クロックレートとは？

コンピュータプロセッサの大部分は、クロックレートに基づいて動作します。クロックレートは、プロセッサのクロックジェネレータの発振周波数の尺度です。これらのクロックパルスは、プロセッサの動作を同期させるために使用され、プロセッサ速度の合理的な指標となります。つまり、CPU が特定の機能を実行できる速度です。

クロックレートは、SI unites Hertz を使用して 1 秒あたりのサイクル数で測定されます。最新の CPU と GPU は通常、ギガヘルツ (GHz)、つまり 1 秒あたり数十億サイクルで測定されます。歴史的に、プロセッサのクロックレートが低い場合は、メガヘルツ (MHz) やキロヘルツ (kHz) も使用されてきました。

時計はあなたが思っている場所ではありません

CPU のクロックレートを設定するために使用される実際のクロックジェネレータは、CPU 自体にあると考えるかもしれません。クロックジェネレータは、マザーボードの CPU チップセットにあります。チップセットはベースクロックを設定します。これは通常、正確に 100MHz です。次に、CPU はベースクロックに乗算器を適用してクロック速度を設定します。

クロックレートを設定するコアオシレータは、電荷が加えられると正確に 1 つの周波数で発振する水晶振動子です。乗数を使用するということは、実際の CPU クロックレートを自由に変更できることを意味します。これは、アイドリング時に電力を節約しようとする場合や、負荷がかかっているときにブーストを上げようとする場合に役立ちます。オーバークロックは、この乗数を手動で増加させるプロセスです。

一部のマザーボードは、125MHz で実行できる 2 番目のベースクロックを提供します。これにより、より速い速度で振動する 2 番目の物理的な水晶振動子が形成されます。ご想像のとおり、これにより、乗数がロックされている CPU でもシステムパフォーマンスが向上します。残念ながら、基本的にすべてが 100MHz のベースクロックを想定しているため、これにより他のコンポーネントで安定性の問題が発生する可能性があります。走行距離は異なる場合がありますが、これは一般的にお勧めできません。

速度制限の許可

電気回路内の電子は非常に速く移動でき、通常は光速の 3 分の 2 です。高速に聞こえるかもしれませんが、GHz 範囲のクロックレートにはいくつかの問題があります。5GHz のクロック速度では、CPU クロックは 0.2 ナノ秒ごとに 1 回振動します。宇宙の絶対速度限界は、真空中の光の速度です。光の速度は非常に速く、毎秒約 3 億メートルです。それでも、0.2 ナノ秒では、光は 6 センチまたは 2.4 インチしか移動しません。

現在、CPU はそれほど大きくはありませんが、サイズは比較的 6 センチメートル近くあります。光よりも遅い電子が CPU を通過する経路は、まっすぐではありません。これは、単一のクロックでは、CPU の一方の側が後でクロックパルスを取得するため、コヒーレンスの問題につながります。これに対抗するために、CPU には複数のクロックがあり、それらはすべて慎重に同期されますが、CPU 全体の中ではるかに小さな領域をカバーします。これにより、最新の高速 CPU の同期を維持できます。

ビニング

CPU は、特定のクロック速度で動作するように設計されています。メーカーはクロック速度を保証して販売しています。より高速なモデルは、ほとんどの場合、より高価になります。欠陥がなくても、製造公差により、性能に影響を与えるわずかな変動が生じます。すべての CPU が販売される前に、その機能を確認するためにテストされます。最高のクロックレートに達することができる場合、高性能の「ビン」に分類されます。

同様に、ピーク速度には達していないが、下位のプロセッサ層向けの速度に到達できる CPU は、パフォーマンスの低いビンに分類されます。このプロセスは「ビニング」と呼ばれ、一般に、高価な CPU ほど高いクロックレートで実行できる可能性が高いことを意味します。低いビンの CPU が、宣伝されている層よりも優れたパフォーマンスを発揮する可能性があります。ただし、通常はより高いビンに配置されていないため、それを大幅に超えることはできない場合があります。

ただし、すべての CPU が完璧であるとは限りません。また、製造上の欠陥により、CPU が動作しなくなることがあります。これらの製造上の欠陥は、特定の機能を単に無効にするほど十分に小さい場合があります。たとえば、CPU にわずかな障害がある場合、CPU の残りの部分は正常であるにもかかわらず、1 つのコアが動作しなくなる可能性があります。

製品を販売するために、メーカーは通常、影響を受ける部品を無効にし、必要に応じて、製品層を満たすために、完全に機能する部品も無効にします。これにより、製造業者は、たとえば 6 コアの CPU を 4 コアの CPU として販売することができ、高価な製品を単に廃棄するよりも多くの利益を得ることができます。通常、これがクロックレートに直接影響することはありませんが、一部のパーツが無効になっているという理由だけで、トップビンの CPU が下位層に配置されることを意味する場合があります。

結論

クロックレートは CPU パフォーマンスの重要な要素ですが、CPU アーキテクチャ間で直接比較できるわけではありません。CPU のクロックレートは、実際には間接的に設定されます。標準の 100MHz ベースクロックは、ほとんどすべてのコンピュータで使用されています。

次に、CPU はこのベースクロックに乗数を設定して、実際のクロックレートを取得します。CPU は、特定のクロックレート以下で動作することを保証して販売されています。多くの場合、オーバークロックによってそれを超えることができます。ただし、より多くの電力を消費し、より多くの熱を生成するため、多くの場合、十分な冷却が必要です。