Cosè la frequenza di clock?

La stragrande maggioranza dei processori per computer funziona in base a una frequenza di clock. La frequenza di clock è una misura della frequenza delle oscillazioni del generatore di clock del processore. Questi impulsi di clock vengono utilizzati per sincronizzare le operazioni del processore e sono un indicatore ragionevole della velocità del processore. In altre parole, è la velocità con cui la CPU può eseguire funzioni specifiche.

La frequenza di clock viene misurata in cicli al secondo utilizzando il SI unisce Hertz. Le moderne CPU e GPU sono in genere misurate in Gigahertz (GHz), o miliardi di cicli al secondo. Storicamente, Megahertz (MHz) e persino Kilohertz (kHz) sono stati utilizzati quando le frequenze di clock del processore erano inferiori.

L'orologio non è dove pensi che sia

Si potrebbe pensare che l'effettivo generatore di clock utilizzato per impostare la frequenza di clock di una CPU sia sulla CPU stessa. Il generatore di clock si trova nel chipset della CPU sulla scheda madre. Il chipset imposta il clock di base. Questo è in genere esattamente 100 MHz. La CPU quindi imposta la sua velocità di clock applicando un moltiplicatore al clock di base.

L'oscillatore centrale che imposta la frequenza di clock è un cristallo di quarzo che oscilla esattamente a una frequenza quando viene applicata una carica elettrica. L'uso di un moltiplicatore significa che è possibile modificare a piacere il clock rate effettivo della CPU. Questo può tornare utile quando si cerca di risparmiare energia quando si è al minimo o quando si cerca di aumentare la potenza quando si è sotto carico. L'overclocking è il processo di aumento manuale di questo moltiplicatore.

Alcune schede madri offrono un secondo clock di base che può funzionare a 125 MHz. Questo forma un secondo cristallo di quarzo fisico che oscilla a una velocità maggiore. Come ci si potrebbe aspettare, questo può aumentare le prestazioni del sistema, anche su CPU con un moltiplicatore bloccato, perché ora è chiuso alla moltiplicazione di un valore maggiore. Sfortunatamente, questo può causare problemi di stabilità con altri componenti poiché praticamente tutto presuppone un clock di base di 100 MHz. Il tuo chilometraggio può variare, ma questo generalmente non è consigliabile.

Tenendo conto dei limiti di velocità

Gli elettroni nei circuiti elettrici possono viaggiare abbastanza velocemente, tipicamente due terzi della velocità della luce. Potrebbe sembrare veloce, ma ci sono alcuni problemi con le frequenze di clock nella gamma GHz. A una velocità di clock di 5 GHz, il clock della CPU oscilla una volta ogni 0,2 nanosecondi. Il limite assoluto di velocità dell'universo è la velocità della luce nel vuoto. La velocità della luce è molto elevata, quasi 300 milioni di metri al secondo. Tuttavia, in 0,2 nanosecondi, la luce viaggia solo per 6 centimetri o 2,4 pollici.

Ora le CPU non sono particolarmente grandi, ma sono relativamente vicine ai sei centimetri. Il percorso che un elettrone, più lento della luce, farebbe attraverso una CPU non è affatto rettilineo. Ciò porta a problemi di coerenza poiché, con un singolo clock, un lato della CPU otterrebbe semplicemente l'impulso di clock in un secondo momento. Per contrastare ciò, le CPU hanno più clock che sono tutti accuratamente sincronizzati ma coprono un'area molto più piccola all'interno della CPU complessiva. Ciò consente alle moderne CPU ad alta velocità di rimanere sincronizzate.

Binning

Le CPU sono progettate per funzionare a una velocità di clock specifica. I produttori li vendono con una velocità di clock garantita. I modelli più veloci saranno quasi sempre più costosi. Anche senza difetti, le tolleranze di fabbricazione portano a lievi variazioni che incidono sulle prestazioni. Prima che ogni CPU venga venduta, viene testata per confermarne le capacità. Viene ordinato in un "bin" ad alte prestazioni se può raggiungere la frequenza di clock più elevata.

Allo stesso modo, le CPU che non raggiungono le velocità di picco ma possono raggiungere le velocità previste per i livelli di processore inferiori vengono ordinate in contenitori di prestazioni inferiori. Questo processo è chiamato "binning" e in genere significa che è probabile che le CPU più costose siano in grado di funzionare a frequenze di clock più elevate. È possibile che le CPU di bin inferiori abbiano prestazioni migliori rispetto al livello pubblicizzato. Tuttavia, potrebbero non essere in grado di superarlo di molto poiché in genere non sono stati collocati in contenitori più alti.

Tuttavia, non tutte le CPU risultano perfette e i difetti di fabbricazione possono semplicemente impedire a una CPU di funzionare. Questi difetti di fabbricazione a volte possono essere abbastanza lievi da poter semplicemente disabilitare alcune funzionalità. Ad esempio, se una CPU ha un piccolo errore, ciò potrebbe impedire a un singolo core di funzionare mentre il resto della CPU va bene.

Per vendere il prodotto, il produttore in genere disabilita le parti interessate e, se necessario, per soddisfare un livello di prodotto, anche alcune parti perfettamente funzionanti. Ciò può consentire al produttore di vendere quella che era, ad esempio, una CPU a sei core come una CPU a quattro core, il che gli fa comunque guadagnare più denaro rispetto al semplice scarto di un prodotto costoso. In genere, questo non influisce direttamente sulla frequenza di clock, anche se potrebbe significare che quella che sarebbe stata una CPU top bin viene collocata in un livello inferiore semplicemente perché alcune parti sono state disabilitate.

Conclusione

La frequenza di clock è un fattore critico nelle prestazioni della CPU, anche se potrebbe non essere direttamente confrontabile tra le architetture della CPU. La frequenza di clock di una CPU è effettivamente impostata indirettamente. Quasi tutti i computer utilizzano un clock di base standard da 100 MHz.

La CPU quindi imposta un moltiplicatore su questo clock di base per ottenere la sua frequenza di clock effettiva. Le CPU sono vendute con la garanzia di funzionare a una frequenza di clock specifica o inferiore. In molti casi, possono essere spinti oltre tramite l'overclocking. Tuttavia, ciò spesso richiede un buon raffreddamento in quanto consuma più energia e genera più calore.