کاهش کلاک

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد

کاهش کلاک که با زیرساعته کردن نیز شناخته می‌شود عبارت است از دستکاری تنظیمات زمانبندی مدارات الکترونیکی یا کامپیوتری به نحوی که با نرخ ساعت پایینتری نسبت به آنچه که برایشان تعریف شده کار کنند. کاهش کلاک برای پایین آوردن مصرف توان کامپیوتر، افزایش میزان عمر باطری و کاهش تولید حرارت استفاده می‌شود و همچنین ممکن است سازگاری و پایداری سیستم را نیز افزایش دهد. کاهش کلاک ممکن است توسط کارخانه پیاده‌سازی گردد اما اکثر کامپیوترها و قطعات می‌توانند به وسیله کاربر نهایی کاهش کلاک یابند.

انواع کاهش کلاک

کاهش کلاک پردازنده

برای ریزپردازنده‌ها عموماً هدف کاهش نیاز به ابزارهای پخش حرارت یا کاهش مصرف توان الکتریکی می‌باشد. این موضوع می‌تواند منجر به افزایش پایداری سیستم در محیطهای پرحرارت گردد یا اجازه دهد که سیستم با جریان هوای پایین‌تر (و در نتیجه آهسته تر بودن) فن خنک‌کننده یا بدون هیچ‌یک از آن‌ها کار کند. به عنوان مثال، یک پردازنده پنتیوم ۴ با سرعت اسمی ۲٫۴ گیگاهرتز را می‌توان به ۱٫۸ گیگاهرتز کاهش کلاک داد و پس از آن با خیال راحت با سرعت فن پایین کار کرد. این ثبات به بهای کم کردن (هزینه کردن از) کارایی سیستم حاصل می‌شود. با این حال، نسبت کاهش کارایی معمولاً کمتر از نسبت کاهش سرعت ساعت است زیرا کارایی اغلب توسط دیگر تنگناها محدود می‌شود: هارد دیسک، GPU، کنترل‌کننده دیسک، اینترنت، شبکه، و غیره. کاهش کلاک به ایجاد تغییرات در زمانبندی ساعت یک مدار هم‌زمان به منظور کاهش انرژی مورد نیاز دستگاه اشاره دارد. کاهش کلاک عمدی شامل محدود کردن سرعت یک پردازنده است، که ممکن است در سرعت عملیات تأثیر بگذارد، اما امکان اینکه دستگاهی را به طرز محسوسی کم توان سازد، بستگی به دیگر سخت‌افزارها و کاربرد مورد نظر دارد.

بسیاری از کامپیوترها و دیگر تجهیزات اجازه کاهش کلاک را می‌دهند. تولیدکنندگان گزینه‌های مربوط به کاهش کلاک را به دلایل بسیاری اضافه می‌کنند. کاهش کلاک می‌تواند در مسئله ایجاد گرمایش بیش از حد کارگشا باشد، چرا که کارایی پایین، حرارت آنچنانی در داخل دستگاه تولید نمی‌کند. همچنین می‌تواند مقدار انرژی مورد نیاز برای اجرای دستگاه را کاهش دهد. کامپیوتر لپ تاپ و سایر دستگاه‌های نیازمند باطری اغلب تنظیمات کاهش کلاک را دارا هستند، به‌طوری‌که باتری می‌تواند بدون دریافت شارژ مدت زمان طولانی تری دوام بیاورد.

علاوه بر ارائه ویژگی‌های کاهش کلاک، تولیدکنندگان می‌توانند قابلیت یک دستگاه را به منظور کارآمد تر کردن آن محدود کنند. نمونه کامپیوتر با تعداد دستورات کم شده(RISC) می‌تواند به سازندگان در ساخت دستگاه‌هایی که با انرژی کمتری کار می‌کنند کمک کند.

کاهش کلاک کارت‌های گرافیکی

کاهش کلاک همچنین می‌تواند روی GPU پردازنده کارت گرافیک معمولاً با هدف کاهش تولید گرما انجام شود. به عنوان مثال، می‌توان یک GPU را برای کار با نرخ ساعت پایین‌تر در هنگام انجام کارهای روزمره (به عنوان مثال مرور اینترنت و پردازش کلمه) تنظیم نمود، که اجازه می‌دهد کارت در دمای پایینتر و در نتیجه سرعت‌های پایین‌تر و آرام‌تر فن کار کند. پردازنده‌های گرافیکی پس از آن می‌توانند برای اجرای برنامه‌های کاربردی با گرافیکی تر بالاتر مانند بازی‌ها اورکلاک شوند. کاهش کلاک کارایی یک GPU را کاهش دهد، اما این کاهش احتمالاً به جز در برنامه‌های با نیاز گرافیکی بالا قابل ملاحظه نخواهد بود.

