Çfarë është Clock Gating?

Shpejtësia e orës është e gjitha e rëndësishme për performancën e CPU. Të paktën, kështu do të dëshironte që ju të mendonit departamenti i marketingut në kompanitë që projektojnë dhe shesin CPU. Sigurisht, ka shumë faktorë të tjerë dhe peshimi i të gjithëve varet nga rasti i përdorimit tuaj. Një lojë video me fije të lehtë zakonisht do të përfitojë nga një bërthamë e shpejtë me ndriçim, e mbështetur nga disa bërthama më të ngadalta. Një kompjuter rendering zakonisht do të përfitojë nga sa më shumë bërthama të jetë e mundur, dhe ndërsa më shpejt është më mirë, më shumë bërthama janë edhe më të mira. Në mjediset e lëvizshme, performanca është e rëndësishme, por efikasiteti i energjisë është parësor, veçanërisht kur performanca maksimale nuk kërkohet.

Shumë faktorë ndikojnë në performancën në të gjithë këta skenarë, por një faktor konstant është ora. Në CPU, sinjali i orës përcakton se kur ndodhin gjërat. Një ritëm më i shpejtë i lëvizjes së orës nënkupton më shumë operacione në një kohë të caktuar. Kjo tingëllon shkëlqyeshëm, me siguri ju thjesht dëshironi që ajo të shënojë sa më shpejt që të jetë e mundur atëherë, apo jo? Jo kaq shpejt. Së pari, çdo tik-tak i orës shkakton një puls fuqie. Kjo fuqi duhet të vijë nga diku. Gjithashtu rezulton në prodhimin e nxehtësisë, e cila më pas duhet të shpërndahet. Së dyti, është vërtet e vështirë të sigurohesh që gjithçka të jetë e sinkronizuar siç duhet, dhe sa më shpejt që ora të shënojë, bëhet më e vështirë.

Menaxhimi i energjisë dhe termike

Ekzistojnë dy përdorime kryesore të energjisë elektrike. E para është rryma konstante e një sistemi që është i ndezur. E dyta është rritja nga një sistem që ndizet. Burimi kryesor i përdorimit të energjisë në një CPU është në fakt për shkak të ndezjes dhe fikjes së vazhdueshme të qarqeve. Sinjali i orës drejton atë ndërrim. Ai gjithashtu, i vetëm, kontribuon në një sasi jo të parëndësishme të atij përdorimi të energjisë.

Puna është se disa pjesë të harduerit në një CPU nuk janë të nevojshme në çdo cikël të CPU-së. Në shumicën e cikleve të orës, një regjistër individual për shembull, nuk do të jetë i nevojshëm. Si i tillë, dërgimi i një sinjali të orës dhe shkaktimi i ndezjes dhe fikjes së shpejtë thjesht humbet fuqinë, pa asnjë përfitim. Porta e orës është teknika e parandalimit të sinjalit të orës që të arrijë në zonat e CPU-së që nuk janë të nevojshme për atë cikël të caktuar të orës.

Pajisja për hyrjen e orës duhet të vendoset në rrugën e sinjalit të orës për çdo pjesë të funksionalitetit që mund të dëshironi të largoni nga ora. Aty ku nevojiten gjithmonë dhe ekskluzivisht disa pjesë të funksionalitetit së bashku, mund të jetë e mundur vendosja e tyre pas së njëjtës portë të orës. Duke çaktivizuar sinjalin e orës pas portës, burimi kryesor i përdorimit të energjisë mund të hiqet. Kjo mund të ndihmojë në uljen e konsiderueshme të konsumit të energjisë, gjë që është veçanërisht e rëndësishme për pajisjet me bateri.

Shënim: Vetë porta e orës përdor energji, prandaj është e rëndësishme të siguroheni që të përdoret vetëm aty ku do të kursejë më shumë energji sesa përdor.

Kufiri absolut i shpejtësisë

Ne përmendëm më parë se bëhet më e vështirë sinkronizimi i orëve të shpejta. Fatkeqësisht, ky është një rregull i vështirë dhe i shpejtë i imponuar nga fizika bazë. Shpejtësia më e shpejtë me të cilën çdo gjë mund të udhëtojë është shpejtësia e dritës në vakum. Kjo është afërsisht treqind milionë metra në sekondë (ose 670,600,000 milje në orë) që është vërtet e shpejtë. Një tjetër gjë që është vërtet e shpejtë është shpejtësia e orës në CPU-të moderne. 5,7 GHz ose 5,7 miliardë tik-tak në sekondë përkthehet në një tik-tak të orës çdo 175 pikosekonda, ose 0,175 nanosekonda. Kur bashkohen, ju mund të përcaktoni se sa larg mund të udhëtojë drita në harkun kohor të një tik-takimi të vetëm të orës. Është 55 mm ose 2.1 inç.

Tani kompjuterët nuk funksionojnë me fotone, të paktën nuk funksionojnë ende, megjithëse fotonika është një fushë në avancim. Kompjuterët punojnë me elektrone që lëvizin më ngadalë. Gjithashtu nuk ka një vijë të vetme të drejtë për elektronet që të udhëtojnë dhe ka shumë komponentë elektronikë që janë në rrugë. Secila prej tyre vonon përhapjen e sinjalit. Për këtë qëllim, sinjali i orës duhet të futet në një CPU në shumë pika të ndryshme për t'u sinkronizuar siç duhet në të gjithë objektin.

Siç u përmend, elektronika ndërhyrëse ngadalëson përhapjen e sinjalit të orës. Kjo është e vërtetë edhe për portat e orës. Si e tillë, gjatë dizajnimit të CPU-së, është e rëndësishme të merret parasysh kjo. Është gjithashtu e rëndësishme të kuptohet saktësisht se çfarë efekti mund të ketë kjo në formën e përgjithshme të sinjalit të orës. Një skaj i përparmë pak i vonuar mund të kombinohet me një skaj në rënie të rreshtuar siç duhet duke rezultuar në një periudhë më të shkurtër ore dhe funksione potencialisht jo të plota.

konkluzioni

Porta e orës është një komponent qark i përdorur në projektimin e procesorit. Ai parandalon ose mundëson që sinjali i orës sinkronizuese të arrijë një ose më shumë komponentë të tjerë. Kjo në thelb vepron si një ndërprerës. Qëllimi kryesor është të kurseni energji duke mos shpenzuar energji duke ndezur dhe fikur qarqet që nuk supozohet të bëjnë asgjë. Ai gjithashtu parandalon që energjia të shndërrohet në nxehtësi. Kjo lë më shumë buxhet termik dhe energjie për komponentët e tjerë të procesorit që po përdoren. Përndryshe, zvogëlon ngarkesën e përgjithshme të sistemit në sistemin e energjisë dhe ftohjes. Dizajni i sistemit duhet të llogarisë për vonesën që çdo komponent, madje edhe një ndërprerës vendos në një sinjal të orës me kohë të ngushtë. Gjithashtu duhet pasur kujdes për të siguruar që hapja e portës të mos dërgojë një sinjal të shkurtuar të orës nëse sinjali i orës është tashmë i lartë kur porta hapet.