İrili ufaklı her türlü çipin çalıştığı ve azamide ulaştığı bir saat suratı, yani frekans kıymeti vardır. Daima olarak sağda solda gördüğünüz “saat hızı” bedeli, o donanımın performansını belirleyen en değerli faktörlerden biridir. Bugün saat suratlarının kullanım biçimlerini ele alacağız. “Base”, “Boost”, ve “Turbo” üzere tabirleri daima duyuyordunuz, daha yeterli anlamış olacaksınız.
Geçmişte yongalar sabit saat suratlarıyla gelirdi, o günler geride kaldı. Donanımları evvelce karşılaştırmak daha kolaydı, artık devreye birçok parametre giriyor. Üstüne üstlük bir de hibrit mimari hayatımıza girdi, kullanılan çekirdeklerin çeşidi ikiye çıktı. Aslında geçmişte taşınabilir platformlarda farklı çekirdekler kullanılıyordu, Intel ve AMD’nin melez mimari yaklaşımıyla herkes “verimlilik çekirdeğiyle” tanıştı. Böylece teknik sayfalarda daha fazla frekans kıymeti görmeye başladık.
Tüm çağdaş işlemciler artık temel saatlere ve yükseltilmiş saat suratlarına sahip. Her performans ve verimlilik çekirdeği için başka ayrı olmak üzere. GPU’larda ise temel saat, oyun saat suratı ve yükseltilmiş saat suratı olmak üzere üç seçenek bile görebiliyoruz.
Üreticiler, sırf bir işlemci termal olarak yahut rastgele bir güç sınırlaması olmadığında “boost” frekanslarının garantisini verebilir. Ayrıyeten her çekirdek birebir anda vaat edilen bu frekanslara çıkamaz, ekseriyetle sadece tek yahut iki çekirdeğin belirtilen azamî pahalara çıktığını görürüz. Dahası, GPU yahut CPU fark etmeksizin işlemciler makul bir mühlet boyunca en yüksek saatlerde kalabilir.
Çiplerin saat suratlarını etkileyen birçok faktör vardır: Silikon kalitesi, kullandığınız soğutucunun kalitesi, genel olarak kasanın havalandırma kalitesi, termal macunun kalitesi, çalıştırdığınız iş yükleri üzere birçok şey sayabiliriz.
Üreticiler tanıtımlarında 5,7 ve hatta 6,0 GHz üzere artık ulaşılması sıkıntı olmayan kıymetlerden sıkça bahseder oldu. Artırma (boost) suratını daima korumak için ısıyı gereğince süratli dağıtabilen birinci sınıf soğutma tahlillerine (hava/sıvı) gereksiniminiz var.
Öncelikle saat suratının ne olduğunu anlayalım. Elbette işlemci performansını etkileyen birçok faktör var. Üretim teknolojisi, mimarisi, çekirdek sayısı ve saat suratı üzere. Öbür faktörlerin yanı sıra, bir yonganın “hızı” saat döngüsü olarak ölçülür. Her bir döngü, dahili bir osilatör (dahili saat) tarafından senkronize edilen transistörlerin açılması ya da kapatılmasından oluşan bir darbeden oluşur. Yani çip ne döngüyü ne kadar süratli tamamlayabiliyorsa o kadar süratli iş yapabilir.
Bu darbelerin azamî frekansı Hertz (Hz) cinsinden ölçülüyor. Günümüzün güçlü GPU/CPU’ları GHz cinsinden hesaplanmakta. Tüketici CPU’ları artık 6,0 GHz düzeylerine çıkabilirken, GPU’lar bile 3,0 GHz düzeylerini görmeye başladı.
Her bir gigahertz, saniyede bir milyar döngüyü temsil etmekte. Diyelim ki 5,0 GHz saat suratına sahip bir CPU, bir saniyede 5 milyar döngüyü gerçekleştirebiliyor. Kolay bir süreç için daha az sayıda döngü gerekirken, daha karmaşık ve ağır bir süreç için uzun döngü mühletleri gerekmekte.
