อัตรานาฬิกาคืออะไร?

โปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์ส่วนใหญ่ทำงานตามอัตราสัญญาณนาฬิกา อัตราสัญญาณนาฬิกาเป็นการวัดความถี่ของการสั่นของเครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกาของโปรเซสเซอร์ พัลส์นาฬิกาเหล่านี้ใช้เพื่อซิงโครไนซ์การทำงานของโปรเซสเซอร์และเป็นตัวบ่งชี้ความเร็วโปรเซสเซอร์ที่เหมาะสม กล่าวอีกนัยหนึ่งคืออัตราที่ CPU สามารถทำหน้าที่เฉพาะได้

อัตราสัญญาณนาฬิกาวัดเป็นรอบต่อวินาทีโดยใช้หน่วย SI รวมเฮิรตซ์ โดยทั่วไปแล้ว CPU และ GPU สมัยใหม่จะวัดเป็นกิกะเฮิรตซ์ (GHz) หรือหลายพันล้านรอบต่อวินาที ในอดีต เมกะเฮิรตซ์ (MHz) และแม้กระทั่งกิโลเฮิรตซ์ (kHz) ถูกนำมาใช้เมื่ออัตราสัญญาณนาฬิกาของโปรเซสเซอร์ต่ำกว่า

นาฬิกาไม่ใช่ที่ที่คุณคิด

คุณอาจคิดว่าตัวสร้างสัญญาณนาฬิกาที่ใช้จริงในการตั้งค่าอัตราสัญญาณนาฬิกาของ CPU นั้นอยู่ในตัว CPU เอง เครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกาอยู่ในชิปเซ็ต CPU บนเมนบอร์ด ชิปเซ็ตตั้งค่านาฬิกาพื้นฐาน โดยทั่วไปจะเป็น 100MHz จากนั้น CPU จะตั้งค่าความเร็วสัญญาณนาฬิกาโดยใช้ตัวคูณกับสัญญาณนาฬิกาพื้นฐาน

ออสซิลเลเตอร์หลักที่กำหนดอัตราสัญญาณนาฬิกาคือคริสตัลควอตซ์ที่สั่นด้วยความถี่เดียวอย่างแม่นยำเมื่อใช้ประจุไฟฟ้า การใช้ตัวคูณหมายความว่าสามารถเปลี่ยนอัตราสัญญาณนาฬิกา CPU จริงได้ตามต้องการ สิ่งนี้มีประโยชน์เมื่อพยายามประหยัดพลังงานเมื่อไม่ได้ใช้งานหรือเมื่อพยายามเพิ่มพลังให้สูงขึ้นเมื่อโหลดน้อย การโอเวอร์คล็อกเป็นกระบวนการเพิ่มตัวคูณนี้ด้วยตนเอง

มาเธอร์บอร์ดบางรุ่นมีนาฬิกาฐานที่สองที่สามารถทำงานที่ 125MHz สิ่งนี้ก่อตัวเป็นผลึกควอทซ์กายภาพที่สองที่สั่นด้วยอัตราที่เร็วกว่า อย่างที่คุณคาดไว้ สิ่งนี้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของระบบได้ แม้ใน CPU ที่มีการล็อคตัวคูณไว้ เนื่องจากขณะนี้ตัวคูณถูกปิดไม่ให้คูณด้วยค่าที่มากขึ้น น่าเสียดายที่สิ่งนี้อาจทำให้เกิดปัญหาความเสถียรกับส่วนประกอบอื่น ๆ เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วทุกอย่างจะถือว่านาฬิกาพื้นฐานอยู่ที่ 100MHz ระยะทางของคุณอาจแตกต่างกันไป แต่โดยทั่วไปไม่แนะนำให้เลือก

การอนุญาตให้จำกัดความเร็ว

อิเลคตรอนในวงจรไฟฟ้าสามารถเดินทางได้ค่อนข้างเร็ว โดยทั่วไปคือ 2 ใน 3 ของความเร็วแสง อาจฟังดูเร็ว แต่มีปัญหาบางอย่างเกี่ยวกับอัตราสัญญาณนาฬิกาในช่วง GHz ที่ความเร็วสัญญาณนาฬิกา 5GHz นาฬิกา CPU จะสั่นทุกๆ 0.2 นาโนวินาที ความเร็วสัมบูรณ์ของเอกภพคือความเร็วแสงในสุญญากาศ ความเร็วแสงเร็วมากเกือบ 300 ล้านเมตรต่อวินาที ถึงกระนั้นในเวลา 0.2 นาโนวินาที แสงเดินทางได้เพียง 6 เซนติเมตรหรือ 2.4 นิ้วเท่านั้น