کاهش کلاک حافظه

کلاک حافظه جدیدتر و سریعتر را می‌توان برای هماهنگ شدن با سیستم‌های قدیمی تر به عنوان روشی ارزان در جایگزینی حافظه‌های کمیاب یا توقف تولید شده کاهش داد. در صورتی‌که مشکلات پایداری در تنظیمات بالاتر بروز کند، این مسئله الزامی نیز می‌گردد بخصوص در یک کامپیوتر شخصی با چندین ماژول حافظه با سرعت‌های کلاک مختلف. اگر کلاک پردازنده یک کامپیوتر شخصی را کاهش دهید و عامل ساعت یا ضریب (نرخ بین سرعت ساعت پردازنده و حافظه) را تغییر ندهید در اینصورت کلاک حافظه نیز کاسته خواهد شد.

چه زمانی استفاده می‌شود

مقیاس‌گذاری پویای فرکانس (کاهش کلاک خودکار) امری بسیار معمول در کامپیوترهای لپتاپ هست که برای کامپیوترهای رومیزی نیز به خوبی معمول گردیده است. در لپتاپها معمولاً زمانی که سیستم از باطری استفاده می‌کند کلاک پردازنده به صورت خودکار کاهش داده می‌شود. بسیاری از پردازنده‌های نوت بوک و رومیزی (که از الگوهای حفظ انرژی مانند AMD's Cool'n'Quiet و PowerNow![۱] بهره می‌برند) هنگام پایین بودن بار پردازشی در صورتی‌که BIOS و سیستم عامل پشتیبانی کنند کلاک خود را به صورت خودکار کاهش می‌دهند. اینتل همچنین از این روش در پردازنده‌های متنوعی تحت عنوان ابزار SpeedStep استفاده کرده‌است. SpeedStep اولین بار در تراشه‌هایی مانند Core 2 Duo و مدل‌های انتخابی پنتیوم ظاهر شد بعدها به استانداردی در مدل‌های متوسط به بالای Core i3, i5 , i7 تبدیل شد.

بعضی پردازنده‌ها به عنوان یک معیار دفاعی به صورت خودکار کلاکشان را کاهش می‌دهند، برای جلوگیری از داغ شدن بیش از حدکه ممکن است به خرابی دائمی منجر گردد. وقتی پردازنده به سطح دمایی که برای عملیات ایمن بسیار بالا تلقی می‌گردد برسد مدار کنترل دمایی فعال شده به صورت خودکار ولتاژ هسته پردازنده و ساعت رسیدن به دمای امن پایین می‌آید. در محیط‌های کاملاً خنک این مکانیسم به ندرت ممکن است اتفاق بیفتد (اگر چنین حالتی پیش بیاید).

مشابه اورکلاک کردن روش‌های متنوعی برای کاهش کلاک وجود دارد با این تفاوت که در اینجا در عوض بالاترین کردن نرخ ساعت - هدف داشتن کامپیوتری با پایینترین نرخ ساعت می‌باشد.

مزایا

مصرف انرژی الکتریکی کم شده، بخصوص زمانی که با پایین ولتاژه کردن ترکیب گردد (به عنوان مثال پایین آوردن ولتاژ قطعه به کمتر از مقدار اسمی). مثلاً با کاهش کلاک یک پردازنده Athlon XP+ 1700 از ۱۴۶۶ به ۱۰۰۰ مگاهرتز و کم کردن ولتاژ هسته از ۱٫۷۵ به ۱٫۱۵ ولت، کاربر کامپیوتر توانست مصرف توان را از ۶۴ به ۲۱٫۶ وات کاهش دهد یعنی ۶۶٪ کاهش مصرف توان فقط با ۲۶٪ کارایی کمتر.[۲] همین مسئله برای پردازنده‌های جدیدتر نیز صادق است: وقتی یک پردازنده تک هسته‌ای اینتل ۲۰٪ کاهش کلاک داده می‌شود کارایی فقط ۱۳٪ و مصرف توان ۴۹٪ پایین می‌آید.[۳]

در حالت کلی توان مصرف شده توسط پردازنده با ظرفیت خازنی C و فرکانس کاری f و ولتاژ V حدوداً[۴] معادل

می‌باشد.

  • کاهش تولید حرارت که در حقیقت بخشی از توان مصرفی می‌باشد.
  • کاهش نویز زیرا ممکن است سرعت کار فن‌های خنک‌کننده پایین بیاید یا حتی حذف گردد.
  • بهره‌وری فن‌های خنک‌کننده تابعی است از سرعت چرخش آن اما هرچه سرعت آن بیشتر گردد منجر به تولید نویز می‌گردد.
  • طول عمر طولانی سخت‌افزار
  • پایداری بیشتر
  • افزایش طول عمر باطری
  • سازگاری بهتر با برنامه‌های قدیمی کارایی مناسب بازی‌های کامپیوتری قدیمی که به زمانبندی پردازنده وابسته بودند.

