什麼是時鐘頻率？

絕大多數計算機處理器基於時鐘速率運行。時鐘速率是處理器時鐘發生器振盪頻率的量度。這些時鐘脈衝用於同步處理器的操作，是處理器速度的合理指標。換句話說，它是 CPU 執行特定功能的速率。

時鐘速率使用 SI 單位赫茲以每秒週期數測量。現代 CPU 和 GPU 通常以千兆赫茲 (GHz) 或每秒數十億個週期為單位進行測量。從歷史上看，當處理器時鐘速率較低時，會使用兆赫 (MHz) 甚至千赫 (kHz)。

時鐘不是你想的那樣

您可能認為用於設置 CPU 時鐘頻率的實際時鐘發生器是在 CPU 本身上。時鐘發生器位於主板上的 CPU 芯片組中。芯片組設置基本時鐘。這通常正好是 100MHz。然後，CPU 通過將倍頻器應用於基本時鐘來設置其時鐘速度。

設置時鐘速率的核心振盪器是石英晶體，當施加電荷時，它會精確地以一個頻率振盪。使用乘法器意味著可以隨意更改實際的 CPU 時鐘速率。當嘗試在空轉時節省電力或在負載下嘗試提高功率時，這會派上用場。超頻就是手動增加這個倍頻的過程。

一些主板提供可以運行在 125MHz 的第二個基本時鐘。這形成了以更快的速率振蕩的第二個物理石英晶體。正如您所料，這可以提高系統性能，即使在具有鎖定乘法器的 CPU 上也是如此，因為它現在已關閉以乘以更大的值。不幸的是，這可能會導致其他組件出現穩定性問題，因為基本上所有組件都採用 100MHz 的基本時鐘。您的里程可能會有所不同，但這通常是不可取的。

允許速度限制

電路中的電子行進速度非常快，通常是光速的三分之二。這聽起來可能很快，但 GHz 範圍內的時鐘速率存在一些問題。在 5GHz 的時鐘速度下，CPU 時鐘每 0.2 納秒振盪一次。宇宙的絕對速度極限是真空中的光速。光速非常快，幾乎是每秒三億米。儘管如此，在 0.2 納秒內，光只傳播了 6 厘米或 2.4 英寸。

現在的CPU不是特別大，但是比較接近六厘米大小。比光速還慢的電子通過 CPU 的路徑很難是直的。這會導致一致性問題，因為使用單個時鐘時，CPU 的一側只會稍後獲得時鐘脈衝。為了解決這個問題，CPU 有多個時鐘，它們都經過仔細同步，但在整個 CPU 中覆蓋的區域要小得多。這允許現代高速 CPU 保持同步。

分級

CPU 設計為以特定的時鐘速度運行。製造商以有保證的時鐘速度出售它們。更快的模型幾乎總是更昂貴。即使沒有缺陷，製造公差也會導致影響性能的微小變化。在出售每個 CPU 之前，都會對其進行測試以確認其功能。如果它能達到最高的時鐘速率，它就會被分類到一個高性能的“bin”中。

同樣，未達到峰值速度但可以達到較低處理器層的預期速度的 CPU 被分類到較低性能的容器中。這個過程稱為“合併”，通常意味著更昂貴的 CPU 可能能夠以更高的時鐘速率運行。來自較低 bin 的 CPU 的性能可能優於其宣傳的層級。但是，它們可能無法超過它很多，因為它們通常不會被放置在更高的垃圾箱中。

但是，並非每個 CPU 都是完美的，製造缺陷只會阻止 CPU 運行。這些製造缺陷有時可能非常小，以至於可以簡單地禁用某些功能。例如，如果一個 CPU 有一個微小的故障，這可能會導致單個內核無法工作，而 CPU 的其餘部分卻沒有問題。

為了銷售產品，製造商通常會禁用受影響的部件——如果有必要，為了滿足產品等級——甚至是一些功能完美的部件。例如，這可以讓製造商將六核 CPU 作為四核 CPU 進行銷售，這仍然比簡單地丟棄昂貴的產品更能賺到錢。通常，這不會直接影響時鐘速率，儘管這可能意味著本應位於頂部 bin 的 CPU 僅僅因為某些部分被禁用而被放置在較低層。

結論

時鐘速率是 CPU 性能的一個關鍵因素，儘管它可能無法在 CPU 架構之間直接比較。CPU 的時鐘速率實際上是間接設置的。幾乎所有計算機都使用標準的 100MHz 基本時鐘。

然後 CPU 在這個基本時鐘上設置一個倍頻器以獲得它的實際時鐘速率。出售 CPU 時保證以特定時鐘速率或更低速率運行。在許多情況下，可以通過超頻將它們推到更高的水平。然而，這通常需要良好的冷卻，因為它會消耗更多功率並產生更多熱量。