ตัวคูณซีพียู

ในด้านการคำนวณตัวคูณความเร็วสัญญาณนาฬิกา (หรือที่เรียกว่าตัวคูณ CPU หรืออัตราส่วนบัส/คอร์) จะกำหนดว่าสัญญาณนาฬิกา ภายในของโปรเซสเซอร์ ทำงานเร็วกว่าสัญญาณนาฬิกาพื้นฐานภายนอกกี่เท่า มันส่งผลโดยตรงต่อความถี่ในการทำงานของ CPU ซึ่งคำนวณได้ดังนี้: ความเร็ว CPU = สัญญาณนาฬิกาพื้นฐาน × ตัวคูณ ตัวอย่างเช่น โปรเซสเซอร์ที่มีสัญญาณนาฬิกาพื้นฐาน 100 MHz และตัวคูณ 36 เท่า จะทำงานที่ความเร็วภายใน 3.6 GHz โปรเซสเซอร์รุ่นใหม่จาก AMD และ Intel จะปรับตัวคูณนี้แบบไดนามิกเพื่อจัดการประสิทธิภาพ การใช้พลังงาน และความร้อนผ่านเทคโนโลยีต่างๆ เช่น Turbo Boost และ Precision Boost

วิธีการนี้สามารถนำไปใช้ได้โดยใช้วงจรตัวคูณความถี่แบบเฟสล็อกลูป (PLL) CPUที่มีตัวคูณ 10x จะเห็นรอบการทำงานภายใน 10 รอบต่อรอบการทำงานของสัญญาณนาฬิกา ภายนอก ตัวอย่างเช่น ระบบที่มีสัญญาณนาฬิกาภายนอก 100 MHz และตัวคูณสัญญาณนาฬิกา 36x จะมีสัญญาณนาฬิกาภายในของ CPU ที่ 3.6 GHz บัสแอดเดรสและบัส ข้อมูลภายนอก ของ CPU (โดยทั่วไปเรียกว่าบัสหน้าฝั่ง (FSB) ใน บริบท ของพีซี ) ก็ใช้สัญญาณนาฬิกาภายนอกเป็นฐานเวลาพื้นฐานเช่นกัน อย่างไรก็ตาม พวกมันอาจใช้ความถี่ที่เป็นตัวคูณ (ขนาดเล็ก) ของความถี่พื้นฐานนี้ (โดยทั่วไปคือสองหรือสี่เท่า) เพื่อถ่ายโอนข้อมูลได้เร็วขึ้น

ความถี่ภายในของไมโครโปรเซสเซอร์โดยทั่วไปจะขึ้นอยู่กับความถี่ FSB ในการคำนวณความถี่ภายใน CPU จะคูณความถี่บัสด้วยตัวเลขที่เรียกว่าตัวคูณสัญญาณนาฬิกา ในการคำนวณ CPU จะใช้ความถี่บัสจริง ไม่ใช่ความถี่บัสที่มีประสิทธิภาพ ในการหาความถี่บัสจริงสำหรับโปรเซสเซอร์ที่ใช้บัสแบบ Dual-Data Rate (DDR) (AMD Athlon และ Duron) และบัสแบบ Quad-Data Rate (ไมโครโปรเซสเซอร์ Intel ทั้งหมดตั้งแต่ Pentium 4 ขึ้นไป) ความเร็วบัสที่มีประสิทธิภาพควรหารด้วย 2 สำหรับ AMD หรือ 4 สำหรับ Intel

