Was ist Frequenzskalierung?
Das "Gehirn" eines Computers ist seine Zentraleinheit (CPU). Im normalen Betrieb verarbeitet die CPU alle Vorgänge für den Computer, sodass Programme ausgeführt werden können und das Betriebssystem funktioniert. CPUs unterscheiden sich in ihrer Geschwindigkeit und Effizienz. Die primäre Determinante für die Leistung der CPU eines Computers ist die Taktgeschwindigkeit der CPU-Einheit, die die Anzahl der Grundrechenarten misst - Addition, Subtraktion, Multiplikation oder Division -, die pro Sekunde ausgeführt werden können. Die Frequenzskalierung ist die grundlegendste Methode, um die Leistung eines Prozessors zu steigern. Durch Erhöhen der Taktfrequenz, dh der Geschwindigkeit, mit der die CPU ausgeführt wird, wird auch die Leistung des Computers erhöht.
Bis vor kurzem, mit dem Aufkommen von Mehrkernprozessoren, war die Frequenzskalierung der elementarste Weg, um zusätzliche Leistung für neue Prozessormodelle zu erzielen. Ältere Prozessoren liefen früher mit einer Geschwindigkeit von unter 1,0 GHz. Derzeit arbeiten Prozessoren normalerweise mit Geschwindigkeiten über 2,0 GHz, wobei einige die Marke von 3,0 GHz überschreiten. Auf dem Papier "sieht" eine 3,0-GHz-CPU schneller aus als eine 2,0-GHz-CPU. In der Realität wird die Gesamtleistung des Computers jedoch durch die Summe aller Komponenten bestimmt. Mit anderen Worten, wenn sowohl der 2,0-GHz- als auch der 3,0-GHz-Computer den gleichen Speichertyp, das gleiche Motherboard usw. enthalten, kann das schwächste Glied in der Kette den Computer "engpaßig" machen und ihn daran hindern, alle 3,0-GHz-Komponenten zu optimieren.
Obwohl es den Anschein hat, als ob die Frequenzskalierung keine Obergrenze hat, ist dies nicht der Fall. Durch Erhöhen der Taktrate einer CPU wird die Wärmeerzeugung in der Einheit erhöht. Im Laufe der Zeit beeinträchtigt diese zusätzliche Wärme die Schaltkreise und führt zu Fehlfunktionen oder Ausfällen des Prozessors. Dies begrenzt die maximale Geschwindigkeit kommerzieller Prozessoren auf ein Höchstmaß und begrenzt die Geschwindigkeit, mit der Prozessoren gebaut werden können.
Die Steigerung der CPU-Leistung ohne Frequenzskalierung erfordert innovativere Lösungen. CPU-Hersteller können nicht mehr einfach die Lautstärke erhöhen, um mehr Leistung zu erzielen. Um diese Grenzen zu umgehen, haben die CPU-Hersteller Multi-Core-CPU-Lösungen entwickelt. Durch das Platzieren von mehr als einem CPU-Kern auf einem Chip wird die effektive Geschwindigkeit des Prozessors verdoppelt. Anders als bei der Frequenzskalierung, deren Leistungssteigerung auf allen Ebenen gleichermaßen gilt, sind Computer-Software-Designer hiervon jedoch betroffen. Wenn Softwareentwickler ein Programm nicht speziell auf die Verwendung von zwei oder mehr CPU-Kernen abstimmen, geht der zusätzliche Vorteil verloren, sodass die Frequenzskalierung eine der reinsten Möglichkeiten zur Leistungssteigerung auf einem CPU-Chip darstellt.