Prevažná väčšina počítačových procesorov pracuje na základe taktovacej frekvencie. Frekvencia hodín je mierou frekvencie kmitov generátora hodín procesora. Tieto hodinové impulzy sa používajú na synchronizáciu operácií procesora a sú primeraným ukazovateľom rýchlosti procesora. Inými slovami, je to rýchlosť, pri ktorej môže CPU vykonávať špecifické funkcie.
Frekvencia hodín sa meria v cykloch za sekundu pomocou jednotiek SI Hertz. Moderné CPU a GPU sa zvyčajne merajú v gigahertzoch (GHz) alebo v miliardách cyklov za sekundu. Historicky sa megahertz (MHz) a dokonca aj kilohertz (kHz) používali, keď boli frekvencie procesora nižšie.
Hodiny nie sú tam, kde si myslíte, že sú
Možno si myslíte, že skutočný generátor hodín používaný na nastavenie taktovacej frekvencie CPU je na samotnom CPU. Generátor hodín sa nachádza v čipovej súprave CPU na základnej doske. Čipset nastavuje základné hodiny. Zvyčajne je to presne 100 MHz. CPU potom nastaví svoju rýchlosť hodín použitím multiplikátora na základné hodiny.
Jadrovým oscilátorom, ktorý nastavuje frekvenciu hodín, je kryštál kremeňa, ktorý osciluje presne s jednou frekvenciou, keď sa aplikuje elektrický náboj. Použitie multiplikátora znamená, že je možné ľubovoľne meniť skutočnú frekvenciu procesora. To sa môže hodiť pri pokuse o úsporu energie pri voľnobehu alebo pri pokuse o zvýšenie výkonu pri zaťažení. Pretaktovanie je proces manuálneho zvyšovania tohto multiplikátora.
Niektoré základné dosky ponúkajú druhé základné hodiny, ktoré môžu bežať na frekvencii 125 MHz. Tým sa vytvorí druhý fyzický kryštál kremeňa, ktorý osciluje rýchlejším tempom. Ako by ste mohli očakávať, môže to zvýšiť výkon systému, dokonca aj na procesoroch so zamknutým násobiteľom, pretože teraz nie je možné násobiť väčšiu hodnotu. Bohužiaľ to môže spôsobiť problémy so stabilitou iných komponentov, pretože v podstate všetko predpokladá základný takt 100 MHz. Váš počet najazdených kilometrov sa môže líšiť, ale vo všeobecnosti sa to neodporúča.
Povolenie rýchlostných limitov
Elektróny v elektrických obvodoch sa môžu pohybovať pomerne rýchlo, zvyčajne dve tretiny rýchlosti svetla. Môže to znieť rýchlo, ale existujú určité problémy s frekvenciou hodín v rozsahu GHz. Pri taktovacej frekvencii 5GHz takt CPU osciluje raz za 0,2 nanosekundy. Absolútny limit rýchlosti vesmíru je rýchlosť svetla vo vákuu. Rýchlosť svetla je veľmi vysoká, takmer 300 miliónov metrov za sekundu. Napriek tomu za 0,2 nanosekundy prejde svetlo iba 6 centimetrov alebo 2,4 palca.
Teraz CPU nie sú príliš veľké, ale majú relatívne blízko k šiestim centimetrom. Cesta elektrónu, pomalšieho ako svetlo, cez CPU nie je priama. To vedie k problémom s koherenciou, pretože – s jediným hodinou – by jedna strana CPU jednoducho dostala hodinový impulz neskôr. Aby sa tomu zabránilo, CPU majú viaceré hodiny, ktoré sú všetky starostlivo synchronizované, ale pokrývajú oveľa menšiu oblasť v rámci celkového CPU. To umožňuje moderným vysokorýchlostným procesorom zostať synchronizované.
Binning
CPU sú navrhnuté tak, aby fungovali pri určitej rýchlosti hodín. Výrobcovia ich predávajú s garantovanou rýchlosťou hodín. Rýchlejšie modely budú takmer vždy drahšie. Aj bez chýb vedú výrobné tolerancie k malým odchýlkam ovplyvňujúcim výkon. Pred predajom každého CPU sa testuje, aby sa potvrdili jeho schopnosti. Zatriedi sa do vysokovýkonného „zásobníka“, ak môže dosiahnuť najvyššiu frekvenciu hodín.
Podobne procesory, ktoré nedosahujú maximálne rýchlosti, ale môžu dosiahnuť rýchlosti určené pre nižšie vrstvy procesorov, sú zoradené do nižších výkonnostných zásobníkov. Tento proces sa nazýva „binning“ a vo všeobecnosti znamená, že drahšie CPU budú pravdepodobne schopné bežať pri vyšších frekvenciách hodín. Je možné, že CPU z nižších zásobníkov budú fungovať lepšie ako ich inzerovaná vrstva. Možno ho však nebudú môcť prekročiť o veľa, pretože zvyčajne neboli umiestnené vo vyšších nádobách.
Nie každý procesor je však dokonalý a výrobné chyby môžu jednoducho zabrániť tomu, aby procesor vôbec fungoval. Tieto výrobné chyby môžu byť niekedy natoľko malé, že niektoré funkcie možno jednoducho deaktivovať. Napríklad, ak má CPU malú chybu, môže to zabrániť fungovaniu jedného jadra, zatiaľ čo zvyšok CPU je v poriadku.
Pri predaji produktu výrobca zvyčajne deaktivuje dotknuté diely – a ak je to potrebné, aby splnil produktovú úroveň – dokonca aj niektoré dokonale funkčné diely. To môže výrobcovi umožniť predávať to, čo bolo napríklad šesťjadrové CPU, ako štvorjadrové CPU, čo im stále zarobí viac peňazí, ako keby jednoducho vyradili drahý produkt. Zvyčajne to priamo neovplyvňuje frekvenciu hodín, aj keď to môže znamenať, že to, čo by bol procesor s najvyššou priehradkou, sa umiestni do nižšej úrovne jednoducho preto, že niektoré časti boli deaktivované.
Záver
Frekvencia hodín je kritickým faktorom výkonu CPU, aj keď nemusí byť priamo porovnateľná medzi architektúrami CPU. Frekvencia hodín CPU je v skutočnosti nastavená nepriamo. Takmer vo všetkých počítačoch sa používajú štandardné 100 MHz základné hodiny.
CPU potom nastaví multiplikátor na tieto základné hodiny, aby získal ich skutočnú taktovaciu frekvenciu. CPU sa predávajú so zárukou, že budú fungovať pri špecifickej frekvencii hodín alebo nižšej. V mnohých prípadoch ich možno posunúť nad rámec pretaktovania. To však často vyžaduje dobré chladenie, pretože spotrebúva viac energie a vytvára viac tepla.