ตัวคูณความเร็วสัญญาณนาฬิกาบนซีพียู AMD Ryzen ไม่เคยถูกกำหนดตายตัว^{[ 1 ]}ตัวคูณความเร็วสัญญาณนาฬิกาบนโปรเซสเซอร์ Intel รุ่นใหม่หลายตัวถูกกำหนดตายตัว โดยปกติแล้วจะไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ โปรเซสเซอร์บางรุ่นมีตัวคูณความเร็วสัญญาณนาฬิกาที่ปลดล็อคไว้ กล่าวคือ สามารถ "โอเวอร์คล็อก" ได้โดยการเพิ่มการตั้งค่าตัวคูณความเร็วสัญญาณนาฬิกาในโปรแกรมตั้งค่า BIOS ของเมนบอร์ด ตัวอย่างทางวิศวกรรมของซีพียูบางตัวอาจมีตัวคูณความเร็วสัญญาณนาฬิกาที่ปลดล็อคไว้เช่นกัน ตัวอย่างการรับรองคุณภาพของ Intel หลายตัวมีตัวคูณความเร็วสัญญาณนาฬิกาสูงสุดที่ล็อคไว้ ซีพียูเหล่านี้อาจทำงานที่ความถี่ต่ำกว่า (underclocked) แต่ไม่สามารถโอเวอร์คล็อกได้โดยการเพิ่มตัวคูณความเร็วสัญญาณนาฬิกาให้สูงกว่าที่ออกแบบไว้ แม้ว่าตัวอย่างการรับรองคุณภาพเหล่านี้และไมโครโปรเซสเซอร์ที่ผลิตส่วนใหญ่จะไม่สามารถโอเวอร์คล็อกได้โดยการเพิ่มตัวคูณความเร็วสัญญาณนาฬิกา แต่ก็ยังสามารถโอเวอร์คล็อกได้โดยใช้เทคนิคอื่น นั่นคือ การเพิ่มความถี่ FSB

ในปี 2009 คอมพิวเตอร์มีอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกันหลายอย่าง (ซีพียู, แรม, อุปกรณ์ต่อพ่วง ฯลฯ – ดูแผนภาพ) ซึ่งโดยทั่วไปทำงานที่ความเร็วต่างกัน ดังนั้นจึงใช้บัฟเฟอร์และแคชภายในในการสื่อสารระหว่างกันผ่านบัสที่ใช้ร่วมกันในระบบ ในพีซี บัสแอดเดรสและบัสข้อมูลภายนอกของซีพียูจะเชื่อมต่อซีพียูกับส่วนที่เหลือของระบบผ่าน "นอร์ธบริดจ์ " ซีพียูเดสก์ท็อปเกือบทุกตัวที่ผลิตตั้งแต่การเปิดตัว486DX2ในปี 1992 ได้ใช้ตัวคูณความเร็วสัญญาณนาฬิกาเพื่อเรียกใช้ตรรกะภายในที่ความถี่สูงกว่าบัสภายนอก แต่ยังคงซิงโครนัสกันอยู่ ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของซีพียูโดยอาศัยหน่วยความจำแคชภายในหรือบัสขนาดกว้าง (ซึ่งมักสามารถถ่ายโอนได้มากกว่าหนึ่งครั้งต่อรอบสัญญาณนาฬิกา) เพื่อชดเชยความแตกต่างของความถี่

CPU บางตัว เช่นAthlon 64และOpteronจัดการหน่วยความจำหลัก โดยใช้ บัสหน่วยความจำระดับต่ำที่แยกต่างหากและเฉพาะเจาะจงโปรเซสเซอร์เหล่านี้สื่อสารกับอุปกรณ์อื่นๆ ในระบบ (รวมถึง CPU อื่นๆ) โดยใช้ ลิงก์ HyperTransport ระดับสูงขึ้นเล็กน้อยหนึ่งลิงก์หรือมากกว่านั้น เช่นเดียวกับบัสข้อมูลและบัสที่อยู่ในการออกแบบอื่นๆ ลิงก์เหล่านี้ใช้สัญญาณนาฬิกาภายนอกสำหรับการกำหนดเวลาการถ่ายโอนข้อมูล (โดยทั่วไปคือ 800 MHz หรือ 1 GHz ณ ปี 2007) ^{[ 2 ]}

บางระบบอนุญาตให้เจ้าของเปลี่ยนตัวคูณความเร็วสัญญาณนาฬิกาใน เมนู BIOSการเพิ่มตัวคูณความเร็วสัญญาณนาฬิกาจะเพิ่มความเร็วสัญญาณนาฬิกาของ CPU โดยไม่ส่งผลกระทบต่อความเร็วสัญญาณนาฬิกาของส่วนประกอบอื่นๆ การเพิ่มความเร็วสัญญาณนาฬิกาภายนอก (และความเร็วบัส) จะส่งผลกระทบต่อ CPU รวมถึง RAM และส่วนประกอบอื่นๆ ด้วย

