Шта је Цлоцк Гатинг?

Брзина такта је важна за перформансе процесора. Барем, то је оно што би одељење за маркетинг у компанијама које дизајнирају и продају процесоре желело да мислите. Наравно, постоји много других фактора и тежина свих њих зависи од вашег случаја употребе. Видео игрица са лаганим навојем обично ће имати користи од једног брзог језгра, уз подршку неколико споријих језгара. Рачунар за рендеровање ће обично имати користи од што више језгара, и док је брже боље, више језгара је још боље. У мобилним окружењима перформансе су важне, али енергетска ефикасност је најважнија, посебно када врхунске перформансе нису потребне.

Многи фактори утичу на перформансе у свим овим сценаријима, али један константан фактор је сат. У ЦПУ-у сигнал сата одређује када се ствари дешавају. Бржа брзина такта значи више операција у датом времену. Ово звучи сјајно, сигурно само желите да откуцава што је брже могуће, зар не? Не тако брзо. Прво, сваки откуцај сата изазива пулс снаге. Ова моћ мора да дође однекуд. То такође резултира производњом топлоте, која се затим мора распршити. Друго, заправо је заиста тешко осигурати да све буде правилно синхронизовано, а све је теже што сат брже откуцава.

Управљање напајањем и топлотом

Постоје две главне употребе електричне енергије. Први је константна струја система који је укључен. Други је скок од система који се укључује. Главни извор потрошње енергије у ЦПУ-у је заправо због сталног укључивања и искључивања кола. Сигнал сата покреће то пребацивање. Он такође, сам, доприноси нетривијалној количини те потрошње енергије.

Ствар је у томе што неки делови хардвера на ЦПУ-у нису потребни у сваком ЦПУ циклусу. У већини циклуса такта, појединачни регистар, на пример, неће бити потребан. Као такво, слање сигнала сата и изазивање брзог укључивања и искључивања једноставно троши енергију, без икаквог добитка. Цлоцк гатинг је техника спречавања да сигнал такта стигне до области ЦПУ-а које нису потребне за тај одређени циклус такта.

Хардвер за гајтинг сата мора бити постављен на путању сигнала сата до сваког дела функционалности који бисте можда желели да искључите са сата. Тамо где је више делова функционалности увек и искључиво потребно заједно, могуће их је поставити иза исте капије сата. Онемогућавањем сатног сигнала иза капије, главни извор потрошње енергије се може уклонити. Ово може помоћи да се значајно смањи потрошња енергије, што је посебно важно за уређаје на батерије.

Напомена: Сама капија сата користи енергију, тако да је важно осигурати да се користи само тамо где ће уштедети више енергије него што користи.

Апсолутно ограничење брзине

Раније смо споменули да је све теже синхронизовати брзе сатове. Нажалост, то је тешко и брзо правило које намеће основна физика. Највећа брзина којом било шта може да путује је брзина светлости у вакууму. То је отприлике триста милиона метара у секунди (или 670.600.000 миља на сат) што је заиста брзо. Још једна ствар која је заиста брза је брзина такта на модерним процесорима. 5,7 ГХз или 5,7 милијарди откуцаја у секунди значи један такт на сваких 175 пикосекунди, или 0,175 наносекунди. Када их саставите, можете израчунати колико далеко светлост може да путује у временском оквиру једног откуцаја сата. То је 55 мм или 2,1 инча.

Сада рачунари не раде на фотонима, барем још не раде, иако је фотоника напредна област. Рачунари раде на електронима који се крећу спорије. Такође не постоји ни једна права линија којом би електрони путовали и постоји много електронских компоненти које су на путу. Сваки од њих одлаже ширење сигнала. У том циљу, сигнал такта треба да се уведе у ЦПУ на много различитих тачака да би заправо био правилно синхронизован у целој ствари.

Као што је поменуто, електроника која интервенише успорава ширење сигнала сата. Ово важи чак и за капије за сат. Као такав, током дизајна ЦПУ-а, важно је ово узети у обзир. Такође је важно разумети тачно какав ефекат ово може имати на укупан облик сигнала сата. Мало одложена предња ивица се може комбиновати са правилно поравнатом опадајућом ивицом, што резултира краћим периодом такта и потенцијално непотпуним функцијама.

Закључак

Цлоцк Гате је компонента кола која се користи у дизајну процесора. Он спречава или омогућава да сигнал синхронизационог сата стигне до једне или више даљих компоненти. Ово у суштини делује као прекидач. Главна сврха је уштеда енергије тако што се не троши енергија на укључивање и искључивање кола која не би требало да раде ништа. Такође спречава да се та енергија претвори у топлоту. Ово оставља више топлотног и енергетског буџета за друге компоненте процесора које се користе. Алтернативно, смањује укупно оптерећење система на систему за напајање и хлађење. Дизајн система треба да узме у обзир кашњење које било која компонента, чак и прекидач поставља на тако уско темпиран сигнал сата. Такође се мора водити рачуна да отварање капије не шаље скраћени сигнал сата ако је сигнал сата већ висок док се капија отвара.