Bilgisayarınızda, tabletinizde yahut telefonunuzda yer alan işlemciler her saniye farklı yazılımlardan gelen birçok talimatı işler. Bu talimatlardan kimileri kolay aritmetik içerir, kimileri ise çok daha karmaşıktır. Frekans suratı, işlemcinin saniyede gerçekleştirdiği döngü sayısını ölçer ve Hz (Hertz) cinsinden (günümüzde GHz-Gigahertz) ölçülür. Bu durumda bir “döngü” CPU’nun suratını ölçen temel ünitesidir diyebiliriz. Her döngü sırasında işlemci içindeki milyarlarca transistör açılır ve kapanır. Özetle, CPU aldığı talimatlarda yer alan hesaplamaları bu biçimde yürütür.
Başka bir deyişle saat suratı, bir devrenin saniyede kaç defa çalıştığını gösterir. Karmaşık devrelerin düzgün çalışması için dikkatli zamanlama gerekir. Bahsettiğimiz “saat” terimi ise tüm devrenin senkronize çalışmasını sağlayan “düzenli bir sinyal” üzeredir. Frekanslar sistemli açma-kapama elektrik darbesini temsil eder. Daha anlaşılır formda anlatacak olursak, çip saatlerini “düzenli nabız atışına” benzetebiliriz.
Darbenin açıktan kapalıya ve sonra tekrar açık pozisyona geçtiği her vakit bir döngüdür. Her döngüde devre bir süreç gerçekleştirebilir. Saat suratı hertz cinsinden ölçülse de, çağdaş işlemciler gigahertz aralığında yahut saniyede milyarlarca süreçle çalışıyor.
Biraz evvel üzerinde durmuştuk. Saat suratı çoklukla bilgisayar CPU’ları ile anılsa da, entegre devre (IC) kullanan öbür bileşenlerin de süreçleri senkronize etmek için bir saati vardır. Harici bir grafik sürece ünitesinin ürettiği ve kullandığı kendi saat suratı olabilir ve bir bilgisayarın RAM’i sistem CPU saatiyle senkronize edilebilir.
Söylediğimiz üzere, saat suratları çiplerin yalnızca kıymetli bir faktörü. Çekirdek sayısının yanı sıra önbellek boyutları da genel performansta değerli rol oynar. Birebir mimariye ve çekirdek sayısına sahip iki işlemciden saat suratı yüksek olan daha uygun performans gösterir.
Ancak her vakit yüksek frekanslı işlemciler daha süratlidir diye bir esas yok. Yeni jenerasyon, yeni mimariyle desteklenen bir eser, daha yüksek saat suratına sahip eski kuşak bir eserden daha âlâ performans gösterebilir. Buna birçok faktör dahil olabilir. En değerli neden ise IPC yararıyla sonuçlanan mimari iyileştirmeler. Son kısımda yeniden epey değerli olan “IPC (Instructions Per Cycle/Clock) terimine de değineceğiz.
Donanımların teknik özellik sayfasında “base clock, base block speed yahut base clock frequency” biçiminde tanımlamalar görebilirsiniz. Hepsi birebir şey. Bir çipin temel saat suratı, tüm çekirdeklerin temel olarak koruyacağı frekansı tabir eder. Ekseriyetle düşük-orta düzey iş yükleri işlenirken bu saat suratlarında geziniriz, yani entegre devreyi zorlayacak bir durum yoktur.
Eğer bir eser gerçek ve kâfi biçimde soğutuluyorsa “temel saat hızında” rahatlıkla çalışabilir, bu üreticiler tarafından garanti edilir. Yani “base clock” dediğimiz şey olağan kurallarda çalışması gereken asgarî saat frekansıdır.
