Автоматическая регулировка частот процессоров: что это такое и для чего нужно

Автоматическая регулировка частот процессоров: что это такое и для чего нужно

Еще 15 лет назад компьютерные энтузиасты увеличивали частоту центральных процессоров, внося конструктивные изменения на уровне микросхем в материнские платы и сами процессоры. Позже появились независимые разработки, позволяющие программно, но в ручном режиме увеличить рабочие частоты ядер процессоров. Сегодня контроль над частотами добровольно отдали в руки пользователей сами производители, реализовав его через специальные технологии.

Теперь частоты процессоров автоматически регулирует сама система и выбирает самые оптимальные режимы для эффективного выполнения поставленных пользователем задач. Как именно это происходит – читайте ниже.

Как осуществляется регулировка частоты процессора

Высокие тактовые частоты необходимы процессору, поскольку определяют вычислительную мощность. Но параллельно повышение производительности сказывается на характеристиках всей системы. Увеличивается энергопотребление, вследствие чего интенсифицируется нагрев. В таких условиях система может потерять стабильность и под угрозой окажется безопасность всего ПК.

Поэтому с появлением новейших многоядерных процессоров с высокой мощностью остро встала необходимость управления рабочими частотами. Это позволило компьютеру работать оптимально. То есть при увеличении количества и сложности задач, возложенных на процессор, повышается его частота. А при уменьшении нагрузок процессор сбавляет частоты, следовательно, понижается уровень энергопотребления и спадает степень нагрева как самого чипа, так и окружающего пространства внутри корпуса.

Изначально динамические частоты (изменяющиеся), предусматривались для регулировки рабочих параметров системы. Однако позже, под влиянием современных тенденций и заинтересованности пользователей в разгоне компьютерного оборудования, производители стали выпускать процессоры с разблокированным множителем. Выгода подобного решения стала очевидной: пользователям больше не требовалось прилагать дополнительных усилий для разгона частот процессора, процедура стала массовой и общедоступной.

Однако управление частотами процессора – дело тонкое и ответственное, поэтому для безопасного и эффективного регулирования частот производителями процессоров были созданы фирменные опции. С ними и познакомимся ближе.

Аппаратный алгоритм от Intel

Впервые аппаратный алгоритм с названием Turbo Boost появился в CPU с маркировкой Core i7-900 с 4 ядрами и частотой от 2,66 до 3,2 ГГц. Версия 1.0 способствовала разгону процессора максимум на 300 МГц. На то время и это было значимым шагом.

В 2010 г. была представлена версия Turbo Boost 2.0, которая сохраняет актуальность и сейчас, и эффективно работает даже в новейших процессорах 11 поколения.

Главные принципы регулировки частот CPU Intel – это недопущение потери стабильности и удержание показателей тепловых характеристик в рамках, предусмотренных производителем. Для этого технология опирается на два параметра:

• PL1 – заводской лимит энергопотребления, который стал базовым значением для реализации технологии.
• PL2 – абсолютный предел, который по настройкам производителя на 25 % выше заводского базового уровня, но не более.

Чтоб защитить микрочип от перегрузки, алгоритм работает в режиме PL2 небольшой период времени, после происходит плавный откат к базовому режиму. При этом на пике производительности выполняется постоянный контроль температур, поэтому для разгона очень важно наличие производительной системы процессорного охлаждения.

Помимо основной технологии, процессоры Intel новейшего поколения обладают несколькими дополнительными технологиями, которые оптимизирую работу процессора в режиме повышенных частот.

Так, например, алгоритм Turbo Boost Max 3.0 определяет наиболее производительные из ядер CPU и перераспределяет нагрузку с учетом их возможностей. Надстройка Velocity Boost отслеживает степень нагрева ядер и контролирует работу процессора на повышенных частотах, пока значение не достигнет установленных производителем лимитов. Так у семейства Comet Lake предел составляет 70 °C.

Алгоритм контроля частот от AMD

Технология называется Precision Boost. Она реализует разгон CPU с интервалом шага 25 МГц, благодаря чему и называется «Точным разгоном». У конкурентов количественные характеристики разгона как правило кратны 100 МГц, но есть варианты и большего шага – 133 МГц.

Алгоритм Precision Boost появился у компании AMD одновременно с архитектурой Zen, последней и актуальной сегодня версией является Precision Boost 2.0.

В отличие от алгоритмов компании Intel, технология точного разгона от AMD работает сразу с тремя лимитами:

• максимальной частотой;
• энергопотреблением;
• температурой ядер.

