Hva er klokkefrekvens?

De aller fleste dataprosessorer opererer basert på en klokkefrekvens. Klokkefrekvensen er et mål på frekvensen av oscillasjoner til klokkegeneratoren til prosessoren. Disse klokkepulsene brukes til å synkronisere operasjonene til prosessoren og er en rimelig indikator på prosessorhastighet. Med andre ord, det er hastigheten som CPUen kan utføre spesifikke funksjoner med.

Klokkefrekvensen måles i sykluser per sekund ved å bruke SI forener Hertz. Moderne CPUer og GPUer måles vanligvis i Gigahertz (GHz), eller milliarder av sykluser per sekund. Historisk sett har Megahertz (MHz) og til og med Kilohertz (kHz) blitt brukt når prosessorens klokkehastigheter var lavere.

Klokken er ikke der du tror den er

Du tror kanskje at den faktiske klokkegeneratoren som brukes til å stille inn klokkefrekvensen til en CPU, er på selve CPUen. Klokkegeneratoren er plassert i CPU-brikkesettet på hovedkortet. Brikkesettet setter basisklokken. Dette er vanligvis nøyaktig 100MHz. CPU-en stiller deretter klokkehastigheten ved å bruke en multiplikator på basisklokken.

Kjerneoscillatoren som setter klokkefrekvensen er en kvartskrystall som oscillerer med nøyaktig én frekvens når en elektrisk ladning påføres. Bruken av en multiplikator betyr at det er mulig å endre den faktiske CPU-klokkefrekvensen etter eget ønske. Dette kan være nyttig når du prøver å spare strøm på tomgang eller når du prøver å øke høyere under belastning. Overklokking er prosessen med å manuelt øke denne multiplikatoren.

Noen hovedkort har en ekstra baseklokke som kan kjøre på 125MHz. Dette danner en andre fysisk kvartskrystall som oscillerer med en raskere hastighet. Som du kanskje forventer, kan dette øke systemytelsen, selv på CPUer med en låst multiplikator, fordi den nå er stengt for å multiplisere en større verdi. Dessverre kan dette forårsake stabilitetsproblemer med andre komponenter, da alt i utgangspunktet forutsetter en 100MHz basisklokke. Kilometerstanden din kan variere, men dette er vanligvis ikke tilrådelig.

Tillater fartsgrenser

Elektroner i elektriske kretser kan reise ganske raskt, typisk to tredjedeler av lysets hastighet. Det høres kanskje raskt ut, men det er noen problemer med klokkefrekvenser i GHz-området. Ved en klokkehastighet på 5 GHz svinger CPU-klokken en gang hvert 0,2 nanosekund. Universets absolutte fartsgrense er lysets hastighet i et vakuum. Lysets hastighet er veldig høy, nesten 300 millioner meter per sekund. Likevel, på 0,2 nanosekunder, beveger lyset seg bare 6 centimeter eller 2,4 tommer.

Nå er ikke CPU-ene spesielt store, men de er relativt nær seks centimeter store. Veien et – langsommere enn lys – elektron ville ta gjennom en CPU er neppe rett. Dette fører til koherensproblemer ettersom – med en enkelt klokke – den ene siden av CPU-en ganske enkelt ville få klokkepulsen senere. For å bekjempe det har CPU-er flere klokker som alle er nøye synkronisert, men som dekker et mye mindre område innenfor den totale CPU-en. Dette gjør at moderne høyhastighets CPUer kan holde seg synkroniserte.

Binning

CPUer er designet for å kjøre med en bestemt klokkehastighet. Produsenter selger dem med en garantert klokkehastighet. De raskere modellene vil nesten alltid være dyrere. Selv uten defekter fører produksjonstoleranser til små variasjoner som påvirker ytelsen. Før hver CPU selges, blir den testet for å bekrefte egenskapene. Den sorteres i en "bin" med høy ytelse hvis den kan nå den høyeste klokkefrekvensen.

Tilsvarende blir prosessorer som ikke når topphastighetene, men som kan nå hastighetene beregnet på lavere prosessornivåer, sortert i skuffer med lavere ytelse. Denne prosessen kalles "binning" og betyr generelt at dyrere CPUer sannsynligvis vil kunne kjøre med høyere klokkehastigheter. Det kan være mulig for CPU-er fra lavere hyller å yte bedre enn deres annonserte nivå. Imidlertid kan de ikke være i stand til å overskride det mye ettersom de vanligvis ikke ble plassert i høyere søppelkasser.

Ikke alle CPUer kommer perfekt ut, og produksjonsfeil kan ganske enkelt forhindre at en CPU noen gang fungerer. Disse produksjonsfeilene kan noen ganger være små nok til at visse funksjoner ganske enkelt kan deaktiveres. For eksempel, hvis en CPU har en liten feil, kan dette forhindre at en enkelt kjerne fungerer mens resten av CPUen er i orden.

For å selge produktet, vil produsenten vanligvis deaktivere berørte deler – og om nødvendig for å møte et produktnivå – til og med noen perfekt funksjonelle deler. Dette kan tillate produsenten å selge det som for eksempel var en seks-kjerners CPU som en fire-core CPU, som fortsatt tjener dem mer penger enn å bare kaste et dyrt produkt. Vanligvis påvirker dette ikke klokkefrekvensen direkte, selv om det kan bety at det som ville vært en toppbeholder-CPU blir plassert i et lavere nivå bare fordi noen deler ble deaktivert.

Konklusjon

Klokkefrekvensen er en kritisk faktor i CPU-ytelsen, selv om den kanskje ikke er direkte sammenlignbar mellom CPU-arkitekturer. Klokkefrekvensen til en CPU er faktisk satt indirekte. En standard 100MHz basisklokke brukes i nesten alle datamaskiner.

CPU-en setter deretter en multiplikator på denne basisklokken for å få den faktiske klokkefrekvensen. CPU-er selges med en garanti for å fungere med en bestemt klokkefrekvens eller lavere. I mange tilfeller kan de skyves utover det via overklokking. Det krever imidlertid ofte god kjøling da det trekker mer strøm og genererer mer varme.