Hvað er Clock Gate?

Klukkuhraði skiptir öllu máli fyrir frammistöðu CPU. Að minnsta kosti, það er það sem markaðsdeild fyrirtækja sem hanna og selja örgjörva vill að þú haldir. Auðvitað eru margir aðrir þættir og vægi þeirra allra fer eftir notkunartilvikum þínum. Létt snittari tölvuleikur mun venjulega njóta góðs af einum hraðvirkum kjarna, studdur af nokkrum hægari kjarna. Tölva mun venjulega njóta góðs af eins mörgum kjarna og mögulegt er, og þó að hraðari sé betra, eru fleiri kjarna enn betri. Í farsímaumhverfi er árangur mikilvægur en orkunýtni er í fyrirrúmi, sérstaklega þegar ekki er þörf á hámarksafköstum.

Margir þættir hafa áhrif á frammistöðu í öllum þessum atburðarásum en einn fastur þáttur er klukkan. Í örgjörvanum ákvarðar klukkumerkið hvenær hlutirnir gerast. Hraðari klukkutíðni þýðir fleiri aðgerðir á tilteknum tíma. Þetta hljómar frábærlega, þú vilt örugglega bara að það tikkji eins hratt og mögulegt er, ekki satt? Ekki svona hratt. Í fyrsta lagi veldur hvert tif á klukkunni kraftpúlsi. Þessi kraftur verður að koma einhvers staðar frá. Það hefur einnig í för með sér framleiðslu á hita, sem síðan verður að dreifa. Í öðru lagi er í raun mjög erfitt að tryggja að allt haldist rétt samstillt og það verður erfiðara því hraðar sem klukkan tifar.

Rafmagns- og varmastjórnun

Það eru tvær meginnotkunar á raforku. Í fyrsta lagi er stöðugur straumur kerfis sem er kveikt á. Annað er bylgja frá kerfi sem verið er að kveikja á. Aðal uppspretta orkunotkunar í örgjörva er í raun vegna þess að stöðugt er kveikt og slökkt á hringrásum. Klukkumerkið knýr þá skiptingu. Það eitt og sér leggur líka til óverulegt magn af þeirri orkunotkun.

Málið er að sumt vélbúnaðarstykki á örgjörva er ekki þörf í hverri örgjörvalotu. Í flestum klukkulotum er til dæmis ekki þörf á einstaklingsskrá. Sem slíkur, að senda því klukkumerki og láta það kveikja og slökkva fljótt, eyðir einfaldlega orku, án hagnaðar. Klukkuhlið er tæknin til að koma í veg fyrir að klukkumerkið nái til svæða örgjörvans sem er ekki þörf fyrir þá tilteknu klukkulotu.

Vélbúnaðurinn fyrir klukkuhlið verður að vera staðsettur í leiðinni fyrir klukkumerkið til hvers hlutar virkni sem þú gætir viljað afstýra frá klukkunni. Þar sem alltaf og eingöngu er þörf á mörgum hlutum af virkni saman getur verið hægt að setja þá á bak við sama klukkuhliðið. Með því að slökkva á klukkumerkinu á bak við hliðið er hægt að fjarlægja aðalorkunotkunina. Þetta getur hjálpað til við að draga verulega úr orkunotkun, sem er sérstaklega mikilvægt fyrir rafhlöðuknúin tæki.

Athugið: Klukkuhliðið sjálft notar afl, svo það er mikilvægt að tryggja að það sé aðeins notað þar sem það sparar meiri orku en það notar.

Algjör hámarkshraða

Við nefndum áður að það verður erfiðara að samstilla hraðvirkar klukkur. Því miður er þetta hörð og hröð regla sem undirstöðu eðlisfræði setur. Mesti hraði sem nokkuð getur ferðast á er ljóshraði í lofttæmi. Það er um það bil þrjú hundruð milljónir metra á sekúndu (eða 670.600.000 mílur á klukkustund) sem er mjög hratt. Annað sem er mjög hratt er klukkuhraðinn á nútíma örgjörvum. 5,7GHz eða 5,7 milljarðar tikk á sekúndu þýðir eitt klukkutikk á 175 píkósekúndna fresti, eða 0,175 nanósekúndur. Þegar það er sett saman geturðu fundið út hversu langt ljós getur ferðast á tímaramma eins klukkutikks. Hann er 55 mm eða 2,1 tommur.

Nú keyra tölvur ekki á ljóseindum, að minnsta kosti gera þær það ekki ennþá þó ljóseindafræði sé vaxandi svið. Tölvur ganga fyrir rafeindum sem hreyfast hægar. Það er heldur ekki ein bein lína fyrir rafeindir að ferðast og það eru margir rafeindaíhlutir sem eru í vegi. Hvert þessara seinkar útbreiðslu merkisins. Í því skyni þarf að kynna klukkumerkið fyrir örgjörva á mörgum mismunandi stöðum til að vera í raun rétt samstillt yfir allt.

Eins og getið er, hægja inngrip rafeindatækni á útbreiðslu klukkumerkja. Þetta á jafnvel við um klukkuhlið. Sem slíkur, meðan á CPU hönnun stendur, er mikilvægt að taka tillit til þessa. Það er líka mikilvægt að skilja nákvæmlega hvaða áhrif þetta getur haft á heildarlögun klukkumerkisins. Hægt er að sameina örlítið seinkaða frambrún með rétt stilltri fallbrún sem leiðir til styttri klukkutíma og hugsanlega ófullkominna aðgerða.

Niðurstaða

Klukkuhlið er hringrásarhluti sem notaður er í hönnun örgjörva. Það kemur í veg fyrir eða gerir samstillingarklukkumerkinu kleift að ná til eins eða fleiri íhluta til viðbótar. Þetta virkar í raun sem rofi. Megintilgangurinn er að spara orku með því að eyða ekki orku í að kveikja og slökkva á rafrásum sem eiga ekki að gera neitt. Það kemur líka í veg fyrir að orkan sé breytt í hita. Þetta skilur eftir meira hitauppstreymi og orkukostnað fyrir aðra íhluti örgjörvans sem verið er að nota. Að öðrum kosti dregur það úr heildarálagi kerfisins á afl- og kælikerfið. Kerfishönnun þarf að gera grein fyrir seinkuninni sem allir íhlutir, jafnvel rofi setur á svo þétt tímasett klukkumerki. Einnig þarf að gæta þess að opnun hliðsins sendi ekki styttri klukkumerki ef klukkumerkið er þegar hátt þegar hliðið opnast.