Kas ir Clock Gating?

Pulksteņa ātrums ir svarīgs CPU veiktspējai. Vismaz tā vēlētos, lai jūs domātu mārketinga nodaļa uzņēmumos, kas projektē un pārdod CPU. Protams, ir arī daudzi citi faktori, un to visu svērums ir atkarīgs no jūsu lietošanas gadījuma. Videospēlei ar vieglu vītni parasti tiek izmantots viens ātri apgaismots kodols, ko atbalsta daži lēnāki kodoli. Renderēšanas dators parasti gūs labumu no pēc iespējas vairāk kodolu, un, lai gan ātrāk ir labāk, vairāk kodolu ir vēl labāk. Mobilajā vidē veiktspēja ir svarīga, taču enerģijas efektivitāte ir vissvarīgākā, it īpaši, ja nav nepieciešama maksimālā veiktspēja.

Daudzi faktori ietekmē veiktspēju visos šajos scenārijos, taču viens nemainīgs faktors ir pulkstenis. CPU pulksteņa signāls nosaka, kad lietas notiek. Ātrāks pulksteņa tikšanās ātrums nozīmē vairāk darbību noteiktā laikā. Tas izklausās lieliski, jūs noteikti vēlaties, lai tas atzīmētos pēc iespējas ātrāk, vai ne? Ne tik ātri. Pirmkārt, katrs pulksteņa ķeksītis izraisa jaudas impulsu. Šim spēkam no kaut kurienes ir jānāk. Tā rezultātā arī rodas siltums, kas pēc tam ir jāizkliedē. Otrkārt, patiesībā ir ļoti grūti nodrošināt, lai viss būtu pareizi sinhronizēts, un tas kļūst grūtāk, jo ātrāk tikšķ pulkstenis.

Jaudas un siltuma vadība

Ir divi galvenie elektroenerģijas izmantošanas veidi. Pirmais ir ieslēgtas sistēmas pastāvīgā strāva. Otrais ir pārspriegums no sistēmas, kas tiek ieslēgta. Galvenais CPU enerģijas patēriņa avots faktiski ir saistīts ar pastāvīgu ķēžu ieslēgšanas un izslēgšanas darbību. Pulksteņa signāls virza šo pārslēgšanos. Tas pats par sevi arī veicina nenozīmīgu enerģijas patēriņu.

Lieta ir tāda, ka dažas CPU aparatūras daļas nav vajadzīgas katrā CPU ciklā. Lielākajā daļā pulksteņu ciklu, piemēram, individuāls reģistrs nebūs vajadzīgs. Tādējādi, nosūtot tai pulksteņa signālu un liekot tam ātri ieslēgt un izslēgt, vienkārši tiek izšķērdēta jauda, ​​negūstot nekādu labumu. Pulksteņa noteikšana ir paņēmiens, kas neļauj pulksteņa signālam sasniegt CPU apgabalus, kas nav nepieciešami konkrētajam pulksteņa ciklam.

Pulksteņa iestatīšanas aparatūra ir jānovieto pulksteņa signāla ceļā uz katru funkcionalitāti, kuru vēlaties atdalīt no pulksteņa. Ja vienmēr un tikai kopā ir nepieciešami vairāki funkcionalitātes biti, tos var novietot aiz viena pulksteņa vārtiem. Atspējojot pulksteņa signālu aiz vārtiem, var noņemt galveno enerģijas patēriņa avotu. Tas var palīdzēt ievērojami samazināt enerģijas patēriņu, kas ir īpaši svarīgi ar akumulatoru darbināmām ierīcēm.

Piezīme: pulksteņa vārti pati par sevi patērē enerģiju, tāpēc ir svarīgi nodrošināt, lai tos izmantotu tikai tad, ja tas ietaupīs vairāk enerģijas, nekā patērē.

Absolūtais ātruma ierobežojums

Mēs jau iepriekš minējām, ka kļūst grūtāk sinhronizēt ātros pulksteņus. Diemžēl tas ir stingrs noteikums, ko nosaka pamata fizika. Ātrākais ātrums, ar kādu jebkas var pārvietoties, ir gaismas ātrums vakuumā. Tas ir aptuveni trīs simti miljonu metru sekundē (jeb 670 600 000 jūdžu stundā), kas ir patiešām ātri. Vēl viena ļoti ātra lieta ir mūsdienu CPU pulksteņa ātrums. 5,7 GHz jeb 5,7 miljardi tikšu sekundē nozīmē vienu pulksteņa signālu ik pēc 175 pikosekundēm jeb 0,175 nanosekundēm. Saliekot kopā, varat noteikt, cik tālu gaisma var nokļūt viena pulksteņa atzīmēšanas laikā. Tas ir 55 mm vai 2,1 collas.

Tagad datori nedarbojas ar fotoniem, vismaz vēl nedarbojas, lai gan fotonika ir progresējoša joma. Datori darbojas ar elektroniem, kas kustas lēnāk. Nav arī vienas taisnas līnijas, lai elektroni varētu pārvietoties, un ir daudz elektronisku komponentu, kas ir ceļā. Katrs no tiem aizkavē signāla izplatīšanos. Šim nolūkam pulksteņa signāls ir jāievada CPU daudzos dažādos punktos, lai tas faktiski būtu pareizi sinhronizēts visā ierīcē.

Kā minēts, iejauktā elektronika palēnina pulksteņa signāla izplatīšanos. Tas attiecas pat uz pulksteņa vārtiem. Tādējādi CPU projektēšanas laikā ir svarīgi to ņemt vērā. Ir arī svarīgi precīzi saprast, kā tas var ietekmēt kopējo pulksteņa signāla formu. Nedaudz aizkavētu priekšējo malu var apvienot ar pareizi izlīdzinātu krītošu malu, kas rada īsāku pulksteņa periodu un, iespējams, nepilnīgas funkcijas.

Secinājums

Clock Gate ir ķēdes komponents, ko izmanto procesora projektēšanā. Tas neļauj vai ļauj sinhronizējošajam pulksteņa signālam sasniegt vienu vai vairākus citus komponentus. Tas būtībā darbojas kā slēdzis. Galvenais mērķis ir taupīt enerģiju, netērējot jaudu, ieslēdzot un izslēdzot ķēdes, kurām nav paredzēts nekas. Tas arī neļauj šai enerģijai pārvērsties siltumā. Tas atstāj lielāku siltuma un jaudas budžetu citiem izmantotajiem procesora komponentiem. Alternatīvi, tas samazina kopējo sistēmas slodzi uz jaudas un dzesēšanas sistēmu. Sistēmas projektēšanā jāņem vērā aizkave, ko jebkuras sastāvdaļas, pat slēdzis, ievieto tik stingri noteiktam pulksteņa signālam. Jāraugās arī, lai, atverot vārtus, netiktu nosūtīts saīsināts pulksteņa signāls, ja pulksteņa signāls jau ir augsts, kad vārti tiek atvērti.