Пределом разгона является достижение критического значений по любому из этих показателей. Остальные лимиты остаются на уровнях ниже критических. Показатели лимитов с завода прописаны на подпрограммном уровне каждого процессора.

Таким образом современные технологии дают возможность пользователю наслаждаться высокой производительностью системы, оснащенной новейшими мощными процессорами и не заботиться о ручных настройках частот и связанных с этим рисков.

Однако, несмотря на наличие штатных и вполне эффективных систем поднятия частот, компании-производители все еще выпускают процессоры со свободным множителем. Эти модели предназначены для компьютерных энтузиастов, которые предпочитают самостоятельно оперировать частотами и добиваться от своих систем максимальной производительности в практических или чисто “спортивных” целях.

Готовы разогнать процессоры AMD Ryzen 7-ой серии? Узнай, чего ожидать!

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 53638-2009 (ИСО 3046-1:2002, ИСО 15550:2002) Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Общие технические условия

ГОСТ Р 53639-2009 (ИСО 3046-3:2006, ИСО 15550:2002) Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Приемка. Методы испытаний

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

Подробнее о продукте

AD6649 – приемник смешанных сигналов промежуточной частоты (ПЧ), состоящий из двух 14-разрядных АЦП c частотой дискретизации 250 MSPS, широкополосного цифрового преобразователя с понижением частоты (DDC) и отключаемого преобразователя частоты дискретизации (SRC). AD6649 разработан для применения в системах связи, в которых важны низкая стоимость, небольшие габариты, широкая полоса и универсальность решения.

Сдвоенное ядро АЦП построено на многокаскадной, дифференциальной, конвейерной архитектуре со встроенной логикой коррекции ошибок в выходном коде. Каждый АЦП имеет широкополосный входной каскад, поддерживающий различные диапазоны напряжений, задаваемые пользователем. Встроенный источник опорного напряжения позволяет упростить разработку. Стабилизатор коэффициента заполнения (DCS) позволяет компенсировать отклонения в коэффициенте заполнения тактовых импульсов АЦП, позволяя преобразователям поддерживать превосходные характеристики.

Выход каждого канала АЦП напрямую подсоединен к цифровому преобразователю с понижением частоты (DDC) приемника. Цифровой приемник содержит два канала и обеспечивает гибкость в обработке. Каждый канал приемника содержит четыре каскада обработки сигнала: 32-разрядный конвертер частоты (цифровой генератор – NCO), опциональный преобразователь частоты дискретизации, неперестраиваемый цифровой фильтр с конечной импульсной характеристикой (FIR) и цифровой генератор (NCO) фиксированной частоты fs/4.

В дополнение к DDC AD6649 имеет несколько функций, которые упрощают реализацию системы автоматической регулировки усиления (АРУ) приемника. Программируемый пороговый детектор позволяет отслеживать мощность входного сигнала, используя выходы индикатора быстрого обнаружения. Если уровень входного сигнала превышает запрограммированный порог, то устанавливается высокий логический уровень индикатора быстрого обнаружения. Благодаря малой задержке реакции индикатора обнаружения пользователь может быстро снизить общее усиление системы и избежать перегрузки входа АЦП.

После цифровой обработки данные напрямую направляются на 14-разрядный выходной порт, который поддерживает уровни сигнала 1,8 В LVDS.

Приемник AD6649 позволяет оцифровать широкий спектр частот сигналов ПЧ. Каждый приемник разработан для одновременного приема основного и разнесенного каналов. Такая архитектура оцифровки ПЧ значительно снижает стоимость компонентов и сложность системы по сравнению с традиционными аналоговыми или менее интегрированными цифровыми методами. В приложениях с разнесенным приемом выходные данные являются вещественными, поскольку последний каскад NCO переносит центральную частоту выходного сигнала на fs/4.

Гибкая система энергосбережения позволяет при необходимости значительно снизить потребляемую мощность.

Настройка и управление осуществляется с помощью 3-проводного SPI-совместимого последовательного интерфейса.

AD6649 выпускается в 64-выводном корпусе LFCSP и работает в промышленном температурном диапазоне от −40°C до +85°C.

Метод 2. АРУ без использования динамического программирования ПАИС

Второй метод полностью реализован на базе ПАИС, его преимущество в том, что схема является автономной и не требует микропроцессорного управления (рис. 4).

