I. Чаще всего чип будет использовать разные частоты для разных частей чипа. В наши дни даже самые простые 0,5 $ микроконтроллеры имеют довольно сложную схему синхронизации (по крайней мере, заслуживающую отдельную главу в таблице данных). Таким образом, тактовая частота будет выбираться для каждого блока по основаниям блока.
II. На каком этапе проектирования выбирается частота:
а) Я бы сказал, что большую часть времени это на ранней стадии. Можно было бы получить требования (пример: декодировать HD-видео). Исходя из этого, можно было бы выбрать архитектуру с учетом компромиссов между мощностью, технологией и стоимостью. Одним из результатов архитектурного решения является тактовая частота.
б) Но иногда раннее решение оказывается неоптимальным / неправильным. Так что изменения делаются. Однако это может быть дорогостоящим, поскольку обычно разные части чипа разрабатываются параллельно. Изменение одного тактового генератора может вызвать изменение дизайна другого блока (из-за интерфейса и самого источника тактового сигнала). Я бы сказал, что по этой причине этого избегают. Конечно, для одного блока проще изменить тактовую частоту, чем для другого, так что «ваш расход может варьироваться».
c) На последнем этапе места и маршрута (это один из последних этапов перед отправкой микросхемы на завод) иногда возникают проблемы с закрытием бюджета времени / мощности (т. е. выполнение проектных работ на целевой частоте / мощности), поэтому решение принимается сделано для понижения тактовой частоты. Этого определенно избегают, поскольку это означает, что он не соответствует некоторым маркетинговым спецификациям. Но иногда разумнее быть быстрее на рынке, чем делать редизайн, который на этом этапе будет действительно дорогостоящим и трудоемким.
Но есть еще:
d) Несколько раз решение о тактовой частоте принимается после изготовления (если определенные условия в проекте сделаны заранее). Из-за изменчивости производства некоторые чипы получаются лучше, чем другие. Чем можно выполнить биннинг - сортируйте чипы в зависимости от того, с какой максимальной частотой они могут работать надежно, и продавайте их быстрее с премией. Я бы сказал, что в основном это используют производители процессоров для ПК.
e) Иногда готовые микросхемы недостаточно синхронизированы в конечном оборудовании для экономии энергии (популярно в ОК), если требуемая вычислительная мощность ниже максимально допустимой для чипа.
е) В каком-то современном дизайне часы можно настраивать динамически. Затем часы меняются в поле в зависимости от нагрузки для экономии энергии.
III. Таким образом, то, как частота выбрана и почему проектирование работает на более низкой тактовой частоте, будет иметь большую вычислительную мощность:
Ох, мальчик, так много переменных, так что это инженерная дисциплина сама по себе. Вы учитываете маркетинговые требования, технологию, стоимость, EMI, мощность, поддерживаемый стандарт, требования к IO и т. Д. И т. Д.
Но в основном можно свести это к следующему: для достижения заданной производительности можно иметь более быстрые тактовые импульсы (делать последовательности последовательно один за другим) или параллельные параллельные операции с меньшими тактовыми частотами за счет использования большего количества транзисторов. Из-за некоторых факторов - главным образом задержки конвейера / памяти, иногда лучше использовать больше транзистора, чем более быстрые часы.