CPU 배율

컴퓨팅에서 클럭 배율(CPU 배율 또는 버스/코어 비율이라고도 함)은 프로세서의 내부 클럭 신호가 외부 기본 클럭에 비해 얼마나 더 빠르게 실행되는지를 결정한다. 이는 CPU의 작동 주파수에 직접적인 영향을 미치며, 다음과 같이 계산된다: CPU 속도 = 기본 클럭 × 배율. 예를 들어, 100MHz 기본 클럭과 36배 배율을 가진 프로세서는 내부적으로 3.6GHz로 작동한다. AMD와 인텔의 최신 프로세서는 터보 부스트 및 프리시전 부스트와 같은 기술을 통해 성능, 전력 소비 및 발열을 관리하기 위해 이 배율을 동적으로 조정한다.

이것은 위상동기회로(PLL) 주파수 체배기 회로로 구현될 수 있다. 따라서 10배 배율을 가진 CPU는 외부 클럭 주기당 10번의 내부 주기를 갖게 된다. 예를 들어, 외부 클럭이 100MHz이고 36배 클럭 배율을 가진 시스템은 내부 CPU 클럭이 3.6GHz가 된다. CPU의 외부 주소 및 데이터 버스 (컴퓨팅)(PC 컨텍스트에서 종종 프론트 사이드 버스(FSB)로 총칭됨)도 외부 클럭을 기본 타이밍 베이스로 사용하지만, 데이터를 더 빠르게 전송하기 위해 이 기본 주파수의 (작은) 배수(일반적으로 2 또는 4)를 사용할 수도 있다.

마이크로프로세서의 내부 주파수는 일반적으로 FSB 주파수를 기반으로 한다. 내부 주파수를 계산하기 위해 CPU는 버스 주파수에 클럭 배율이라는 숫자를 곱한다. 계산을 위해 CPU는 실제 버스 주파수를 사용하며, 유효 버스 주파수를 사용하지 않는다. 듀얼 데이터 레이트(DDR) 버스(AMD 애슬론 및 듀론) 및 쿼드 데이터 레이트 버스(펜티엄 4부터 시작하는 모든 인텔 마이크로프로세서)를 사용하는 프로세서의 실제 버스 주파수를 결정하려면 유효 버스 속도를 AMD의 경우 2로, 인텔의 경우 4로 나누어야 한다.

AMD 라이젠 CPU의 클럭 배율은 고정되어 있지 않다.^[1] 많은 최신 인텔 프로세서의 클럭 배율은 고정되어 있으며, 일반적으로 변경할 수 없다. 일부 프로세서 버전은 클럭 배율이 잠금 해제되어 있어, 마더보드의 바이오스 설정 프로그램에서 클럭 배율 설정을 높여 "오버클럭"할 수 있다. 일부 CPU 엔지니어링 샘플도 클럭 배율이 잠금 해제되어 있을 수 있다. 많은 인텔 검증 샘플은 최대 클럭 배율이 잠겨 있다: 이 CPU들은 언더클럭될 수 있지만(더 낮은 주파수에서 실행), CPU 설계에서 의도한 것보다 클럭 배율을 높여 오버클럭할 수는 없다. 이 검증 샘플과 대부분의 생산 마이크로프로세서는 클럭 배율을 높여 오버클럭할 수 없지만, 다른 기술, 즉 FSB 주파수를 높여 오버클럭할 수 있다.

오래된 X86 컴퓨터의 토폴로지. CPU와 노스브리지를 연결하는 FSB에 주목하라.

기본 시스템 구조

2009년년 기준^[update], 컴퓨터에는 서로 다른 속도로 작동하는 여러 상호 연결된 장치(CPU, RAM, 주변 장치 등 - 다이어그램 참조)가 있다. 따라서 시스템의 공유 버스를 통해 서로 통신할 때 내부 버퍼와 캐시를 사용한다. PC에서 CPU의 외부 주소 및 데이터 버스는 "노스브리지"를 통해 CPU를 시스템의 나머지 부분과 연결한다. 1992년 486DX2가 출시된 이래로 생산된 거의 모든 데스크톱 CPU는 클럭 배율을 사용하여 외부 버스보다 높은 주파수에서 내부 로직을 실행했지만, 여전히 동기 상태를 유지한다. 이는 내부 캐시 메모리 또는 넓은 버스(종종 클럭 주기당 하나 이상의 전송이 가능함)를 사용하여 주파수 차이를 보완함으로써 CPU 성능을 향상시킨다.

