Kas yra „Clock Gating“?

Laikrodžio greitis yra svarbus procesoriaus veikimui. Bent jau taip norėtų galvoti CPU projektuojančių ir parduodančių įmonių rinkodaros skyrius. Žinoma, yra daug kitų veiksnių ir visų jų svoris priklauso nuo jūsų naudojimo atvejo. Lengviems vaizdo žaidimams paprastai naudingas vienas sparčiai apšviečiamas branduolys, kurį palaiko keli lėtesni branduoliai. Atvaizduojančiam kompiuteriui paprastai bus naudinga kuo daugiau branduolių, ir nors greičiau yra geriau, daugiau branduolių yra dar geriau. Mobiliojoje aplinkoje našumas yra svarbus, tačiau energijos vartojimo efektyvumas yra svarbiausias, ypač kai nereikia didžiausio našumo.

Daugybė veiksnių turi įtakos našumui pagal visus šiuos scenarijus, tačiau vienas pastovus veiksnys yra laikrodis. CPU laikrodžio signalas nustato, kada viskas vyksta. Greitesnis laikrodžio tiksėjimo dažnis reiškia daugiau operacijų per tam tikrą laiką. Tai skamba puikiai, be abejo, jūs tiesiog norite, kad jis pasižymėtų kuo greičiau, tiesa? Ne taip greitai. Pirma, kiekvienas laikrodžio tiksėjimas sukelia galios impulsą. Ši galia turi ateiti iš kažkur. Taip pat susidaro šiluma, kuri vėliau turi būti išsklaidyta. Antra, iš tikrųjų labai sunku užtikrinti, kad viskas būtų tinkamai sinchronizuota, ir tai darosi sunkiau, kuo greičiau tiksi laikrodis.

Galios ir šilumos valdymas

Yra du pagrindiniai elektros energijos naudojimo būdai. Pirmasis yra nuolatinė įjungtos sistemos srovė. Antrasis yra įjungtos sistemos padidėjimas. Pagrindinis procesoriaus energijos suvartojimo šaltinis iš tikrųjų yra dėl nuolatinio grandinių įjungimo ir išjungimo. Laikrodžio signalas skatina tą perjungimą. Be to, vien tik jis sunaudoja nereikšmingą energijos kiekį.

Reikalas tas, kad kai kurios procesoriaus aparatūros dalys nereikalingos kiekviename procesoriaus cikle. Pavyzdžiui, daugelyje laikrodžių ciklų individualaus registro nereikės. Taigi, siunčiant jam laikrodžio signalą ir priverčiant jį greitai įjungti ir išjungti, tiesiog švaistoma energija, be naudos. Laikrodžio blokavimas yra būdas užkirsti kelią laikrodžio signalui pasiekti procesoriaus sritis, kurios nėra reikalingos tam konkrečiam laikrodžio ciklui.

Laikrodžio blokavimo aparatinė įranga turi būti patalpinta kiekvienos funkcijos, kurią galbūt norėsite atskirti nuo laikrodžio, laikrodžio signalo kelyje. Kai visada ir išskirtinai reikalingi keli funkcionalumo bitai, juos galima įdėti už tų pačių laikrodžio vartų. Išjungus laikrodžio signalą už vartų, galima pašalinti pagrindinį energijos vartojimo šaltinį. Tai gali padėti žymiai sumažinti energijos suvartojimą, o tai ypač svarbu baterijomis maitinamiems įrenginiams.

Pastaba: patys laikrodžio vartai naudoja energiją, todėl svarbu užtikrinti, kad jie būtų naudojami tik ten, kur sutaupysite daugiau energijos nei sunaudoja.

Absoliutus greičio apribojimas

Anksčiau minėjome, kad tampa sunkiau sinchronizuoti greitus laikrodžius. Deja, tai yra griežta taisyklė, kurią nustato pagrindinė fizika. Didžiausias greitis, kuriuo bet kas gali judėti, yra šviesos greitis vakuume. Tai yra maždaug trys šimtai milijonų metrų per sekundę (arba 670 600 000 mylių per valandą), o tai tikrai greita. Kitas dalykas, kuris yra labai greitas, yra šiuolaikinių procesorių laikrodžio greitis. 5,7 GHz arba 5,7 milijardo tikselių per sekundę reiškia, kad vienas laikrodžio tiksėjimas kas 175 pikosekundės arba 0,175 nanosekundės. Sudėjus, galite apskaičiuoti, kiek toli šviesa gali nukeliauti per vieną laikrodžio tiksėjimą. Jis yra 55 mm arba 2,1 colio.

Dabar kompiuteriai neveikia fotonais, bent jau kol kas neveikia, nors fotonika yra tobulėjanti sritis. Kompiuteriai veikia elektronais, kurie juda lėčiau. Taip pat nėra vienos tiesios linijos elektronams keliauti ir yra daug elektroninių komponentų, kurie trukdo. Kiekvienas iš jų vėluoja signalo sklidimą. Tuo tikslu laikrodžio signalas turi būti įvestas į centrinį procesorių daugelyje skirtingų taškų, kad iš tikrųjų būtų tinkamai sinchronizuotas visame pasaulyje.

Kaip minėta, įsiterpia elektronika sulėtina laikrodžio signalo sklidimą. Tai galioja net laikrodžių vartams. Todėl projektuojant CPU svarbu į tai atsižvelgti. Taip pat svarbu tiksliai suprasti, kokį poveikį tai gali turėti bendrai laikrodžio signalo formai. Šiek tiek atidėtas priekinis kraštas gali būti derinamas su tinkamai išlygiuota krintančiomis briaunomis, todėl laikrodžio laikotarpis yra trumpesnis ir funkcijos gali būti nebaigtos.

Išvada

Laikrodžio vartai yra grandinės komponentas, naudojamas procesoriaus projektavimui. Tai neleidžia arba leidžia sinchronizuojančiam laikrodžio signalui pasiekti vieną ar daugiau kitų komponentų. Tai iš esmės veikia kaip jungiklis. Pagrindinis tikslas yra taupyti energiją neeikvodami energijos įjungdami ir išjungdami grandines, kurios neturėtų nieko daryti. Tai taip pat neleidžia energijai paversti šiluma. Tai palieka daugiau šilumos ir energijos biudžeto kitiems naudojamiems procesoriaus komponentams. Arba tai sumažina bendrą sistemos apkrovą maitinimo ir aušinimo sistemai. Sistemos projektavimas turi atsižvelgti į vėlavimą, kurį bet kokie komponentai, net jungiklis, įdeda tokiam griežtai nustatytam laikrodžio signalui. Taip pat reikia pasirūpinti, kad atidarius vartus nebūtų siunčiamas sutrumpintas laikrodžio signalas, jei vartų atidarymo metu laikrodžio signalas jau yra aukštas.