Ayrıca belirtmek gerekirse, bir CPU’daki çekirdeklerin tümü de senaryoya bağı olarak taban frekans suratına birebir anda ulaşabilir. Bunu bir çipin boştaki saat hızlarıya karıştırmayın. Zira yongalar güç tasarım modları ve algoritmaları sayesinde temel saatlerin çok çok altına inebilirler.
Ek olarak, genel olarak işlemcilerin TDP bedelleri (özellikle Intel) çipin temel saat suratına bağlıdır. Öteki bir telaffuzla, tüm çekirdekler temel saatte çalıştığında TDP’yi aşmamalı. Fakat frekans yükseltme teknolojisi, yani Turbo Boost kullanılıyorsa güç tüketimi çok yüksek düzeylere erişebilir.
“Boost clock” yahut “turbo clock” olarak gördüğünüz parametre, iş yükleri daha ağır hale geldiğinde ve bir performans artışı/patlaması gerektiğinde ulaşılabilen suratları temsil etmekte. Belirtilen azamî suratlar donanım yapılandırmasına, termal boşluğa ve güç düzenlemelerine bağlı olarak artırılır. Böylece saniyede daha fazla döngü gerçekleşir, datalar daha süratli işlenir. Yani frekans yükselir. Asla “overclock (hız aşırtma) ile karıştırılmamalı. O farklı bir şey.
Buna “güçlendirilmiş saat hızı”, “yükseltilme saat hızı”, “artırılmış saat hızı” yahut “destekli saat hızı” denir. Yerli yahut yabancı kaynaklarda bazen “Turbo Frekans” halinde anılır. Buradaki “Turbo” sözü Intel’in “Turbo Boost Teknolojisi’nden” geliyor, tabir genel olarak çiplerin hepsinde kullanılabiliyor.
Teknolojinin ismi değişebilir lakin çalışma biçimi farklı olsa bile hepsi birebir şeyi tabir ediyor. AMD, frekansları yükseltmek için PBO (Precision Boost Overdrive) ve CPB (Core Performance Boost) üzere teknolojiler kullanmakta. Intel tarafında ise yıllardır kullanılan Turbo Boost’un yanı sıra Turbo Boost Max ve Thermal Velocity Boost üzere teknolojiler görüyoruz.
Elbette çok çekirdekli CPU’larda sırf tek bir çekirdeğin frekansını yükseltmek, tüm çekirdeklerin frekansını yükseltmekten çok daha kolaydır. Daha düşük güç yahut termal maliyete neden olur. Bu nedenle tek bir çekirdeği, tüm çekirdeklerin frekansını artırabileceğinizden çok daha yüksek frekanslara çıkarmanıza imkan tanır.
6.0 GHz üzere reklamı yapılan yükseltme saat suratlarının tüm çekirdekler için geçerli olmadığını söylemiştik. Sırf tek bir çekirdek böylesine yüksek frekanslara erişebilir. Hatta soğutma sisteminiz güzel değilse vaat edilen kıymetlere ulaşamayabilirsiniz. Şayet soğutucu güçlüyse, “patlama ve yüksek performans” gerekliyse en üst noktalara ulaşabiliyoruz. Berbat olan, ulaşsak bile kısa müddetler boyunca bu noktalarda kalabiliyoruz.
İşlemcilerde kullanılan “boost” teknolojileri de asında bir cins “otomatik sürat aşırtma” sistemi. Lakin hiçbir biçimde CPU’nun azamî kararlı frekansını bulmak için bu çarpanları (ve voltajı) aralıklarla manuel olarak artırmak manasına gelen “hız aşırtma” ile karıştırılmamalı.
Yükseltme saat frekansları üretici tarafından ayarlanır ve son kullanıcının rastgele bir müdahalesi olmadan sistem tarafından hayata geçirilir. Özetle boost saat suratı, bir CPU yahut GPU’nun otomatik olarak daha yüksek frekanslarda çalışma eğilimidir. Overclock ile ulaşılan sürat ise CPU yahut GPU’yu manuel olarak sürat aşırtarak elde edilen daha yüksek saat suratını söz eder. Boost saat suratında çalışmak için CPU’nuzu sürat aşırtmanız gerekmez. Fakat sürat aşırtmalı süratte kullanmak için sürat aşırtma gereklidir.