การปรับแต่งเหล่านี้เป็นสองวิธีทั่วไปในการโอเวอร์คล็อกและอันเดอร์คล็อกคอมพิวเตอร์ อาจรวมกับการปรับแรงดันไฟฟ้าของ CPU หรือหน่วยความจำ (การเปลี่ยนคริสตัลออสซิเลเตอร์เกิดขึ้นน้อยมาก) โปรดทราบว่าการโอเวอร์คล็อกอย่างไม่ระมัดระวังอาจทำให้ CPU หรือส่วนประกอบอื่นเสียหายเนื่องจากความร้อนสูงเกินไปหรือแม้กระทั่งแรงดันไฟฟ้าลัดวงจร CPU รุ่นใหม่ๆ มักมีตัวคูณความเร็วสัญญาณนาฬิกาที่ล็อกไว้ซึ่งหมายความว่าความเร็วบัสหรือตัวคูณความเร็วสัญญาณนาฬิกาไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ใน BIOS เว้นแต่ผู้ใช้จะแฮ็ก CPU เพื่อปลดล็อกตัวคูณนั้น อย่างไรก็ตาม CPU ระดับสูงมักจะมีตัวคูณความเร็วสัญญาณนาฬิกาที่ปลดล็อกได้

เมนบอร์ดรุ่นก่อนๆ อาจต้องตั้งค่าความถี่ภายนอกของ CPU และตัวคูณ CPU ด้วยตนเองผ่านจัมเปอร์บนเมนบอร์ด ต่อมาใน ยุค Pentium IIIและPentium 4เมนบอร์ดหลายรุ่นสามารถกำหนดความถี่ CPU ได้โดยอัตโนมัติ^ผ่าน CPUID [ ^{3 ]}

วลี " การเพิ่มเวลาเป็นสองเท่า"หมายถึงตัวคูณเวลาเป็นสอง

ตัวอย่างของซีพียูที่มีความเร็วสัญญาณนาฬิกาเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า ได้แก่:

• โปรเซสเซอร์Intel 80486DX2ซึ่งทำงานที่ความเร็ว 50 หรือ 66 เมกะเฮิร์ตซ์ บนบัสความเร็ว 25 หรือ 33 เมกะเฮิร์ตซ์
• ไมโคร โปรเซสเซอร์ Weitek SPARC POWER μP เป็นเวอร์ชัน SPARCที่เพิ่มความเร็วสัญญาณนาฬิกาเป็น 80 MHz ซึ่งสามารถติดตั้งลงใน SPARCStation 2 ที่มีความเร็ว 40 MHz ได้

ในทั้งสองกรณีนี้ ความเร็วโดยรวมของระบบเพิ่มขึ้นประมาณ 75% ^{[ 4 ] [ 5 ]}

ในช่วงปลายทศวรรษ 1990 โปรเซสเซอร์ประสิทธิภาพสูงเกือบทั้งหมด (ยกเว้นระบบฝัง ตัวทั่วไป ) ทำงานด้วยความเร็วสูงกว่าบัสภายนอก ดังนั้นคำว่า "การเพิ่มความเร็วสัญญาณนาฬิกาเป็นสองเท่า" จึงสูญเสียความหมายไปมาก

สำหรับแอปพลิเคชันที่ใช้ CPU เป็นหลัก การเพิ่มความเร็วสัญญาณนาฬิกาเป็นสองเท่าจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของเครื่องได้อย่างมากในทางทฤษฎี โดยมีเงื่อนไขว่าการดึงข้อมูลจากหน่วยความจำจะไม่เป็นคอขวด ในโปรเซสเซอร์รุ่นใหม่ๆ ที่ตัวคูณมากกว่าสองมากแบนด์วิดท์และความหน่วง ของ ไอซีหน่วยความจำเฉพาะ(หรือบัสหรือตัวควบคุมหน่วยความจำ) มักจะกลายเป็นปัจจัยจำกัด

• อัตรานาฬิกา
• ตัวแบ่งหน่วยความจำ
• ตัวแบ่งความถี่
• เครื่องสังเคราะห์ความถี่