Naprostá většina počítačových procesorů pracuje na základě taktovací frekvence. Hodinová frekvence je mírou frekvence kmitů generátoru hodin procesoru. Tyto hodinové impulsy se používají k synchronizaci operací procesoru a jsou přiměřeným ukazatelem rychlosti procesoru. Jinými slovy, je to rychlost, s jakou může CPU provádět specifické funkce.
Frekvence hodin se měří v cyklech za sekundu pomocí jednotek SI Hertz. Moderní CPU a GPU se obvykle měří v gigahertzích (GHz), neboli miliardách cyklů za sekundu. Historicky se megahertz (MHz) a dokonce i kilohertz (kHz) používaly, když byly frekvence procesoru nižší.
Hodiny nejsou tam, kde si myslíte, že jsou
Možná si myslíte, že skutečný generátor hodin používaný k nastavení frekvence procesoru je na samotném procesoru. Generátor hodin je umístěn v čipové sadě CPU na základní desce. Čipová sada nastavuje základní hodiny. Obvykle je to přesně 100 MHz. CPU pak nastaví svou rychlost hodin použitím násobiče na základní hodiny.
Jádrovým oscilátorem, který nastavuje frekvenci hodin, je křemenný krystal oscilující přesně na jedné frekvenci, když je aplikován elektrický náboj. Použití násobiče znamená, že je možné libovolně měnit aktuální takt CPU. To se může hodit, když se snažíte šetřit energii na volnoběh nebo když se snažíte zvýšit výkon při zatížení. Přetaktování je proces ručního zvýšení tohoto násobiče.
Některé základní desky nabízejí druhý základní takt, který může běžet na 125 MHz. Tím se vytvoří druhý fyzický krystal křemene, který kmitá rychleji. Jak byste mohli očekávat, může to zvýšit výkon systému, a to i na CPU se zamčeným násobičem, protože je nyní uzavřeno násobení větší hodnoty. Bohužel to může způsobit problémy se stabilitou u jiných komponent, protože v podstatě vše předpokládá základní takt 100 MHz. Váš počet najetých kilometrů se může lišit, ale obecně se to nedoporučuje.
Povolení omezení rychlosti
Elektrony v elektrických obvodech se mohou pohybovat poměrně rychle, obvykle dvě třetiny rychlosti světla. Může to znít rychle, ale existují určité problémy s taktovací frekvencí v rozsahu GHz. Při taktovací frekvenci 5GHz takt CPU osciluje jednou za 0,2 nanosekundy. Absolutní rychlostní limit vesmíru je rychlost světla ve vakuu. Rychlost světla je velmi vysoká, téměř 300 milionů metrů za sekundu. Přesto za 0,2 nanosekundy urazí světlo pouze 6 centimetrů nebo 2,4 palce.
Nyní CPU nejsou nijak zvlášť velké, ale jejich velikost se blíží šesti centimetrům. Cesta, kterou by elektron – pomalejší než světlo – prošel CPU, není přímá. To vede k problémům s koherencí, protože – s jediným taktem – by jedna strana CPU jednoduše dostala hodinový puls později. Aby se tomu zabránilo, CPU mají více hodin, které jsou všechny pečlivě synchronizovány, ale pokrývají mnohem menší oblast v rámci celého CPU. To umožňuje moderním vysokorychlostním procesorům zůstat synchronizované.
Binning
CPU jsou navrženy tak, aby běžely na určité rychlosti hodin. Výrobci je prodávají s garantovaným taktem. Rychlejší modely budou téměř vždy dražší. I bez vad vedou výrobní tolerance k mírným odchylkám ovlivňujícím výkon. Před prodejem každého CPU je testováno, aby se potvrdily jeho schopnosti. Pokud může dosáhnout nejvyššího taktu, je roztříděn do vysoce výkonného „přihrádky“.
Podobně procesory, které nedosahují špičkových rychlostí, ale mohou dosáhnout rychlostí určených pro nižší vrstvy procesorů, jsou seřazeny do nižších výkonnostních přihrádek. Tento proces se nazývá „binování“ a obecně znamená, že dražší procesory budou pravděpodobně schopny běžet při vyšších taktech. Je možné, že CPU z nižších přihrádek budou fungovat lépe než jejich inzerovaná vrstva. Nemusí ji však o moc překročit, protože obvykle nebyly umístěny do vyšších nádob.
Ne každý procesor je však dokonalý a výrobní vady mohou jednoduše zabránit tomu, aby procesor vůbec fungoval. Tyto výrobní vady mohou být někdy natolik malé, že některé funkce lze jednoduše deaktivovat. Pokud má například CPU drobnou poruchu, může to zabránit fungování jednoho jádra, zatímco zbytek CPU je v pořádku.
Aby výrobce prodal produkt, obvykle vyřadí dotčené díly – a pokud je to nutné, aby splnil produktovou vrstvu – dokonce i některé dokonale funkční díly. To může výrobci umožnit prodávat to, co bylo například šestijádrové CPU, jako čtyřjádrové CPU, což jim stále vydělává více peněz než pouhé vyřazení drahého produktu. Obvykle to přímo neovlivňuje taktovací frekvenci, i když to může znamenat, že to, co by bylo CPU s nejvyšší přihrádkou, bude umístěno do nižší úrovně jednoduše proto, že některé části byly deaktivovány.
Závěr
Frekvence hodin je kritickým faktorem výkonu CPU, i když mezi architekturami CPU nemusí být přímo srovnatelná. Frekvence hodin CPU je ve skutečnosti nastavena nepřímo. Téměř ve všech počítačích se používá standardní 100MHz základní takt.
CPU pak nastaví multiplikátor na těchto základních taktech, aby získal jeho skutečnou taktovací frekvenci. CPU se prodávají se zárukou, že budou pracovat při určité nebo nižší frekvenci hodin. V mnoha případech je lze překonat přetaktováním. To však často vyžaduje dobré chlazení, protože spotřebovává více energie a generuje více tepla.