Hız aşırtmanın bileşeninize ziyan verebilecek makul riskleri var. Öte yandan turbo suratlar büsbütün inançlıdır, her şey üreticinin denetimi altında.
Adı geçen teknolojiler yerleşik olarak sunulsa da, bu hiçbir sınırlaması olmadığı manasına gelmiyor. Artırma saatlerini etkileyen çeşitli faktörler var:
- Anakart ve VRM Kalitesi: VRM, anakart üzerindeki tüm bileşenlere güç sağlayan ve düzenleyen güç transfer ünitesidir. Boost saat suratında sıkıntısız bir tecrübe sağlamak için, anakartınızdaki VRM’nin CPU yahut GPU’nuzu boost saat suratında çalıştırırken kesintisiz güç sağlayabildiğinden emin olmalısınız. VRM’niz kâfi kapasiteye sahip değilse, aygıtınız boost saat suratında çalışamayabilir.
- Soğutucu Kalitesi ve Genel Soğutma Kapasitesi: Sıkıntısız bir tecrübe için CPU yahut GPU’nuzu optimum sıcaklıklarda tutmak gerekir. Bilgisayarınızdaki soğutma tahlilleri kâfi değilse, CPU yahut GPU çok ısınmayı önlemek için düşük saat suratlarında çalışmak zorunda kalabilir.
- Silikon Piyangosu: Bu bahse makalemizde ayrıntılıca değinmiştik. Silikon piyangosu, tıpkı model çiplerin ortasındaki doğal farklılıkları, doğal kalite farkını söz ediyor. Kimi çipler başkalarına nazaran daha düşük voltaj ve daha güzel stabilite ile daha yüksek saat suratlarında çalışabilir. Bu da üretim farklılıkları nedeniyle birebir özelliklere sahip çiplerin biraz daha farklı performans göstermesine neden olur.
- Güç Kaynağı: Anakartın yanı sıra, yüksek güç gerektiren GPU/CPU’ları beslemek için kâfi bir güç kaynağı da (PSU) gerekli.
- Güçlendirilmiş Çekirdek Sayısı: Çok çekirdekli bir CPU’daki güçlendirilmiş saat suratı, tıpkı anda güçlendirilmiş çekirdek sayısına bağlıdır. Güçlendirilmiş saat suratları ekseriyetle az sayıda çekirdek için geçerlidir ve CPU’nun her çekirdeğe daha fazla güç ayırmasına imkan tanır. Lakin birebir anda çok fazla çekirdek güçlendiriliyorsa, CPU’nun çok ısınmasına ve güçlendirilmiş saat suratının düşmesine neden olabilir.
- Mimari: Üreticilerin yaptığı mimari iyileştirmeler sayesinde yeni jenerasyon yongalar daha yüksek suratlara çıkabilir.
- Üretim Teknolojisi: Çiplerin üretiminde 7nm yahut 5nm üzere ibareler görürsünüz. Üretim süreci küçüldükçe çip alanına yerleştirilebilecek transistör sayısı artar, böylece daha yüksek verimlilik sağlanır. Transistörler ortası geçiş daha süratli olacağından saat suratı da yüksek noktalara ulaşabilir.
Intel CPU’ların yüksek saat suratlarına ulaşmasını sağlayan şey, bu vazife için optimize edilmiş yerleşik teknolojiler. Intel bütün olarak “Turbo Boost Teknolojisi” olarak isimlendiriyor. Ayrıyeten bir de “Termal Sürat Arttırma (Thermal Velocity Boost, TVB)” var.
