La stragrande maggioranza dei processori per computer funziona in base a una frequenza di clock. La frequenza di clock è una misura della frequenza delle oscillazioni del generatore di clock del processore. Questi impulsi di clock vengono utilizzati per sincronizzare le operazioni del processore e sono un ragionevole indicatore della velocità del processore. In altre parole, è la velocità con cui la CPU può svolgere funzioni specifiche.
La frequenza di clock viene misurata in cicli al secondo utilizzando SI unisce Hertz. Le moderne CPU e GPU sono generalmente misurate in Gigahertz (GHz) o miliardi di cicli al secondo. Storicamente, Megahertz (MHz) e persino Kilohertz (kHz) sono stati utilizzati quando le frequenze di clock del processore erano inferiori.
L'orologio non è dove pensi che sia
Potresti pensare che il generatore di clock effettivo utilizzato per impostare la frequenza di clock di una CPU sia sulla CPU stessa. Il generatore di clock si trova nel chipset della CPU sulla scheda madre. Il chipset imposta il clock di base. Questo è in genere esattamente 100 MHz. La CPU quindi imposta la sua velocità di clock applicando un moltiplicatore al clock di base.
L'oscillatore centrale che imposta la frequenza di clock è un cristallo di quarzo che oscilla esattamente a una frequenza quando viene applicata una carica elettrica. L'uso di un moltiplicatore significa che è possibile modificare a piacimento la frequenza di clock della CPU effettiva. Questo può tornare utile quando si cerca di risparmiare energia quando si è al minimo o quando si cerca di aumentare la potenza quando si è sotto carico. L'overclocking è il processo per aumentare manualmente questo moltiplicatore.
Alcune schede madri offrono un secondo clock di base che può funzionare a 125 MHz. Questo forma un secondo cristallo di quarzo fisico che oscilla a una velocità maggiore. Come ci si potrebbe aspettare, questo può aumentare le prestazioni del sistema, anche su CPU con un moltiplicatore bloccato, perché ora è chiuso alla moltiplicazione di un valore maggiore. Sfortunatamente, questo può causare problemi di stabilità con altri componenti poiché praticamente tutto presuppone un clock di base di 100 MHz. Il tuo chilometraggio può variare, ma generalmente non è consigliabile.
Consentire i limiti di velocità
Gli elettroni nei circuiti elettrici possono viaggiare abbastanza velocemente, in genere due terzi della velocità della luce. Potrebbe sembrare veloce, ma ci sono alcuni problemi con le frequenze di clock nella gamma GHz. A una velocità di clock di 5GHz, il clock della CPU oscilla una volta ogni 0,2 nanosecondi. Il limite di velocità assoluto dell'universo è la velocità della luce nel vuoto. La velocità della luce è molto elevata, quasi 300 milioni di metri al secondo. Tuttavia, in 0,2 nanosecondi, la luce viaggia solo di 6 centimetri o 2,4 pollici.
Ora le CPU non sono particolarmente grandi, ma hanno una dimensione relativamente vicina ai sei centimetri. Il percorso che un elettrone, più lento della luce, impiegherebbe attraverso una CPU non è affatto rettilineo. Ciò porta a problemi di coerenza poiché, con un singolo clock, un lato della CPU otterrebbe semplicemente l'impulso di clock in un secondo momento. Per combattere questo, le CPU hanno più clock che sono tutti accuratamente sincronizzati ma coprono un'area molto più piccola all'interno della CPU complessiva. Ciò consente alle moderne CPU ad alta velocità di rimanere sincronizzate.
Binning
Le CPU sono progettate per funzionare a una velocità di clock specifica. I produttori li vendono con una velocità di clock garantita. I modelli più veloci saranno quasi sempre più costosi. Anche senza difetti, le tolleranze di fabbricazione portano a leggere variazioni che incidono sulle prestazioni. Prima che ogni CPU venga venduta, viene testata per confermarne le capacità. Viene ordinato in un "cestino" ad alte prestazioni se può raggiungere la frequenza di clock più alta.
Allo stesso modo, le CPU che non raggiungono le velocità di picco ma possono raggiungere le velocità previste per i livelli di processore inferiori vengono ordinate in contenitori con prestazioni inferiori. Questo processo è chiamato "binning" e generalmente significa che è probabile che le CPU più costose siano in grado di funzionare a frequenze di clock più elevate. È possibile che le CPU dei bin inferiori abbiano prestazioni migliori rispetto al livello pubblicizzato. Tuttavia, potrebbero non essere in grado di superarlo di molto poiché in genere non venivano collocati in contenitori più alti.
Tuttavia, non tutte le CPU risultano perfette e i difetti di fabbricazione possono semplicemente impedire a una CPU di funzionare. Questi difetti di fabbricazione a volte possono essere abbastanza lievi da consentire semplicemente di disabilitare alcune funzionalità. Ad esempio, se una CPU ha un piccolo errore, ciò potrebbe impedire a un singolo core di funzionare mentre il resto della CPU è a posto.
Per vendere il prodotto, il produttore in genere disabiliterà le parti interessate e, se necessario, per soddisfare un livello di prodotto, anche alcune parti perfettamente funzionanti. Ciò può consentire al produttore di vendere quella che era, ad esempio, una CPU a sei core come una CPU a quattro core, che fa comunque guadagnare loro più soldi rispetto al semplice scarto di un prodotto costoso. In genere, questo non influisce direttamente sulla frequenza di clock, anche se potrebbe significare che quella che sarebbe stata una CPU top bin viene posizionata in un livello inferiore semplicemente perché alcune parti sono state disabilitate.
Conclusione
La frequenza di clock è un fattore critico per le prestazioni della CPU, sebbene potrebbe non essere direttamente confrontabile tra le architetture della CPU. La frequenza di clock di una CPU è effettivamente impostata indirettamente. Un clock di base standard di 100 MHz viene utilizzato in quasi tutti i computer.
La CPU quindi imposta un moltiplicatore su questo clock di base per ottenere la frequenza di clock effettiva. Le CPU sono vendute con la garanzia di funzionare a una frequenza di clock specifica o inferiore. In molti casi, possono essere spinti oltre tramite l'overclocking. Tuttavia, ciò spesso richiede un buon raffreddamento poiché assorbe più energia e genera più calore.