Kaj je Clock Gating?

Hitrost ure je pomembna za delovanje procesorja. Vsaj tako želi, da si mislite v oddelku za trženje v podjetjih, ki oblikujejo in prodajajo procesorje. Seveda obstaja veliko drugih dejavnikov in ponderiranje vseh je odvisno od vašega primera uporabe. Rahlo navojna video igra bo običajno imela koristi od enega svetlobno hitrega jedra, podprtega z nekaj počasnejšimi jedri. Računalnik za upodabljanje bo običajno imel koristi od čim večjega števila jeder, in čeprav je hitrejši boljši, je več jeder še boljše. V mobilnih okoljih je zmogljivost pomembna, vendar je energetska učinkovitost bistvenega pomena, zlasti kadar ni potrebna najvišja zmogljivost.

Številni dejavniki vplivajo na delovanje v vseh teh scenarijih, vendar je en stalen dejavnik ura. V CPE signal ure določa, kdaj se stvari zgodijo. Hitrejši takt ure pomeni več operacij v danem času. To se sliši odlično, zagotovo si želite, da čim hitreje tiktaka, kajne? Ne tako hitro. Prvič, vsako tiktakanje ure povzroči impulz moči. Ta moč mora od nekje priti. Posledica je tudi proizvodnja toplote, ki jo je treba nato odvajati. Drugič, pravzaprav je zelo težko zagotoviti, da je vse pravilno sinhronizirano, in to težje, ko hitreje tiktaka ura.

Upravljanje moči in toplote

Obstajata dve glavni uporabi električne energije. Prvi je stalni tok sistema, ki je vklopljen. Drugi je val zaradi vklopljenega sistema. Glavni vir porabe energije v CPE je pravzaprav stalno vklapljanje in izklapljanje vezij. Signal ure poganja to preklapljanje. Prav tako sam prispeva precejšnjo količino te porabe energije.

Stvar je v tem, da nekateri deli strojne opreme CPE niso potrebni v vsakem ciklu CPE. V večini urnih ciklov na primer posamezni register ne bo potreben. Kot taka, če mu pošljete signal ure in povzročite, da se hitro vklopi in izklopi, preprosto zapravite energijo, brez dobička. Clock gating je tehnika preprečevanja, da bi signal ure dosegel področja CPE, ki niso potrebna za določen takt.

Strojna oprema za odpiranje ure mora biti nameščena na poti signala ure do vsakega dela funkcionalnosti, ki bi ga morda želeli izključiti iz ure. Kjer je več delov funkcionalnosti vedno in izključno potrebnih skupaj, jih je mogoče postaviti za isto uro. Če onemogočite signal ure za vrati, lahko odstranite glavni vir porabe energije. To lahko pomaga bistveno zmanjšati porabo energije, kar je še posebej pomembno pri napravah, ki se napajajo iz baterij.

Opomba: Vrata ure sama porabljajo energijo, zato je pomembno zagotoviti, da se uporabljajo samo tam, kjer bodo prihranila več energije, kot jo porabijo.

Absolutna omejitev hitrosti

Prej smo omenili, da je težje sinhronizirati hitre ure. Na žalost je to trdo in hitro pravilo, ki ga vsiljuje osnovna fizika. Najhitrejša hitrost, s katero lahko kar koli potuje, je hitrost svetlobe v vakuumu. To je približno tristo milijonov metrov na sekundo (ali 670.600.000 milj na uro), kar je zelo hitro. Še ena stvar, ki je res hitra, je takt sodobnih procesorjev. 5,7 GHz ali 5,7 milijarde taktov na sekundo pomeni en takt ure vsakih 175 pikosekund ali 0,175 nanosekund. Če jih sestavite skupaj, lahko ugotovite, kako daleč lahko potuje svetloba v časovnem okviru ene same ure. Je 55 mm ali 2,1 palca.

Zdaj računalniki ne delujejo več na fotonih, vsaj še ne, čeprav je fotonika napredujoče področje. Računalniki delujejo na elektrone, ki se premikajo počasneje. Prav tako ni niti ene ravne črte za potovanje elektronov in veliko elektronskih komponent je v napoto. Vsak od teh zakasni širjenje signala. V ta namen je treba signal ure uvesti v CPE na več različnih točkah, da se dejansko pravilno sinhronizira v celotni stvari.

Kot že omenjeno, posredna elektronika upočasni širjenje signala ure. To velja celo za vrata za uro. Kot tako je med načrtovanjem CPE pomembno to upoštevati. Prav tako je pomembno natančno razumeti, kakšen učinek ima to lahko na celotno obliko signala ure. Nekoliko zakasnjen sprednji rob je mogoče kombinirati s pravilno poravnanim padajočim robom, kar ima za posledico krajše časovno obdobje in potencialno nepopolne funkcije.

Zaključek

Clock Gate je komponenta vezja, ki se uporablja pri oblikovanju procesorja. Prepreči ali omogoči signalu sinhronizacijske ure, da doseže eno ali več nadaljnjih komponent. To v bistvu deluje kot stikalo. Glavni namen je varčevanje z energijo tako, da ne porabljate energije za vklop in izklop tokokrogov, ki naj ne bi delali ničesar. Prav tako preprečuje, da bi se ta energija pretvorila v toploto. To pušča več proračuna za toploto in moč za druge komponente procesorja, ki se uporabljajo. Druga možnost je, da zmanjša skupno obremenitev sistema za napajanje in hladilni sistem. Zasnova sistema mora upoštevati zakasnitev, ki jo katera koli komponenta, celo stikalo, postavi na tako časovno natančno določen signal ure. Paziti je treba tudi na to, da odpiranje vrat ne pošlje skrajšanega signala ure, če je signal ure že visok, ko se vrata odprejo.