンス統計、速度ランキング、さらには価格とパフォーマンスの数値も提供しています。お持ちのディスクを、他のディスクと比較検討することができます。

以下は、UserBenchmark で確認できる詳細なディスク情報の例です。

図4. UserBenchmarkで実行されたディスク比較

ディスク使用率を監視する

メモリと同様に、ディスクをリアルタイムで監視し、交換することでパフォーマンスが向上するかどうかを確認してください。atopコマンドラインを使えば、ディスクの使用状況を確認できます。

出力を見ると、デバイスsdbがbusy 101%あることがわかります。プロセッサの1つは、ディスクの処理を待機するのに 85% の時間を費やしています ( cpu001 w 85% )。

図5. atopコマンドで表示されるディスク使用率（Howard Fosdick、CC BY-SA 4.0）

当然のことながら、より高速なディスクを使用することでパフォーマンスを向上させることができます。

ディスクを使用しているプログラムを確認したい場合は、システムモニターを起動し、「プロセス」タブをクリックしてください。

ディスクの使用状況とディスクを使用しているプログラムがわかったので、より高速なディスクを購入するためにお金を使う価値があるかどうかについて、十分な情報に基づいた判断を下すことができます。

ディスクを購入する

新しい内蔵ハードドライブを購入すると、次の 3 つの主要なテクノロジに遭遇します。

• ハードディスクドライブ（HDD）
• SATAインターフェースを備えたソリッドステートドライブ（SSD）
• PCIe インターフェースを備えた NVMe ソリッド ステート ドライブ (NVMe SSD)

それぞれの速度の違いはどれくらいでしょうか？インターネット上では様々な数値が見られます。典型的な例を挙げてみましょう。

図6. 内部ディスク技術の相対速度（Unihost）

• グラフの赤いバーは、ハードディスクドライブ（HDD）が最も安価な大容量ストレージを提供していることを示しています。しかし、パフォーマンスに関しては、HDDは圧倒的に最も遅いです。
• 緑色のバーは、ソリッドステートドライブ（SSD）がハードディスクドライブ（HDD）よりも高速であることを示しています。ただし、SATAインターフェースを採用したSSDの場合、パフォーマンスは制限されます。これは、SATAインターフェースが10年以上前にHDD用に設計されたためです。
• 青いバーは、最速の内蔵ディスク技術が新しいPCIeインターフェースのNVMe SSDであることを示しています。これは、SATA接続のSSDの約5倍、機械式ハードドライブの約20倍の速度を実現します。

外付け SSD の場合、最新の Thunderbolt および USB インターフェイスが最も高速であることがわかります。

内蔵ディスクのインストール方法

ディスクを購入する前に、お使いのコンピュータが必要な物理インターフェイスをサポートしていることを確認してください。

例えば、多くのNVMe SSDは、人気の高い新しいM.2（2280）フォームファクタを採用しています。これには、カスタムマザーボードスロット、PCIeアダプタカード、または外付けUSBアダプタが必要です。これらの選択は、新しいディスクのパフォーマンスに影響を与える可能性があります。

新しいディスクをインストールする前に、必ずデータとオペレーティングシステムをバックアップしてください。そして、それらを新しいディスクにコピーしてください。Clonzilla、Mondo Rescue、GPartedなどのオープンソースツールでこれを行うことができます。あるいは、 ddやcpなどのLinuxコマンドラインを使用することもできます。

高速な新しいディスクは、最も効果を発揮する場合にのみ使用してください。ブートディスクとして、オペレーティングシステムとアプリケーション、スワップ領域、そして最も頻繁に処理するデータの保存に使用してください。

アップグレード後、GNOME Disk を実行して新しいディスクをテストしてください。これにより、期待通りのパフォーマンス向上が達成されたかどうかを確認できます。ライブ実行を確認するには、 atopコマンドを使用できます。

USBポートをアップグレードする方法

ディスクストレージと同様に、USBのパフォーマンスもここ数年で大幅に向上しました。数年前のコンピューターでも、安価なUSBポートカードを追加するだけで、大幅なパフォーマンス向上を実現できます。

このアップグレードが価値があるかどうかは、ポートの使用頻度によって異なります。あまり使用しないのであれば、速度が遅くても問題ありません。しかし、頻繁に使用する場合は、アップグレードによって作業に影響が出る可能性があります。

以下は、さまざまなポート規格間での最大 USB データ レートの大きな違いの比較です。

図 7. USB 速度は大きく異なります (Howard Fosdick、CC BY-SA 4.0、Tripplite および Wikipedia のデータに基づく)。

実際のUSB速度を確認するには、GNOME Diskを起動してください。GNOME Diskは、内蔵ディスクと同様にUSB接続デバイスをベンチマークできます。「ディスクベンチマーク」オプションを選択してください。

