コンピュータプロセッサの大部分は、クロックレートに基づいて動作します。 クロックレートは、プロセッサのクロックジェネレータの発振周波数の尺度です。 これらのクロックパルスは、プロセッサの動作を同期するために使用され、プロセッサ速度の妥当な指標です。 つまり、CPUが特定の機能を実行できる速度です。
クロックレートは、SI単位ヘルツを使用して1秒あたりのサイクル数で測定されます。 最新のCPUとGPUは通常、ギガヘルツ（GHz）、つまり1秒あたり数十億サイクルで測定されます。 歴史的に、メガヘルツ（MHz）、さらにはキロヘルツ（kHz）は、プロセッサのクロックレートが低いときに使用されてきました。
時計はあなたが思っている場所ではありません
CPUのクロックレートを設定するために使用される実際のクロックジェネレータは、CPU自体にあると思われるかもしれません。 クロックジェネレータは、マザーボードのCPUチップセットにあります。 チップセットはベースクロックを設定します。 これは通常、正確に100MHzです。 次に、CPUは、ベースクロックに乗数を適用してクロック速度を設定します。
クロックレートを設定するコアオシレータは、電荷が加えられると正確に1つの周波数で発振する水晶振動子です。 乗数を使用すると、実際のCPUクロックレートを自由に変更できます。 これは、アイドリング時に電力を節約しようとするとき、または負荷がかかっているときにブーストを高くしようとするときに役立ちます。 オーバークロックは、この乗数を手動で増やすプロセスです。
一部のマザーボードは、125MHzで実行できる2番目のベースクロックを提供します。 これにより、より速い速度で振動する2番目の物理的な水晶振動子が形成されます。 ご想像のとおり、これにより、乗算器がロックされているCPUでも、より大きな値を乗算することができなくなるため、システムパフォーマンスが向上する可能性があります。 残念ながら、これは他のコンポーネントで安定性の問題を引き起こす可能性があります。基本的にすべてが100MHzのベースクロックを想定しているためです。 マイレージは異なる場合がありますが、通常、これはお勧めできません。
速度制限を考慮に入れる
電気回路内の電子は非常に速く移動でき、通常は光速の3分の2です。 それは速く聞こえるかもしれませんが、GHz範囲のクロックレートにはいくつかの問題があります。 5GHzのクロック速度では、CPUクロックは0.2ナノ秒ごとに1回振動します。 宇宙の絶対速度制限は、真空中の光の速度です。 光の速度は非常に速く、毎秒約3億メートルです。 それでも、0.2ナノ秒では、光は6センチメートルまたは2.4インチしか移動しません。
現在、CPUはそれほど大きくはありませんが、サイズは比較的6センチに近くなっています。 電子がCPUを通過する経路a–光よりも遅い–はほとんどまっすぐではありません。 これにより、コヒーレンスの問題が発生します。単一のクロックでは、CPUの片側が後でクロックパルスを取得するだけだからです。 これに対抗するために、CPUには複数のクロックがあり、それらはすべて注意深く同期されていますが、CPU全体の中ではるかに小さな領域をカバーしています。 これにより、最新の高速CPUの同期を維持できます。
ビニング
CPUは、特定のクロック速度で動作するように設計されています。 メーカーは保証されたクロック速度でそれらを販売しています。 より高速なモデルは、ほとんどの場合、より高価になります。 欠陥がなくても、製造公差は性能に影響を与えるわずかな変動につながります。 すべてのCPUが販売される前に、その機能を確認するためにテストされます。 最高のクロックレートに到達できる場合は、高性能の「ビン」に分類されます。
同様に、ピーク速度には到達しないが、より低いプロセッサ層向けの速度に到達できるCPUは、パフォーマンスの低いビンに分類されます。 このプロセスは「ビニング」と呼ばれ、一般に、より高価なCPUがより高いクロックレートで実行できる可能性が高いことを意味します。 低いビンのCPUは、アドバタイズされた層よりもパフォーマンスが向上する可能性があります。 ただし、通常は上位のビンに配置されていないため、それを大幅に超えることはできない場合があります。
ただし、すべてのCPUが完全に機能するわけではなく、製造上の欠陥により、CPUが動作しなくなる可能性があります。 これらの製造上の欠陥は、特定の機能を単に無効にできるほど軽微な場合があります。 たとえば、CPUに小さな障害がある場合、これにより、CPUの残りの部分が正常であるのに、単一のコアが機能しなくなる可能性があります。
製品を販売するために、製造業者は通常、影響を受ける部品を無効にし、必要に応じて、製品の階層を満たすために、完全に機能する部品も無効にします。 これにより、製造業者は、たとえば6コアCPUを4コアCPUとして販売することができます。これにより、高価な製品を単に廃棄するよりも多くのお金を稼ぐことができます。 通常、これはクロックレートに直接影響しませんが、一部のパーツが無効になっているという理由だけで、最上位のビンCPUが下位層に配置されることを意味する場合があります。
結論
クロックレートはCPUパフォーマンスの重要な要素ですが、CPUアーキテクチャ間で直接比較できない場合があります。 CPUのクロックレートは実際には間接的に設定されます。 ほとんどすべてのコンピューターで、標準の100MHzベースクロックが使用されています。
次に、CPUはこのベースクロックに乗数を設定して、実際のクロックレートを取得します。 CPUは、特定のクロックレート以下で動作することが保証された状態で販売されています。 多くの場合、オーバークロックを介してそれを超えてプッシュすることができます。 ただし、より多くの電力を消費し、より多くの熱を生成するため、多くの場合、十分な冷却が必要です。