A grande maioria dos processadores de computador opera com base em uma taxa de clock. A taxa de clock é uma medida da frequência de oscilações do gerador de clock do processador. Esses pulsos de clock são usados para sincronizar as operações do processador e são um indicador razoável da velocidade do processador. Em outras palavras, é a taxa na qual a CPU pode executar funções específicas.
A taxa de clock é medida em ciclos por segundo usando o SI une Hertz. CPUs e GPUs modernas são normalmente medidas em Gigahertz (GHz), ou bilhões de ciclos por segundo. Historicamente, Megahertz (MHz) e até Kilohertz (kHz) foram usados quando as taxas de clock do processador eram mais baixas.
O relógio não está onde você pensa que está
Você pode pensar que o gerador de clock real usado para definir a taxa de clock de uma CPU está na própria CPU. O gerador de clock está localizado no chipset da CPU na placa-mãe. O chipset define o clock base. Isso é tipicamente exatamente 100MHz. A CPU então define sua velocidade de clock aplicando um multiplicador ao clock base.
O oscilador central que define a taxa de clock é um cristal de quartzo que oscila precisamente em uma frequência quando uma carga elétrica é aplicada. O uso de um multiplicador significa que é possível alterar a taxa de clock real da CPU à vontade. Isso pode ser útil ao tentar economizar energia em marcha lenta ou ao tentar aumentar mais quando sob carga. Overclocking é o processo de aumentar manualmente este multiplicador.
Algumas placas-mãe oferecem um segundo clock base que pode rodar a 125MHz. Isso forma um segundo cristal de quartzo físico que oscila a uma taxa mais rápida. Como você pode esperar, isso pode aumentar o desempenho do sistema, mesmo em CPUs com um multiplicador bloqueado, porque agora está fechado para multiplicar um valor maior. Infelizmente, isso pode causar problemas de estabilidade com outros componentes, pois basicamente tudo assume um clock base de 100MHz. Sua milhagem pode variar, mas isso geralmente não é aconselhável.
Permitindo Limites de Velocidade
Elétrons em circuitos elétricos podem viajar muito rápido, normalmente dois terços da velocidade da luz. Isso pode parecer rápido, mas há alguns problemas com as taxas de clock na faixa de GHz. A uma velocidade de clock de 5GHz, o clock da CPU oscila uma vez a cada 0,2 nanossegundos. O limite absoluto de velocidade do universo é a velocidade da luz no vácuo. A velocidade da luz é muito rápida, quase 300 milhões de metros por segundo. Ainda assim, em 0,2 nanossegundos, a luz viaja apenas 6 centímetros ou 2,4 polegadas.
Agora as CPUs não são particularmente grandes, mas são relativamente próximas a seis centímetros de tamanho. O caminho que um elétron – mais lento que a luz – percorreria através de uma CPU dificilmente é reto. Isso leva a problemas de coerência, pois – com um único clock – um lado da CPU simplesmente receberia o pulso do clock mais tarde. Para combater isso, as CPUs têm vários clocks que são cuidadosamente sincronizados, mas cobrem uma área muito menor dentro da CPU geral. Isso permite que CPUs modernas de alta velocidade permaneçam sincronizadas.
Binning
As CPUs são projetadas para funcionar em uma velocidade de clock específica. Os fabricantes os vendem com uma velocidade de clock garantida. Os modelos mais rápidos quase sempre serão mais caros. Mesmo sem defeitos, as tolerâncias de fabricação levam a pequenas variações impactando no desempenho. Antes de cada CPU ser vendida, ela é testada para confirmar suas capacidades. Ele é classificado em um “bin” de alto desempenho se puder atingir a taxa de clock mais alta.
Da mesma forma, CPUs que não atingem as velocidades de pico, mas podem atingir as velocidades destinadas a camadas de processador inferiores, são classificadas em compartimentos de desempenho inferior. Esse processo é chamado de “binning” e geralmente significa que CPUs mais caras provavelmente serão capazes de rodar em taxas de clock mais altas. Pode ser possível que CPUs de compartimentos inferiores tenham um desempenho melhor do que o nível anunciado. No entanto, eles podem não ser capazes de excedê-lo muito, pois normalmente não foram colocados em caixas mais altas.
Nem toda CPU sai perfeita, porém, e defeitos de fabricação podem simplesmente impedir que uma CPU funcione. Esses defeitos de fabricação às vezes podem ser pequenos o suficiente para que certos recursos possam simplesmente ser desativados. Por exemplo, se uma CPU tiver uma pequena falha, isso pode impedir que um único núcleo funcione enquanto o resto da CPU está bem.
Para vender o produto, o fabricante normalmente desativa as peças afetadas – e, se necessário, para atender a uma camada de produto – até mesmo algumas peças perfeitamente funcionais. Isso pode permitir que o fabricante venda o que era, por exemplo, uma CPU de seis núcleos como uma CPU de quatro núcleos, o que ainda lhes rende mais dinheiro do que simplesmente descartar um produto caro. Normalmente, isso não afeta diretamente a taxa de clock, embora possa significar que o que teria sido uma CPU do compartimento superior é colocado em uma camada inferior simplesmente porque algumas partes foram desativadas.
Conclusão
A taxa de clock é um fator crítico no desempenho da CPU, embora possa não ser diretamente comparável entre arquiteturas de CPU. A taxa de clock de uma CPU é definida indiretamente. Um clock base padrão de 100 MHz é usado em quase todos os computadores.
A CPU então define um multiplicador neste clock base para obter sua taxa de clock real. As CPUs são vendidas com garantia de operação a uma taxa de clock específica ou inferior. Em muitos casos, eles podem ser empurrados além disso via overclock. No entanto, isso geralmente requer um bom resfriamento, pois consome mais energia e gera mais calor.