速度は接続するデバイスとUSBポートによって異なります。ポートとデバイスに互換性がない場合は、どちらか遅い方の速度になります。

例えば、USB 3.1デバイスをUSB 2.0ポートに接続すると、データ速度は2.0になります。GNOME Diskなどのツールで確認しない限り、システムではこの情報を確認できません。逆に、USB 2.0デバイスをUSB 3.1ポートに接続した場合も、速度は2.0になります。したがって、最適な結果を得るには、ポートとデバイスの速度を常に一致させるようにしてください。

USB接続デバイスをリアルタイムで監視するには、内蔵ハードドライブを監視するのと同じように、 atopコマンドとシステムモニターを使用します。これにより、現在の設定で制限に達していないか、アップグレードによってメリットが得られるかを確認できます。

ポートのアップグレードは簡単です。空いているPCIeスロットに合うUSBカードを購入するだけです。

USB 3.0カードはわずか25ドル程度です。より新しく高価なカードには、USB 3.1および3.2ポートが搭載されています。ほとんどのUSBカードはプラグアンドプレイなので、Linuxは自動的に認識します。ただし、購入前に必ずご確認ください。

新しい速度を確認するには、アップグレード後に GNOME ディスクを必ず実行してください。

インターネット接続をアップグレードする方法

インターネット帯域幅のアップグレードは簡単です。ISPに小切手を切るだけです。

問題は、アップグレードすべきかどうかです。

システムモニターには帯域幅の使用状況が表示されます（図1参照）。ISPの帯域幅制限を頻繁に超過する場合は、より高い制限を購入するとメリットがあります。

しかし、まずは自分で解決できる問題であることを確認する必要があります。ISPから帯域幅を追加購入する必要があると考えている人が、実際には自分で解決できる接続の問題を抱えているケースを何度も見てきました。

まず、SpeedtestやFast.comなどのウェブサイトで最大インターネット速度をテストしてください。正確な結果を得るには、すべてのプログラムを閉じて速度テストのみを実行し、VPNを無効にし、時間帯を変えてテストを実行し、複数のテストウェブサイトの結果を比較してください。Wi-Fiをご利用の場合は、Wi-Fiありとなし（ノートパソコンをモデムに直接接続）の両方でテストしてください。

別途ルーターをお持ちの場合は、ルーターの有無でテストしてください。これにより、ルーターがボトルネックになっているかどうかがわかります。場合によっては、自宅のルーターの位置を変えたり、ファームウェアを更新したりするだけで接続速度が改善することがあります。

これらのテストでは、ISPから購入した帯域幅速度が確保されているかどうかを確認します。また、ご自身で解決できるローカルWi-Fiやルーターの問題も発見できます。

これらのテストを実施した後でのみ、ネットワーク帯域幅をさらに購入する必要があるという結論を下す必要があります。

CPU または GPU をアップグレードする必要がありますか?

CPU（中央処理装置）またはGPU（グラフィックス処理装置）をアップグレードしてみませんか?

通常、これら 2 つのユニットはマザーボードにはんだ付けされているため、ラップトップ ユーザーは使用できません。

ほとんどのデスクトップ マザーボードはさまざまな CPU をサポートしており、アップグレード可能です (ただし、その範囲内の最上位のプロセッサをまだ搭載していないことが前提です)。

システムモニターを使ってCPUを監視し、アップグレードが必要かどうかを判断してください。「リソース」パネルにCPU負荷が表示されます。すべての論理プロセッサの使用率が常に80%または90%を超えている場合は、CPUパワーの増強が効果的です。

これはCPUをアップグレードする興味深いプロジェクトです。注意深く慎重に作業すれば、誰でも実行できます。

残念ながら、これは費用対効果が低いと言えるでしょう。多くの販売業者は、CPUチップ1個あたりに、新品のシステムよりも高いプレミアム価格を設定しています。そのため、多くの人にとってCPUのアップグレードは経済的に割に合いません。

モニターをデスクトップのマザーボードに直接接続している場合は、グラフィックプロセッサをアップグレードするとメリットが得られる場合があります。グラフィックカードを追加するだけです。

重要なのは、新しいグラフィックカードとCPUのワークロードバランスを取ることです。このオンラインツールを使えば、どのグラフィックカードがCPUと最も相性が良いかを正確に判断できます。この記事では、グラフィック処理能力をアップグレードする方法を詳しく説明します。

アップグレード前にデータを収集する

PCユーザーは、直感でLinuxハードウェアをアップグレードしてしまうことがあります。より良い方法は、まずパフォーマンスを監視し、データを収集することです。オープンソースのGUIツールを使えば、これが簡単に行えます。これらのツールは、ハードウェアのアップグレードが時間と費用に見合う価値があるかどうかを予測するのに役立ちます。そして、アップグレード後に、変更が期待どおりの結果をもたらしているかどうかを確認するために使用できます。

これらは最も一般的なハードウェアアップグレードです。少しの労力と適切なオープンソースツールがあれば、Linuxユーザーなら誰でもコスト効率よくPCをアップグレードできます。