Vad är klockfrekvens?

De allra flesta datorprocessorer arbetar baserat på en klockfrekvens. Klockfrekvensen är ett mått på svängningsfrekvensen hos processorns klockgenerator. Dessa klockpulser används för att synkronisera processorns operationer och är en rimlig indikator på processorhastighet. Med andra ord, det är den hastighet med vilken CPU:n kan utföra specifika funktioner.

Klockfrekvensen mäts i cykler per sekund med hjälp av SI förenar Hertz. Moderna CPU:er och GPU:er mäts vanligtvis i Gigahertz (GHz), eller miljarder cykler per sekund. Historiskt har Megahertz (MHz) och till och med Kilohertz (kHz) använts när processorns klockhastigheter var lägre.

Klockan är inte där du tror att den är

Du kanske tror att den faktiska klockgeneratorn som används för att ställa in klockfrekvensen för en CPU är på själva CPU:n. Klockgeneratorn sitter i CPU-kretsuppsättningen på moderkortet. Chipset ställer in basklockan. Detta är vanligtvis exakt 100MHz. CPU:n ställer sedan in sin klockhastighet genom att applicera en multiplikator på basklockan.

Kärnoscillatorn som ställer in klockfrekvensen är en kvartskristall som oscillerar med exakt en frekvens när en elektrisk laddning appliceras. Användningen av en multiplikator innebär att det är möjligt att ändra den faktiska CPU-klockfrekvensen efter behag. Detta kan vara praktiskt när du försöker spara ström på tomgång eller när du försöker öka högre under belastning. Överklockning är processen att manuellt öka denna multiplikator.

Vissa moderkort har en andra basklocka som kan köras på 125MHz. Detta bildar en andra fysisk kvartskristall som oscillerar i snabbare takt. Som du kan förvänta dig kan detta öka systemets prestanda, även på processorer med en låst multiplikator, eftersom det nu är stängt för att multiplicera ett större värde. Tyvärr kan detta orsaka stabilitetsproblem med andra komponenter eftersom i princip allt förutsätter en 100MHz basklocka. Din körsträcka kan variera, men detta är vanligtvis inte tillrådligt.

Tillåter hastighetsbegränsningar

Elektroner i elektriska kretsar kan färdas ganska snabbt, vanligtvis två tredjedelar av ljusets hastighet. Det kan låta snabbt, men det finns vissa problem med klockfrekvenser i GHz-intervallet. Vid en klockhastighet på 5GHz oscillerar CPU-klockan en gång var 0,2 nanosekund. Universums absoluta hastighetsgräns är ljusets hastighet i ett vakuum. Ljusets hastighet är mycket hög, nästan 300 miljoner meter per sekund. Ändå, på 0,2 nanosekunder, färdas ljuset bara 6 centimeter eller 2,4 tum.

Nu är processorerna inte särskilt stora, men de är relativt nära sex centimeter stora. Vägen en – långsammare än ljus – elektron skulle ta genom en CPU är knappast rak. Detta leder till koherensproblem eftersom – med en enda klocka – ena sidan av CPU:n helt enkelt skulle få klockpulsen senare. För att bekämpa det har CPU: er flera klockor som alla är noggrant synkroniserade men täcker ett mycket mindre område inom den totala CPU:n. Detta gör att moderna höghastighets-CPU:er förblir synkroniserade.

Binning

CPU:er är designade för att köras med en viss klockhastighet. Tillverkare säljer dem med en garanterad klockhastighet. De snabbare modellerna blir nästan alltid dyrare. Även utan defekter leder tillverkningstoleranser till små variationer som påverkar prestandan. Innan varje CPU säljs testas den för att bekräfta dess kapacitet. Den sorteras i en högpresterande "bin" om den kan nå den högsta klockfrekvensen.

På samma sätt sorteras processorer som inte når topphastigheterna men kan nå de hastigheter som är avsedda för lägre processornivåer i lager med lägre prestanda. Denna process kallas "binning" och betyder i allmänhet att dyrare processorer sannolikt kommer att kunna köras med högre klockhastigheter. Det kan vara möjligt för CPU:er från lägre fack att prestera bättre än deras annonserade nivå. Men de kanske inte kan överskrida det mycket eftersom de vanligtvis inte placerades i högre papperskorgar.

Men inte alla CPU-enheter blir perfekta, och tillverkningsfel kan helt enkelt hindra en CPU från att någonsin fungera. Dessa tillverkningsfel kan ibland vara så små att vissa funktioner helt enkelt kan inaktiveras. Till exempel, om en CPU har ett litet fel, kan detta förhindra att en enda kärna fungerar medan resten av CPU:n är bra.

För att sälja produkten kommer tillverkaren vanligtvis att inaktivera berörda delar – och om nödvändigt för att möta en produktnivå – även vissa perfekt fungerande delar. Detta kan göra det möjligt för tillverkaren att sälja vad som till exempel var en sexkärnig CPU som en fyrkärnig CPU, vilket fortfarande tjänar dem mer pengar än att bara kassera en dyr produkt. Vanligtvis påverkar detta inte klockfrekvensen direkt, även om det kan betyda att det som skulle ha varit en CPU i toppbehållaren placeras i en lägre nivå helt enkelt för att vissa delar var inaktiverade.

Slutsats

Klockfrekvensen är en kritisk faktor för CPU-prestanda, även om den kanske inte är direkt jämförbar mellan CPU-arkitekturer. Klockfrekvensen för en CPU ställs faktiskt in indirekt. En standard 100MHz basklocka används i nästan alla datorer.

CPU:n sätter sedan en multiplikator på denna basklocka för att få dess faktiska klockfrekvens. CPU:er säljs med en garanti för att fungera med en specifik klockfrekvens eller lägre. I många fall kan de skjutas bortom det via överklockning. Men det kräver ofta bra kylning eftersom det drar mer ström och genererar mer värme.