• 2010/7/15

看懂CPU核心時脈 外頻、倍頻

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3.核心時脈

時脈(Clock)是CPU最重要的規格,單位是MHz或GHz,意思是CPU每秒跑幾「百萬次」(MHz)或「十億次」(GHz)。CPU內部是一個個的運算單元,像小型計算機那樣可以算一些加減乘除,而所謂的「跑一次」,就是CPU內部所有單元做一次動作,執行某些運算,2GHz的CPU就代表它可以每秒做20億次的動作。所以很直覺的,時脈愈高,數字愈大,執行的速度就愈快,而這也是劃分CPU產品定位的第一標準。

但不同核心的CPU時脈不能混在一起做比較,因為它們「跑一次」所做的事並不一定相同,這就是所謂的「時脈週期」(
Clock Cycle)。比如過去Intel Pentium4的CPU動不動就2GHz、3GHz,換到Core 2 Duo之後就變成只有1GHz、2GHz,可是事實上C2D的效能比P4好太多了,好到讓Intel全面放棄舊架構的Pentium4,因為C2D每個時脈週期可以做更多事,就算時脈沒有前一代產品高,整體效能還是比較好。

至於為什麼CPU的時脈都可以拉到GHz這麼高等級,是因為現在CPU內部是「管線化」的架構,講管線好像很難,其實很好理解。假設有一台洗衣機可以做洗衣、脫水、烘乾的步驟,一堆衣服丟進去,整個做下來要30分鐘,如果管線化拆成三台機器,每台只做一個步驟,雖然一堆衣服仍然要30分鐘才能處理完,可是會變成一次可以處理三堆衣服,而且每台機器運作的時間也變短了。而運算時間變短,就是一個時脈週期縮短,也就是時脈提高了。現在新的CPU內部大概都是十幾個階段(Stage),之前Pentium4時脈會那麼誇張,就是用了20個階段來飆速度。

4.外頻、倍頻.

CPU得對外和其他零組件溝通,而外頻(Bus Speed)就是CPU「對外」的時脈,那跟前面講的CPU時脈有什麼不同?其實早期外頻和CPU的內部時脈是相同的,但在CPU開始導入管線化架構之後,時脈突飛猛進,遠遠超越其他零組件,所以CPU便使用外頻和倍頻(Multiplier)的機制。CPU內部跑的是高時脈,但對外就降到較低的外頻,現在一般是200~333MHz,而內部的高時脈就是「外頻 x 倍頻」,倍頻的話,現在是6到11不等,不過以前也曾有過20幾倍頻的。

為了進一步讓事情複雜化,外頻也不是其他零組件跑的時脈,而是其他零組件「做為基準」的時脈,因為各零件的發展速度不一,所以便衍生成這種狀況。比如CPU的老相好記憶體,便是以外頻為基準,乘上不同的比值或算法,變成記憶體時脈。而底下要講的FSB則固定是外頻的四倍。


正常販售的CPU的倍頻都是只能下降不能提高(除了少見的工程測試版,或極高階的CPU),倍頻下降是CPU自己啟動的省電機制,降低時脈來節省耗電。所以大家所說的「超頻」都是拉高外頻,而因為外頻是其他零組件做為基準的時脈,一拉外頻就雞犬升天,CPU、記憶體、FSB的速度都跟著提高,電腦的整體效能就會顯著提升。


CPU-Z裡左下方的「Bus Speed」就是外頻,圖中是被我超頻過的300MHz,「Multiplier」中的6.0則是倍頻,300和6相乘就變.....1799.9MHz,0.1的誤差是因為時脈產生器不一定非常精準。


切到CPU-Z的「Memory」(記憶體)部分,Frequency頻率會顯示375MHz,底下有個4:5的比值,就是以外頻為基準,乘上5/4變成記憶體時脈。這個比值有很多種,取決取北橋的記憶體控制器,像1:1、1:2等等,設定比值和外頻時脈,有時可以在CPU超頻後,讓記憶體跑在比原來還低的時脈,增加穩定性。


註:記憶體時脈的算法因記憶體控制器不同,會有不一樣的「公式」。Intel是固定幾種比值乘上外頻,AMD則是連同倍頻一起納入計算,而NVIDIA新的晶片組號稱有Unlink非連結模式,可讓記憶體和外頻時脈各自獨立調整,但那只是內建更多的比值,讓記憶體時脈可以細微變動,基本上仍然都以CPU的外頻為計算基礎。
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