ตอนนี้ CPU มีขนาดไม่ใหญ่มากนัก แต่มีขนาดเกือบหกเซนติเมตร เส้นทาง - ช้ากว่าแสง - อิเล็กตรอนจะผ่าน CPU นั้นแทบจะไม่เป็นเส้นตรง สิ่งนี้นำไปสู่ปัญหาการเชื่อมโยงกัน - ด้วยนาฬิกาเดียว - ด้านหนึ่งของ CPU จะได้รับพัลส์สัญญาณนาฬิกาในภายหลัง เพื่อต่อสู้กับสิ่งนั้น CPU มีนาฬิกาหลายตัวที่ซิงโครไนซ์อย่างระมัดระวัง แต่ครอบคลุมพื้นที่ที่เล็กกว่ามากภายใน CPU โดยรวม สิ่งนี้ทำให้ซีพียูความเร็วสูงที่ทันสมัยสามารถซิงโครไนซ์ได้

บินนิ่ง

CPU ได้รับการออกแบบมาให้ทำงานที่ความเร็วสัญญาณนาฬิกาเฉพาะ ผู้ผลิตขายด้วยความเร็วสัญญาณนาฬิกาที่รับประกัน รุ่นที่เร็วกว่ามักจะมีราคาแพงกว่า แม้จะไม่มีข้อบกพร่อง เกณฑ์ความคลาดเคลื่อนในการผลิตก็นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพ ก่อนจำหน่าย CPU ทุกตัวจะได้รับการทดสอบเพื่อยืนยันความสามารถ มันถูกจัดเรียงเป็น "ถังขยะ" ประสิทธิภาพสูงหากสามารถเข้าถึงอัตราสัญญาณนาฬิกาสูงสุดได้

ในทำนองเดียวกัน CPU ที่มีความเร็วไม่ถึงระดับสูงสุดแต่สามารถเข้าถึงความเร็วที่กำหนดสำหรับระดับโปรเซสเซอร์ที่ต่ำกว่าจะถูกจัดเรียงลงในถังประสิทธิภาพที่ต่ำกว่า กระบวนการนี้เรียกว่า "binning" และโดยทั่วไปหมายความว่า CPU ที่มีราคาแพงกว่ามีแนวโน้มที่จะสามารถทำงานที่อัตราสัญญาณนาฬิกาที่สูงขึ้นได้ เป็นไปได้ที่ซีพียูจากช่องด้านล่างจะทำงานได้ดีกว่าระดับที่โฆษณาไว้ อย่างไรก็ตาม พวกมันอาจไม่สามารถจุได้มากเท่าที่ปกติแล้วพวกมันไม่ได้ถูกวางไว้ในถังขยะที่สูงขึ้น

ไม่ใช่ว่า CPU ทุกตัวจะออกมาสมบูรณ์แบบ และข้อบกพร่องจากการผลิตสามารถขัดขวางการทำงานของ CPU ได้ ข้อบกพร่องจากการผลิตเหล่านี้บางครั้งอาจเล็กน้อยพอที่จะทำให้คุณลักษณะบางอย่างสามารถปิดใช้งานได้ ตัวอย่างเช่น หาก CPU มีข้อผิดพลาดเล็กน้อย อาจทำให้คอร์เดียวทำงานไม่ได้ในขณะที่ CPU ที่เหลือปกติดี

ในการจำหน่ายผลิตภัณฑ์ โดยทั่วไปแล้วผู้ผลิตจะปิดการใช้งานชิ้นส่วนที่ได้รับผลกระทบ และหากจำเป็น เพื่อให้เป็นไปตามระดับผลิตภัณฑ์ แม้กระทั่งชิ้นส่วนที่ใช้งานได้อย่างสมบูรณ์ สิ่งนี้ทำให้ผู้ผลิตสามารถขายสิ่งที่เคยเป็น เช่น CPU 6 คอร์เป็น CPU 4 คอร์ ซึ่งยังคงทำรายได้ให้พวกเขามากกว่าการทิ้งผลิตภัณฑ์ราคาแพงเพียงอย่างเดียว โดยทั่วไปแล้ว สิ่งนี้จะไม่ส่งผลโดยตรงต่ออัตราสัญญาณนาฬิกา แม้ว่านั่นอาจหมายความว่า CPU ที่อยู่ในช่องด้านบนจะถูกจัดให้อยู่ในระดับที่ต่ำกว่าเพียงเพราะบางส่วนถูกปิดใช้งาน

บทสรุป

อัตราสัญญาณนาฬิกาเป็นปัจจัยสำคัญในประสิทธิภาพของ CPU แม้ว่าอาจไม่สามารถเทียบเคียงได้โดยตรงระหว่างสถาปัตยกรรมของ CPU อัตราสัญญาณนาฬิกาของ CPU ถูกตั้งค่าทางอ้อม นาฬิกาพื้นฐานมาตรฐาน 100MHz ใช้ในคอมพิวเตอร์เกือบทุกเครื่อง

จากนั้น CPU จะตั้งค่าตัวคูณบนนาฬิกาฐานนี้เพื่อให้ได้อัตรานาฬิกาจริง CPU จำหน่ายพร้อมรับประกันการทำงานที่อัตราสัญญาณนาฬิกาเฉพาะหรือต่ำกว่า ในหลาย ๆ กรณี สามารถขยายออกไปได้ไกลกว่านั้นผ่านการโอเวอร์คล็อก อย่างไรก็ตาม มักจะต้องการการระบายความร้อนที่ดี เนื่องจากดึงพลังงานมากขึ้นและสร้างความร้อนมากขึ้น