Elde edilen azamî Turbo Boost suratları, şirketin Turbo Boost Max 3.0 ve Thermal Velocity Boost (her ikisi de iş yüküne bağlı olarak otomatik) ile üst taşınmakta. Bu teknolojiler tarafından elde edilen en yüksek ölçüm, Intel tarafından “Maksimum CPU Turbo Frekansı” olarak isimlendiriliyor.
AMD de takviye saat suratlarını artırmak için Turbo Boost’a benzeri bir formül kullanıyor. Yalnızca bu süreç Precision Boost Overdrive ve Precision Boost olarak isimlendirilmekte.
Kırmızı grubun teknolojileri, CPU sensörleri sıcaklıkları, faal çekirdek sayısı, güç tüketimi ve daha birçok datayı harmanlayarak frekansı inançlı olarak halde mümkün olan azamî sürate çıkarmak üzere tasarlanıyor.
Saat suratı size bir CPU’nun bir saniyede kaç döngü tamamlayabileceğini gösterirken, IPC (döngü/saat başına komut sayısı) bir CPU’nun her döngüde kaç misyon gerçekleştirebileceğini tanımlamakta.
Örneğin daha süratli bir saat suratına sahip bir işlemci saniyede daha fazla döngü tamamlayabilirken, daha yüksek IPC’ye sahip lakin daha düşük saat suratı olan bir işlemci buna karşın bir saniyede daha fazla misyonu tamamlayabilir. Sonuç olarak, daha süratli bir CPU’dan bahsederken hem saat suratı, hem IPC hem de çekirdek sayılarına değinmek daha yanlışsız.
İşlemci saat döngüsü.
Dijital devreler, talimatların ne vakit ve nasıl yürütüleceğini bilmek için saat sinyallerine güvenir. Bu nedenle CPU’lar da dahil olmak üzere birçok elektronik aygıtta sabit saat döngüsü sağlamak için dahili bir osilatör (saat) bulunur. Bu saat sinyalleri daimdir ve yüksek/düşük durumlu kolay bir kare dalga üzere görünür.
CPU’daki bir ‘döngü’, bu dahili osilatör tarafından senkronize edilen bu darbelerin ikisi ortasındaki vakit aralığıdır. Yani, 1 düşük durumdan yüksek duruma ve tekrar düşük duruma geçmek için geçen müddettir.
İşlemcideki bir döngü, dahili osilatör tarafından senkronize edilen darbelerin ikisi ortasındaki vakit aralığını göstermekte. Öteki bir deyişle, 1 düşük durumdan yüksek duruma ve tekrar düşük duruma geçmek için geçen mühlet halinde tanımlayabiliriz. Saniyede işleyebildiği bu ‘döngülerin’ sayısı, bir işlemcinin ‘saat hızı’ dediğimiz şey.
CPU saat döngüsü ve saat suratı her CPU mimarisi için farklı olabileceğinden, farklı markaların/nesillerin CPU’larını asla yalnızca saat suratlarını kullanarak karşılaştırmayız. Bunu esasen her fırsatta lisana getiriyoruz.
Bir saat döngüsünün ne olduğunu bildiğinize nazaran IPC’yi tanımlamak çok daha kolay hale geliyor. IPC (saat başına talimat/komut), bir CPU’nun tek bir saat döngüsünde yürütebileceği talimat sayısıdır. Öte yandan işlemcinin saat suratı (GHz şeklinde), bir saniyede tamamlayabildiği saat döngüsü sayısıdır. Yani, 3 GHz’lik bir CPU saniyede 3 milyar döngüyü tamamlayabilir.
Bu ortada, rastgele bir işlemci IPC’sinin iş yüküne bağlı olarak değişebileceğini ekleyelim. Ayrıyeten CPU üreticileri IPC bilgilerini ekseriyetle teknik özellik sayfalarında paylaşmazlar.
Örnek olarak elimizde farklı işlemciler var ve hepsini 3 GHz’e kilitledik diyelim. Bu esnada devreye mimari farkların yanı sıra CPU’ların saat döngüsü başına işleyebileceği talimat sayısı giriyor.