Wat is kloksnelheid?

De overgrote meerderheid van computerprocessors werkt op basis van een kloksnelheid. De kloksnelheid is een maat voor de trillingsfrequentie van de klokgenerator van de processor. Deze klokpulsen worden gebruikt om de bewerkingen van de processor te synchroniseren en zijn een redelijke indicator van de processorsnelheid. Met andere woorden, het is de snelheid waarmee de CPU specifieke functies kan uitvoeren.

De kloksnelheid wordt gemeten in cycli per seconde met behulp van de SI verenigt Hertz. Moderne CPU's en GPU's worden meestal gemeten in Gigahertz (GHz), of miljarden cycli per seconde. Historisch gezien werden megahertz (MHz) en zelfs kilohertz (kHz) gebruikt wanneer de kloksnelheden van de processor lager waren.

De klok is niet waar je denkt dat hij is

Je zou kunnen denken dat de eigenlijke klokgenerator die wordt gebruikt om de kloksnelheid van een CPU in te stellen, op de CPU zelf zit. De klokgenerator bevindt zich in de CPU-chipset op het moederbord. De chipset stelt de basisklok in. Dit is meestal precies 100 MHz. De CPU stelt vervolgens zijn kloksnelheid in door een vermenigvuldiger toe te passen op de basisklok.

De kernoscillator die de kloksnelheid instelt, is een kwartskristal dat op precies één frequentie oscilleert wanneer een elektrische lading wordt toegepast. Het gebruik van een vermenigvuldiger betekent dat het mogelijk is om de werkelijke CPU-kloksnelheid naar believen te wijzigen. Dit kan handig zijn wanneer u probeert energie te besparen bij stationair draaien of wanneer u onder belasting een hogere boost probeert te geven. Overklokken is het proces van het handmatig verhogen van deze vermenigvuldiger.

Sommige moederborden bieden een tweede basisklok die op 125 MHz kan draaien. Dit vormt een tweede fysiek kwartskristal dat sneller oscilleert. Zoals je zou verwachten, kan dit de systeemprestaties verbeteren, zelfs op CPU's met een vergrendelde multiplier, omdat het nu gesloten is voor het vermenigvuldigen van een grotere waarde. Helaas kan dit stabiliteitsproblemen veroorzaken met andere componenten, aangezien in principe alles uitgaat van een basisklok van 100 MHz. Uw kilometerstand kan variëren, maar dit is over het algemeen niet aan te raden.

Snelheidsbeperkingen toestaan

Elektronen in elektrische circuits kunnen vrij snel reizen, meestal tweederde van de lichtsnelheid. Dat klinkt misschien snel, maar er zijn enkele problemen met kloksnelheden in het GHz-bereik. Bij een kloksnelheid van 5 GHz oscilleert de CPU-klok eens per 0,2 nanoseconde. De absolute snelheidslimiet van het universum is de lichtsnelheid in een vacuüm. De snelheid van het licht is erg snel, bijna 300 miljoen meter per seconde. Toch legt licht in 0,2 nanoseconden slechts 6 centimeter of 2,4 inch af.

Nu zijn CPU's niet bijzonder groot, maar ze zijn relatief dicht bij zes centimeter groot. Het pad dat een - langzamer dan het licht - elektron door een CPU zou afleggen, is nauwelijks recht. Dit leidt tot coherentieproblemen omdat - met een enkele klok - één kant van de CPU de klokpuls later gewoon zou krijgen. Om dat tegen te gaan, hebben CPU's meerdere klokken die allemaal zorgvuldig zijn gesynchroniseerd, maar een veel kleiner gebied beslaan binnen de algehele CPU. Hierdoor kunnen moderne high-speed CPU's gesynchroniseerd blijven.

Binning

CPU's zijn ontworpen om met een bepaalde kloksnelheid te werken. Fabrikanten verkopen ze met een gegarandeerde kloksnelheid. De snellere modellen zullen bijna altijd duurder zijn. Zelfs zonder defecten leiden productietoleranties tot kleine variaties die de prestaties beïnvloeden. Voordat elke CPU wordt verkocht, wordt deze getest om de mogelijkheden ervan te bevestigen. Het wordt gesorteerd in een krachtige "bak" als het de hoogste kloksnelheid kan bereiken.

Evenzo worden CPU's die de pieksnelheden niet halen, maar wel de snelheden kunnen bereiken die bedoeld zijn voor lagere processorlagen, gesorteerd in bakken met lagere prestaties. Dit proces wordt "binning" genoemd en betekent over het algemeen dat duurdere CPU's waarschijnlijk met hogere kloksnelheden kunnen werken. Het kan mogelijk zijn dat CPU's uit lagere bakken beter presteren dan hun geadverteerde niveau. Ze kunnen het echter mogelijk niet veel overschrijden, omdat ze meestal niet in hogere bakken werden geplaatst.

Niet elke CPU komt er echter perfect uit, en fabricagefouten kunnen eenvoudig voorkomen dat een CPU ooit werkt. Deze fabricagefouten kunnen soms zo klein zijn dat bepaalde functies eenvoudig kunnen worden uitgeschakeld. Als een CPU bijvoorbeeld een kleine fout heeft, kan dit voorkomen dat een enkele kern werkt terwijl de rest van de CPU in orde is.

Om het product te verkopen, zal de fabrikant doorgaans de betrokken onderdelen uitschakelen – en indien nodig zelfs enkele perfect functionele onderdelen om aan een productniveau te voldoen. Dit kan de fabrikant in staat stellen om wat bijvoorbeeld een CPU met zes kernen was, te verkopen als een CPU met vier kernen, waarmee ze nog steeds meer geld verdienen dan simpelweg een duur product weggooien. Doorgaans heeft dit geen directe invloed op de kloksnelheid, hoewel het kan betekenen dat wat een CPU van de bovenste plank zou zijn geweest, in een lagere laag wordt geplaatst, simpelweg omdat sommige onderdelen zijn uitgeschakeld.

Conclusie

De kloksnelheid is een kritieke factor in CPU-prestaties, hoewel deze mogelijk niet direct vergelijkbaar is tussen CPU-architecturen. De kloksnelheid van een CPU wordt eigenlijk indirect ingesteld. In bijna alle computers wordt een standaard basisklok van 100 MHz gebruikt.

De CPU stelt vervolgens een vermenigvuldiger in op deze basisklok om de werkelijke kloksnelheid te krijgen. CPU's worden verkocht met een garantie om te werken met een bepaalde kloksnelheid of lager. In veel gevallen kunnen ze verder gaan dan dat via overklokken. Dat vereist echter vaak een goede koeling omdat het meer stroom trekt en meer warmte genereert.