Рис. 4. Реализация схемы АРУ с использованием усилителя управляемого напряжением

В основе схемы лежит отрицательная обратная связь с управляемым от напряжения каскадом усиления (GainVoltageControlled) [3]. Сигнал на выходе от усилителя подключен к пиковому детектору; для того чтобы получить сигнал, постоянное напряжение пропорциональное амплитуде входного сигнала. Затем данный сигнал смещается путем подачи на нижний вывод сумматора отрицательного источника опорного напряжения и сглаживается, с использованием на выходе сумматора с фильтром нижних частот (SumFilter). Смещение должно быть установлено таким образом, чтобы сигнал на выходе сумматора с фильтром нижних частот (SumFilter) имел амплитуду 0 В при требуемом заданном уровне входного сигнала. Выход сумматора с фильтром нижних частот соединен с инвертирующим интегратором (Integrator) [3], выход которого соединен с усилителем управляемым коэффициентом передачи с помощью напряжения. Если амплитуда сигнала будет увеличиваться и превысит необходимый уровень, положительное напряжение на входе инвертирующего интегратора вызовет уменьшение напряжения на его выходе, что в свою очередь понизит коэффициент усиления до такого значения, при котором на выходе будет достигнута нужная амплитуда. Если амплитуда сигнала упадет ниже требуемого уровня, отрицательное напряжение на входе инвертирующего интегратора вызовет повышение напряжение на его выходе, тем самым увеличивая коэффициент передачи усилителя, управляемым от напряжения.

В приведенной выше схеме в конфигурируемый аналоговый модуль усилителя управляемым от напряжения должен быть загружен профиль (табличные данные) с коэффициентом усиления, который должен будет возрастать с увеличением управляющего напряжения [3]. Является это профиль линейным или нет, зависит от пользователя.

ASV brochure

ASV bibliography

Принцип работы частотно регулируемого привода

Асинхронные двигатели широко применяются в промышленности и на транспорте, являясь основной движущей силой узлов, машин и механизмов. Они отличаются высокой надежностью и сравнительно легко поддаются ремонту.

Однако данные устройства могут вращаться только на одной частоте, которую имеет питающая сеть переменного тока. Для работы в различных диапазонах используются специальные устройства – частотные преобразователи, выполняющие регулировку частот до требуемых параметров.

Работа преобразователей тесно связана с принципом действия асинхронного двигателя. Его статор состоит из трех обмоток к каждой из которых подведен электрический ток, создающий переменное магнитное поле. Под действием этого поля в роторе индуцируется ток, который также приводит к возникновению магнитного поля. В результате взаимодействия полей статора и ротора, начинается вращение ротора.

Когда асинхронный двигатель запускается, происходит значительное потребление тока от питающей сети. Из-за этого привод механизма испытывает значительную перегрузку. Наблюдается скачкообразное стремление двигателя достичь номинальных оборотов. В результате, снижается срок службы не только самого агрегата, но и тех устройств, которые он приводит в действие.

Данная проблема успешно решается путем использования частотно регулируемого привода, позволяющего изменять частоту напряжения, питающего двигатель. Применение современных электронных компонентов делает эти устройства малогабаритными и высокоэффективными.

Принцип работы частотного преобразователя достаточно простой. Вначале осуществляется подача сетевого напряжения к выпрямителю, где происходит его трансформация в постоянный ток. Затем он сглаживается конденсаторами и поступает на транзисторный преобразователь. Его транзисторы в открытом состоянии обладают крайне малым сопротивлением. Их открытие и закрытие происходит в определенное время при помощи электронного управления. Происходит формирование напряжения, аналогичного трехфазному, когда фазы смещаются относительно друг друга. Импульсы имеют прямоугольную форму, однако это совершенно не влияет на работу двигателя.

Частотные преобразователи имеют большое значение при работе трехфазного электродвигателя в однофазной сети. При такой схеме подключения необходимо использование фазосдвигающего конденсатора для создания вращающего момента. Эффективность агрегата заметно падает, однако частотный преобразователь увеличить его производительность.

Таким образом, применение частотно регулируемого электропривода делает управление трехфазными двигателями переменного тока более эффективным. В результате, улучшаются производственные технологические процессы, а энергоресурсы используются более рационально.

Заключение

В числе неоспоримых преимуществ Razer Kiyo X – невысокая цена, удобство plug and play подключения, совместимость с популярными приложениями для стримов и записи видео, вроде OBS Studio и XSplit.

Конечно, ценник веб-камеры наложил определенные ограничения на ее функциональность, однако для начинающих стримеров, людей, которым не нужна высокая частота кадров при записи в 1080р, студентов и работников на удаленке это один из лучших вариантов в своем сегменте. Опять же, за счет невысокой стоимости к этой модели предъявляется куда меньше требований, чем к девайсам из премиум-категории.