De overgrote meerderheid van computerprocessors werkt op basis van een kloksnelheid. De kloksnelheid is een maat voor de frequentie van oscillaties van de klokgenerator van de processor. Deze klokpulsen worden gebruikt om de bewerkingen van de processor te synchroniseren en zijn een redelijke indicator van de processorsnelheid. Met andere woorden, het is de snelheid waarmee de CPU specifieke functies kan uitvoeren.
De kloksnelheid wordt gemeten in cycli per seconde met behulp van de SI verenigt Hertz. Moderne CPU's en GPU's worden meestal gemeten in Gigahertz (GHz), of miljarden cycli per seconde. Historisch gezien werden Megahertz (MHz) en zelfs Kilohertz (kHz) gebruikt wanneer de kloksnelheden van de processor lager waren.
De klok is niet waar je denkt dat hij is
Je zou kunnen denken dat de eigenlijke klokgenerator die wordt gebruikt om de kloksnelheid van een CPU in te stellen, op de CPU zelf zit. De klokgenerator bevindt zich in de CPU-chipset op het moederbord. De chipset stelt de basisklok in. Dit is meestal precies 100 MHz. De CPU stelt vervolgens zijn kloksnelheid in door een vermenigvuldiger toe te passen op de basisklok.
De kernoscillator die de kloksnelheid instelt, is een kwartskristal dat op precies één frequentie oscilleert wanneer een elektrische lading wordt aangebracht. Het gebruik van een vermenigvuldiger betekent dat het mogelijk is om de werkelijke CPU-kloksnelheid naar believen te wijzigen. Dit kan van pas komen wanneer u energie probeert te besparen bij stationair draaien of wanneer u probeert een hogere boost te geven onder belasting. Overklokken is het proces waarbij deze vermenigvuldiger handmatig wordt verhoogd.
Sommige moederborden bieden een tweede basisklok die op 125 MHz kan draaien. Dit vormt een tweede fysiek kwartskristal dat sneller oscilleert. Zoals je zou verwachten, kan dit de systeemprestaties verbeteren, zelfs op CPU's met een vergrendelde vermenigvuldiger, omdat het nu niet meer mogelijk is om een grotere waarde te vermenigvuldigen. Helaas kan dit stabiliteitsproblemen met andere componenten veroorzaken, aangezien in principe alles uitgaat van een 100MHz-basisklok. Uw kilometerstand kan variëren, maar dit is over het algemeen niet aan te raden.
Snelheidslimieten toestaan
Elektronen in elektrische circuits kunnen vrij snel reizen, meestal tweederde van de lichtsnelheid. Dat klinkt misschien snel, maar er zijn wat problemen met kloksnelheden in het GHz-bereik. Bij een kloksnelheid van 5GHz oscilleert de CPU-klok elke 0,2 nanoseconde. De absolute snelheidslimiet van het universum is de snelheid van het licht in een vacuüm. De lichtsnelheid is erg snel, bijna 300 miljoen meter per seconde. Toch reist licht in 0,2 nanoseconde slechts 6 centimeter of 2,4 inch.
Nu zijn CPU's niet bijzonder groot, maar ze zijn relatief dicht bij zes centimeter groot. Het pad dat een - langzamer dan licht - elektron door een CPU zou afleggen, is nauwelijks recht. Dit leidt tot coherentieproblemen omdat - met een enkele klok - één kant van de CPU de klokpuls later gewoon zou krijgen. Om dat tegen te gaan, hebben CPU's meerdere klokken die allemaal zorgvuldig zijn gesynchroniseerd, maar een veel kleiner gebied beslaan binnen de totale CPU. Hierdoor kunnen moderne high-speed CPU's gesynchroniseerd blijven.
Binning
CPU's zijn ontworpen om op een specifieke kloksnelheid te draaien. Fabrikanten verkopen ze met een gegarandeerde kloksnelheid. De snellere modellen zullen bijna altijd duurder zijn. Zelfs zonder defecten leiden fabricagetoleranties tot kleine variaties die de prestaties beïnvloeden. Voordat elke CPU wordt verkocht, wordt deze getest om de mogelijkheden ervan te bevestigen. Het wordt gesorteerd in een hoogwaardige "bak" als het de hoogste kloksnelheid kan bereiken.
Op dezelfde manier worden CPU's die de pieksnelheden niet halen, maar wel de snelheden kunnen bereiken die bedoeld zijn voor lagere processorniveaus, gesorteerd in opslaglocaties met lagere prestaties. Dit proces wordt "binning" genoemd en betekent over het algemeen dat duurdere CPU's waarschijnlijk met hogere kloksnelheden kunnen werken. Het kan mogelijk zijn dat CPU's uit lagere bakken beter presteren dan hun geadverteerde niveau. Het is echter mogelijk dat ze het niet veel kunnen overschrijden, omdat ze meestal niet in hogere bakken werden geplaatst.
Niet elke CPU komt echter perfect uit, en fabricagefouten kunnen eenvoudigweg voorkomen dat een CPU ooit werkt. Deze fabricagefouten kunnen soms zo klein zijn dat bepaalde functies eenvoudig kunnen worden uitgeschakeld. Als een CPU bijvoorbeeld een kleine fout heeft, kan dit voorkomen dat een enkele kern werkt terwijl de rest van de CPU in orde is.
Om het product te verkopen, zal de fabrikant doorgaans de betrokken onderdelen uitschakelen - en indien nodig, om aan een productniveau te voldoen - zelfs enkele perfect functionele onderdelen. Dit kan de fabrikant in staat stellen om wat bijvoorbeeld een zes-core CPU was, te verkopen als een vier-core CPU, wat hen nog steeds meer geld oplevert dan het simpelweg weggooien van een duur product. Meestal heeft dit geen directe invloed op de kloksnelheid, hoewel het kan betekenen dat wat een CPU met de bovenste bak zou zijn geweest, in een lagere laag wordt geplaatst, simpelweg omdat sommige onderdelen zijn uitgeschakeld.
Conclusie
De kloksnelheid is een kritieke factor in de CPU-prestaties, hoewel deze mogelijk niet direct vergelijkbaar is tussen CPU-architecturen. De kloksnelheid van een CPU wordt eigenlijk indirect ingesteld. In bijna alle computers wordt een standaard 100MHz-basisklok gebruikt.
De CPU stelt vervolgens een vermenigvuldiger in op deze basisklok om de werkelijke kloksnelheid te krijgen. CPU's worden verkocht met een garantie dat ze met een specifieke kloksnelheid of lager werken. In veel gevallen kunnen ze via overklokken verder worden geduwd. Dat vereist echter vaak een goede koeling omdat het meer stroom trekt en meer warmte genereert.