변형

애슬론 64 및 옵테론과 같은 일부 CPU는 별도의 전용 저수준 메모리 버스를 사용하여 메인 메모리를 처리한다. 이 프로세서들은 하나 이상의 약간 더 높은 수준의 하이퍼트랜스포트 링크를 사용하여 시스템의 다른 장치(다른 CPU 포함)와 통신한다. 다른 설계의 데이터 및 주소 버스처럼, 이 링크들은 데이터 전송 타이밍을 위해 외부 클럭을 사용한다(2007년 기준으로 일반적으로 800MHz 또는 1GHz).

BIOS 설정

일부 시스템에서는 소유자가 바이오스 메뉴에서 클럭 배율을 변경할 수 있다. 클럭 배율을 높이면 다른 구성 요소의 클럭 속도에 영향을 미치지 않고 CPU 클럭 속도가 증가한다. 외부 클럭(및 버스 속도)을 높이면 CPU뿐만 아니라 RAM 및 기타 구성 요소에도 영향을 미친다.

이러한 조정은 컴퓨터를 오버클럭하고 언더클럭하는 두 가지 일반적인 방법을 제공하며, CPU 또는 메모리 전압을 일부 조정할 수도 있다(발진기 크리스탈 변경은 극히 드물게 발생). 부주의한 오버클럭은 과열 또는 전압 파괴로 인해 CPU 또는 다른 구성 요소에 손상을 줄 수 있음을 유의해야 한다. 최신 CPU는 종종 잠긴 클럭 배율을 가지고 있어, 사용자가 배율을 잠금 해제하기 위해 CPU를 해킹하지 않는 한 바이오스에서 버스 속도나 클럭 배율을 변경할 수 없다. 그러나 고급 CPU는 일반적으로 잠금 해제된 클럭 배율을 가지고 있다.

초기 마더보드는 온보드 점퍼를 통해 CPU 외부 주파수와 CPU 배율을 수동으로 설정해야 할 수 있었다. 이후 펜티엄 III 및 펜티엄 4 시대에는 많은 마더보드가 CPUID를 통해 CPU 주파수를 자동으로 결정할 수 있게 되었다.^[2]

클럭 더블링

클럭 더블링(clock doubling)이라는 구문은 클럭 배율이 2임을 의미한다.

클럭 더블링 CPU의 예는 다음과 같다:

• 인텔 80486DX2, 25MHz 또는 33MHz 버스에서 50MHz 또는 66MHz로 작동했다.
• Weitek SPARC POWER μP, 40MHz SPARCStation 2에 장착할 수 있는 SPARC 프로세서의 클럭 2배의 80MHz 버전.

이 두 경우 모두 시스템의 전체 속도가 약 75% 증가했다.

1990년대 후반에는 거의 모든 고성능 프로세서(일반적인 임베디드 시스템 제외)가 외부 버스보다 높은 속도로 작동하여 "클럭 더블링"이라는 용어는 그 의미를 많이 잃었다.

CPU 중심 애플리케이션의 경우, 메모리에서 데이터를 가져오는 것이 병목 현상을 일으키지 않는 한 클럭 더블링은 이론적으로 기계의 전체 성능을 상당히 향상시킬 것이다. 배율이 2를 훨씬 초과하는 최신 프로세서에서는 특정 메모리 IC(또는 버스 또는 메모리 컨트롤러)의 대역폭 및 레이턴시가 일반적으로 제한 요소가 된다.

같이 보기

• 메모리 디바이더
• 주파수 분배기
• 주파수 신시사이저