Mi az az órajel?

A számítógépes processzorok túlnyomó többsége órajelen működik. Az órajel a processzor órajelgenerátorának rezgési frekvenciájának mértéke. Ezeket az órajel-impulzusokat a processzor működésének szinkronizálására használják, és ésszerűen jelzik a processzor sebességét. Más szóval, ez az a sebesség, amellyel a CPU bizonyos funkciókat képes ellátni.

Az órajelet ciklus/másodpercben mérik, az SI egység Hertz segítségével. A modern CPU-k és GPU-k mérése jellemzően Gigahertzben (GHz), vagyis másodpercenkénti ciklusok milliárdjaiban történik. A történelem során a megahertzeket (MHz), sőt a kilohertzeket (kHz) is használták, amikor a processzor órajele alacsonyabb volt.

Az óra nem ott van, ahol gondolod

Azt gondolhatja, hogy a CPU órajelének beállításához használt tényleges órajelgenerátor magán a CPU-n található. Az órajelgenerátor az alaplap CPU lapkakészletében található. A lapkakészlet állítja be az alap órát. Ez általában pontosan 100 MHz. A CPU ezután beállítja az órajelet az alapórajel szorzójával.

Az órajelet beállító magoszcillátor egy kvarckristály, amely elektromos töltés hatására pontosan egy frekvencián rezeg. A szorzó használata azt jelenti, hogy tetszés szerint módosítható a tényleges CPU órajel. Ez hasznos lehet, ha alapjáraton próbál energiát megtakarítani, vagy ha terhelés alatt próbálja magasabbra emelni. A túlhajtás a szorzó manuális növelésének folyamata.

Egyes alaplapok egy második alapórajelet is kínálnak, amely 125 MHz-en fut. Ez egy második fizikai kvarckristályt képez, amely gyorsabban oszcillál. Ahogy az várható is volt, ez növelheti a rendszer teljesítményét, még a zárolt szorzóval rendelkező CPU-k esetében is, mivel most már zárva van egy nagyobb érték szorzása. Sajnos ez stabilitási problémákat okozhat más alkatrészeknél, mivel alapvetően minden 100 MHz-es alapórajelet feltételez. A futásteljesítmény változhat, de ez általában nem tanácsos.

Sebességkorlátozások lehetővé tétele

Az elektromos áramkörökben lévő elektronok meglehetősen gyorsan, jellemzően a fénysebesség kétharmadát teszik ki. Ez gyorsnak hangzik, de a GHz-es tartományban van néhány probléma az órajelekkel. 5 GHz-es órajelnél a CPU órajele 0,2 nanomásodpercenként egyszer rezeg. Az univerzum abszolút sebességhatára a fény sebessége vákuumban. A fény sebessége nagyon gyors, csaknem 300 millió méter másodpercenként. Ennek ellenére 0,2 nanoszekundum alatt a fény csak 6 centimétert vagy 2,4 hüvelyket tesz meg.

Ma a CPU-k nem különösebben nagyok, de viszonylag közel hat centiméteresek. A fénynél lassabb elektron útja a CPU-n aligha egyenes. Ez koherencia-problémákhoz vezet, mivel egyetlen órajel esetén a CPU egyik oldala egyszerűen csak később kapja meg az órajelet. Ennek leküzdésére a CPU-k több órajellel rendelkeznek, amelyek mindegyike gondosan szinkronizált, de sokkal kisebb területet fed le a teljes CPU-n belül. Ez lehetővé teszi a modern, nagy sebességű CPU-k számára, hogy szinkronban maradjanak.

Binning

A CPU-kat úgy tervezték, hogy meghatározott órajelen működjenek. A gyártók garantált órajellel árusítják őket. A gyorsabb modellek szinte mindig drágábbak lesznek. A gyártási tűréshatárok még hibák nélkül is a teljesítményt befolyásoló csekély eltérésekhez vezetnek. Mielőtt minden CPU-t eladnának, teszteljük annak képességeit. Nagy teljesítményű „ládába” rendezik, ha eléri a legmagasabb órajelet.

Hasonlóképpen, azok a CPU-k, amelyek nem érik el a csúcssebességet, de képesek elérni az alacsonyabb processzorszintekhez szánt sebességet, alacsonyabb teljesítményű tárolókba kerülnek. Ezt a folyamatot „binningnek” nevezik, és általában azt jelenti, hogy a drágább CPU-k valószínűleg magasabb órajelen működnek. Előfordulhat, hogy az alacsonyabb tárolóhelyekről származó CPU-k jobban teljesítenek, mint a hirdetett szintjük. Előfordulhat azonban, hogy nem tudják túllépni, mivel általában nem helyezték őket magasabb rekeszbe.

Nem minden CPU jön ki tökéletesre, és a gyártási hibák egyszerűen megakadályozhatják a CPU működését. Ezek a gyártási hibák néha elég kicsik lehetnek ahhoz, hogy bizonyos funkciókat egyszerűen le lehessen tiltani. Például, ha egy CPU-nak apró hibája van, ez megakadályozhatja, hogy egyetlen mag működjön, miközben a CPU többi része rendben van.

A termék eladásához a gyártó jellemzően letiltja az érintett alkatrészeket – és ha szükséges, a termékszint elérése érdekében – még néhány tökéletesen működő alkatrészt is. Ez lehetővé teheti a gyártó számára, hogy például egy hatmagos CPU-t négymagos CPU-ként adjon el, amivel még mindig több pénzt keresnek, mintha egy drága terméket egyszerűen eldobnának. Ez általában nem befolyásolja közvetlenül az órajelet, bár azt jelentheti, hogy ami egy felső tároló CPU lett volna, az alacsonyabb szintre kerül, egyszerűen azért, mert egyes részek le vannak tiltva.

Következtetés

Az órajel kritikus tényező a CPU teljesítményében, bár nem biztos, hogy közvetlenül összehasonlítható a CPU architektúrák között. A CPU órajele valójában közvetett módon van beállítva. Szinte minden számítógépben szabványos 100 MHz-es alapórajelet használnak.

A CPU ezután beállít egy szorzót erre az alapórajelre, hogy megkapja a tényleges órajelet. A CPU-k garanciával kerülnek értékesítésre, hogy meghatározott vagy az alatti órajelen működnek. Sok esetben túlhúzhatóak túlhúzással. Ez azonban gyakran jó hűtést igényel, mivel több energiát fogyaszt és több hőt termel.