מה זה קצב שעון?

הרוב המכריע של מעבדי המחשב פועלים על בסיס קצב שעון. קצב השעון הוא מדד לתדירות התנודות של מחולל השעון של המעבד. פולסי שעון אלו משמשים לסנכרון פעולות המעבד ומהווים אינדיקטור סביר למהירות המעבד. במילים אחרות, זה הקצב שבו המעבד יכול לבצע פונקציות ספציפיות.

קצב השעון נמדד במחזורים לשנייה באמצעות SI מאחד את הרץ. מעבדים ו-GPUs מודרניים נמדדים בדרך כלל ב-Gigahertz (GHz), או מיליארדי מחזורים בשנייה. היסטורית, מגה-הרץ (MHz) ואפילו קילו-הרץ (kHz) שימשו כאשר קצבי השעון של המעבד היו נמוכים יותר.

השעון לא נמצא איפה שאתה חושב שהוא

אתה עשוי לחשוב שמחולל השעון בפועל המשמש לקביעת קצב השעון של מעבד נמצא במעבד עצמו. מחולל השעון ממוקם בערכת השבבים של המעבד בלוח האם. ערכת השבבים מגדירה את שעון הבסיס. זה בדרך כלל בדיוק 100MHz. לאחר מכן, המעבד מגדיר את מהירות השעון שלו על ידי החלת מכפיל על שעון הבסיס.

מתנד הליבה שקובע את קצב השעון הוא גביש קוורץ המתנודד בתדר אחד בדיוק כאשר מופעל מטען חשמלי. השימוש במכפיל אומר שאפשר לשנות את קצב השעון בפועל של המעבד כרצוננו. זה יכול להיות שימושי כאשר מנסים לחסוך בחשמל בזמן סרק או כאשר מנסים להגביר גבוה יותר בעת עומס. Overclocking הוא תהליך של הגדלת מכפיל זה באופן ידני.

חלק מלוחות אם מציעים שעון בסיס שני שיכול לפעול במהירות של 125 מגה-הרץ. זה יוצר גביש קוורץ פיזי שני שמתנדנד בקצב מהיר יותר. כפי שניתן לצפות, זה יכול להגביר את ביצועי המערכת, אפילו במעבדים עם מכפיל נעול, מכיוון שהוא סגור כעת להכפלת ערך גדול יותר. למרבה הצער, זה יכול לגרום לבעיות יציבות ברכיבים אחרים מכיוון שבעצם הכל מניח שעון בסיס של 100 מגה-הרץ. הקילומטראז' שלך עשוי להשתנות, אבל זה בדרך כלל לא מומלץ.

מאפשר מגבלות מהירות

אלקטרונים במעגלים חשמליים יכולים לנוע די מהר, בדרך כלל שני שליש ממהירות האור. זה אולי נשמע מהיר, אבל יש כמה בעיות עם קצבי שעון בטווח ה-GHz. במהירות שעון של 5GHz, שעון המעבד מתנודד אחת ל-0.2 ננו-שניות. מגבלת המהירות המוחלטת של היקום היא מהירות האור בוואקום. מהירות האור היא מהירה מאוד, כמעט 300 מיליון מטר בשנייה. ובכל זאת, בתוך 0.2 ננו-שניות, האור עובר רק 6 סנטימטרים או 2.4 אינץ'.

כעת המעבדים אינם גדולים במיוחד, אך הם קרובים יחסית לשישה סנטימטרים בגודלם. הנתיב שאלקטרון – יותר איטי מהאור – יעבור דרך מעבד אינו ישר. זה מוביל לבעיות קוהרנטיות שכן - עם שעון בודד - צד אחד של המעבד פשוט יקבל את דופק השעון מאוחר יותר. כדי להילחם בזה, למעבדים יש מספר שעונים שכולם מסונכרנים בקפידה אך מכסים שטח קטן בהרבה בתוך המעבד הכולל. זה מאפשר למעבדים מודרניים במהירות גבוהה להישאר מסונכרנים.

בנינג

מעבדים מתוכננים לפעול במהירות שעון ספציפית. היצרנים מוכרים אותם עם מהירות שעון מובטחת. הדגמים המהירים יותר יהיו כמעט תמיד יקרים יותר. אפילו ללא פגמים, סובלנות ייצור מובילה לשינויים קלים המשפיעים על הביצועים. לפני כל מעבד נמכר, הוא נבדק כדי לאשר את היכולות שלו. זה ממוין ל"פח" בעל ביצועים גבוהים אם הוא יכול להגיע לקצב השעון הגבוה ביותר.

באופן דומה, מעבדים שאינם מגיעים למהירויות השיא אך יכולים להגיע למהירויות המיועדות לשכבות מעבד נמוכות יותר ממוינים לפחי ביצועים נמוכים יותר. תהליך זה נקרא "binning" ובאופן כללי אומר שמעבדים יקרים יותר עשויים להיות מסוגלים לפעול בקצבי שעון גבוהים יותר. יכול להיות שמעבדים מפחים נמוכים יותר ישיגו ביצועים טובים יותר מהרמה המפורסמת שלהם. עם זאת, ייתכן שהם לא יוכלו לחרוג ממנו בהרבה מכיוון שהם בדרך כלל לא הוצבו בפחים גבוהים יותר.

עם זאת, לא כל מעבד יוצא מושלם, ופגמי ייצור יכולים פשוט למנוע ממעבד לפעול אי פעם. פגמי ייצור אלה יכולים לפעמים להיות קלים מספיק כדי שניתן יהיה פשוט להשבית תכונות מסוימות. לדוגמה, אם ל-CPU יש תקלה זעירה, הדבר עשוי למנוע מליבה בודדת לפעול בזמן ששאר ה-CPU תקין.

כדי למכור את המוצר, היצרן בדרך כלל ישבית חלקים מושפעים - ובמידת הצורך, כדי לעמוד בשכבת מוצר - אפילו חלקים פונקציונליים לחלוטין. זה יכול לאפשר ליצרן למכור את מה שהיה, למשל, מעבד שש ליבות כמעבד ארבע ליבות, מה שעדיין מרוויח להם יותר כסף מאשר פשוט לזרוק מוצר יקר. בדרך כלל, זה לא משפיע ישירות על קצב השעון, אם כי זה עשוי לומר שמה שהיה יכול להיות מעבד בפח העליון מוצב בשכבה נמוכה יותר פשוט בגלל שחלקים מסוימים הושבתו.

סיכום

קצב השעון הוא גורם קריטי בביצועי המעבד, אם כי ייתכן שלא ניתן להשוות אותו ישירות בין ארכיטקטורות המעבד. קצב השעון של מעבד מוגדר למעשה בעקיפין. שעון בסיס סטנדרטי של 100MHz משמש כמעט בכל המחשבים.

לאחר מכן, המעבד מגדיר מכפיל על שעון הבסיס הזה כדי לקבל את קצב השעון האמיתי שלו. מעבדים נמכרים עם אחריות לפעול בקצב שעון ספציפי או מתחת. במקרים רבים, ניתן לדחוף אותם מעבר לכך באמצעות אוברקלוקינג. עם זאת, לעתים קרובות זה דורש קירור טוב מכיוון שהוא שואב יותר חשמל ומייצר יותר חום.