در عمل

لینوکس

هسته لینوکس از مدولاسیون فرکانس پردازنده پشتیبانی می‌کند. در پردازنده‌های پشتیبانی شده، دستور cpufreq برای به دست آوردن این ویژگی یک سطح کنترل متغیر نرخ ساعت پردازنده به مدیر سیستم ارائه می‌کند. هسته به صورت پیش‌فرض شامل ۵ بخش می‌باشد: محافظه کار، انتظار تقاضا، کارایی، ذخیره انرژی و فضای کاربری. بخش‌های محافظه کار و انتظار تقاضا نرخ ساعت را بر مبنای فشار کاری پردازنده تنظیم می‌کنند اما هر کدام با الگوریتمی متفاوت. بخش انتظار تقاضا هنگام ترافیک کاری پردازنده به بالاترین فرکانس جهش نموده و سپس در زمان بیکاری پردازنده مرحله به مرحله فرکانس را کم می‌کند در حالیکه بخش محافظه کار هنگام ترافیک پردازنده فرکانس را مرحله به مرحله زیاد می‌کند و سپس هنگام بیکاری پردازنده به کمترین فرکانس جهش می‌کند. بخش‌های کارایی، حفظ انرژی و فضای کاربری نرخ ساعت را به صورت ایستا تنظیم می‌کنند: کارایی به بیشترین مقدار ممکن، حفظ انرژی به کمترین مقدار ممکن، و فضای کاربری به فرکانس تعیین و کنترل شده توسط کاربر.

ویندوز

زیرساعته کردن می‌تواند به وسیله بایوس یا برنامه‌های ویندوز یا به صورت پویا با ابزارهایی مانند SpeedStep شرکت اینتل یا Cool'n'Quiet شرکت AMD صورت گیرد.

Asus Eee PC

برخی نسخه‌های Asus Eee PC از پردازنده ۹۰۰ مگاهرتزی سلرون-ام اینتل در حالت کاهش کلاک یافته ۶۳۰ مگاهرتزی استفاده می‌کنند.

Mac OS X

کاهش کلاک می‌تواند در EFI انجام گیرد.

تلفنهای هوشمند و دستیاران شخصی

بسیاری از تلفنهای هوشمند و دستیاران دیجیتال شخصی مانند Motorola Droid, Palm Pre و Apple iPhone کاهش کلاک یک پردازنده خیلی قدرتمند را به استفاده تمام کلاک از یک پردازنده ضعیفتر ترجیح می‌دهند، برای افزایش عمر باطری. طراحان چنین وسایل قابل حمل عموماً به این نتیجه می‌رسند که پردازنده‌های ضعیفتر طول عمر پایین‌تر باطری را در مقایسه با یک پردازنده قویتری که با نرخ ساعت پایینتر در حال کار است به همراه دارند. آن‌ها پردازنده را در مبنای واحد کارایی بر وات پردازنده انتخاب می‌کنند.[۵]

کارایی

کارایی یک ماشین کاهش کلاک یافته اغلب بهتر از چیزی است که انتظار می‌رود. در استفاده‌های معمول رومیزی تمام انرژی پردازنده به ندرت لازم می‌گردد. حتی وقتی سیستم مشغول است مدت زمان قابل توجهی عموماً صرف انتظار داده از حافظه دیسک یا سایر قطعات می‌گردد. چنین قطعاتی با پردازنده از طریق یک گذرگاه که دارای پهنای باند خیلی پایینی می‌باشد در ارتباط هستند. عموماً ضریب پردازنده پایینتر (و بنابراین نرخ ساعت پردازنده پایینتر) موجب نزدیکتر شدن کارایی آن به کارایی گذرگاه شده و زمان کمتری را انتظار خواهد کشید.

منابع

  1. ""Global Provider of Innovative Graphics, Processors and Media Solutions"." AMD. Retrieved 2016-06-02. Check date values in: |تاریخ= (help)
  2. «"Ultimate Underclock & Undervolt Project"». Silentpcreview.com. 2002-07-28. Retrieved 2016-06-02.. بایگانی‌شده از اصلی در 14 نوامبر 2016. دریافت‌شده در 13 دسامبر 2016. تاریخ وارد شده در |تاریخ= را بررسی کنید (کمک)
  3. «"Archived copy"». Archived from the original on July 8, 2011. Retrieved November 27, 2010.. تاریخ وارد شده در |تاریخ= را بررسی کنید (کمک)
  4. "Enhanced Intel SpeedStep Technology for the Intel Pentium M Processor - White Paper" (PDF)." (PDF). Intel Corporation. March 2004. Archived from the original (PDF) on ۱۲ اوت ۲۰۱۵. Retrieved ۱۳ دسامبر ۲۰۱۶. Check date values in: |تاریخ= (help)
  5. «"Microprocessor Design: Performance Metrics"».

پیوند به بیرون