CPU乗数

コンピューティングにおいて、クロック乗算器(またはCPU 乗算器、バス/コア比) は、内部 CPUクロック速度と外部から供給されるクロックの比を設定します。これは、位相ロック ループ(PLL)周波数乗算器回路を使用して実装できます。10倍の乗算器を持つCPUでは、外部クロック サイクルごとに 10 の内部サイクルが発生します。たとえば、外部クロックが 100 MHz でクロック乗算器が 36 倍のシステムでは、内部 CPU クロックは 3.6 GHz になります。CPU の外部アドレス バスとデータバス( PC のコンテキストではまとめてフロント サイド バス(FSB)と呼ばれることが多い) も、外部クロックを基本的なタイミング ベースとして使用します。ただし、この基本周波数の (小さな) 倍数 (通常は 2 または 4) を使用して、データをより高速に転送することもできます。

マイクロプロセッサの内部周波数は、通常、FSB 周波数に基づいています。内部周波数を計算するために、CPU はバス周波数をクロック乗数と呼ばれる数値で乗算します。計算には、CPU は実効バス周波数ではなく、実際のバス周波数を使用します。デュアル データ レート (DDR) バス (AMD Athlon および Duron) およびクアッド データ レート バス (Pentium 4 以降のすべての Intel マイクロプロセッサ) を使用するプロセッサの実際のバス周波数を決定するには、実効バス速度を AMD の場合は 2、Intel の場合は 4 で割る必要があります。

最近の多くのプロセッサのクロック乗数は固定されており、通常は変更できません。プロセッサの一部のバージョンではクロック乗数がロック解除されています。つまり、マザーボードの BIOS セットアップ プログラムでクロック乗数設定を上げることで「オーバークロック」できます。一部の CPU エンジニアリング サンプルでもクロック乗数がロック解除されている場合があります。多くの Intel 認定サンプルでは最大クロック乗数がロックされています。これらの CPU はアンダークロック (低周波数で実行) できますが、CPU 設計で意図されているよりもクロック乗数を上げることでオーバークロックすることはできません。これらの認定サンプルと大部分の量産マイクロプロセッサはクロック乗数を上げることでオーバークロックすることはできませんが、別の手法 (FSB 周波数を上げる) を使用することでオーバークロックできます。

2009 年現在^[update]、コンピューターには相互接続された複数のデバイス (CPU、RAM、周辺機器など - 図を参照) があり、通常は異なる速度で動作します。したがって、システム内の共有バスを介して相互に通信する場合、内部バッファーとキャッシュが使用されます。PC では、CPU の外部アドレス バスとデータ バスが、「ノースブリッジ」を介して CPU をシステムの他の部分に接続します。1992 年の486DX2の導入以降に製造されたほぼすべてのデスクトップ CPU は、クロック乗算器を使用して内部ロジックを外部バスよりも高い周波数で実行しながらも、外部バスとの同期を維持しています。これにより、内部キャッシュ メモリまたはワイド バス (多くの場合、1 クロック サイクルあたり複数の転送も可能) に依存して周波数の差を埋めることで、CPU のパフォーマンスが向上します。

Athlon 64やOpteronなどの一部の CPU は、独立した専用の低レベルメモリ バスを使用してメイン メモリを処理します。これらのプロセッサは、1 つ以上のわずかに高レベルのHyperTransportリンクを使用して、システム内の他のデバイス (他の CPU を含む) と通信します。他の設計のデータ バスやアドレス バスと同様に、これらのリンクはデータ転送のタイミングに外部クロックを使用します (2007 年現在、通常は 800 MHz または 1 GHz)。

一部のシステムでは、 BIOSメニューでクロック乗数を変更できます。クロック乗数を増やすと、他のコンポーネントのクロック速度に影響を与えずに CPU クロック速度が上がります。外部クロック (およびバス速度) を増やすと、CPU だけでなく RAM やその他のコンポーネントにも影響します。

これらの調整は、コンピューターのオーバークロックとアンダークロックの 2 つの一般的な方法であり、CPU またはメモリ電圧の調整と組み合わされることもあります (発振器のクリスタルの変更はまれにしか行われません)。不注意なオーバークロックは、過熱や電圧降下によって CPU またはその他のコンポーネントに損傷を与える可能性があることに注意してください。新しい CPU には、ロックされたクロック乗数があることがよくあります。つまり、ユーザーが CPU をハッキングして乗数のロックを解除しない限り、BIOS でバス速度またはクロック乗数を変更することはできません。ただし、ハイエンドCPU には通常、ロック解除されたクロック乗数があります。

初期のマザーボードでは、CPU外部周波数とCPU乗数をオンボードジャンパーで手動で設定する必要があった。その後、Pentium IIIおよびPentium 4の時代になると、多くのマザーボードがCPUIDを介してCPU周波数を自動的に決定できるようになった。^[1]

クロック倍増という語句は、クロックの乗数が 2 であることを意味します。

クロックが 2 倍になった CPU の例は次のとおりです。

• Intel 80486DX2は、25または33MHzのバスで50または66MHzで動作しました。
• Weitek SPARC POWER μPは、 SPARCプロセッサのクロック倍増80MHzバージョンで、40MHzのSPARCStation 2に搭載できる。

どちらの場合も、システム全体の速度は約 75% 向上しました。^{[引用が必要]}

1990 年代後半までに、ほぼすべての高性能プロセッサ (一般的な組み込みシステムを除く) は外部バスよりも高速で動作するようになったため、「クロック倍増」という用語はその影響力をほとんど失いました。

CPU 依存のアプリケーションの場合、メモリからのデータのフェッチがボトルネックにならない限り、クロックを 2 倍にすると理論的にはマシンの全体的なパフォーマンスが大幅に向上します。乗数が 2 を大幅に超える最新のプロセッサでは、特定のメモリIC (またはバスやメモリ コントローラ)の帯域幅とレイテンシが制限要因になるのが一般的です。

• メモリディバイダー
• 周波数分周器
• 周波数シンセサイザー