Что такое частотное масштабирование?

«Мозгом» компьютера является его центральный процессор (ЦП). При обычной работе ЦП обрабатывает все операции для компьютера, позволяя запускать программы и функционировать операционной системе. Процессоры различаются по скорости и эффективности. Основным фактором, определяющим производительность ЦП компьютера, является тактовая частота блока ЦП, который измеряет количество основных арифметических операций - сложение, вычитание, умножение или деление - которые он может выполнять каждую секунду. Масштабирование частоты - это самый простой способ добиться большей производительности процессора; за счет увеличения тактовой частоты, то есть скорости, с которой работает процессор, производительность компьютера также возрастет.

До недавнего времени, с появлением многоядерных процессоров, масштабирование частоты было самым элементарным способом получения дополнительной производительности для новых моделей процессоров. Старые процессоры раньше работали на частоте ниже 1,0 ГГц. Теперь процессоры обычно работают на частотах выше 2,0 ГГц, а некоторые превосходят 3,0 ГГц. На бумаге процессор с частотой 3,0 ГГц «выглядит» быстрее, чем процессор с частотой 2,0 ГГц, но в реальном мире общая производительность компьютера определяется совокупностью всех его частей. Другими словами, если компьютеры с частотой 2,0 ГГц и 3,0 ГГц содержат одинаковый тип памяти, одну и ту же материнскую плату и т. Д., Самое слабое звено в цепочке может «узкое место» для компьютера, не позволяя ему оптимизировать все 3,0 ГГц.

Хотя может показаться, что масштабирование частоты не имеет потолка, это не так. Увеличение тактовой частоты процессора увеличивает выработку тепла в устройстве; со временем этот дополнительный нагрев приводит к ухудшению схемы, вызывая сбой или отказ процессора. Это накладывает очень реальный потолок на максимальную скорость коммерческих процессоров, ограничивая скорости, на которых процессоры могут быть построены.

Повышение производительности процессора при отсутствии масштабирования частоты требует более инновационных решений; Производители процессоров больше не могут просто «увеличивать громкость», чтобы повысить производительность. Чтобы обойти эти ограничения, производители процессоров разработали многоядерные решения для процессоров. Поместив более одного ядра процессора в чип, эффективная скорость процессора удваивается. Однако, в отличие от частотного масштабирования, повышение производительности которого в равной степени относится ко всем направлениям, это ложится бременем на разработчиков компьютерных программ. Если разработчики программного обеспечения специально не приспособят программу для использования двух или более ядер ЦП, дополнительное преимущество будет потеряно, что делает масштабирование частоты одним из самых чистых способов повышения производительности на чипе ЦП.