I. Na maioria das vezes, o chip usa frequências diferentes para diferentes partes do chip. Hoje em dia, mesmo os microcontroladores de 0,5 $ mais básicos têm um esquema de clock bastante complicado (pelo menos, merecendo um capítulo separado na folha de dados). Portanto, a frequência do relógio será escolhida bloco a bloco.
II Em qual estágio do projeto a frequência é escolhida:
a) Eu diria que na maioria das vezes é no estágio inicial. Alguém poderia obter requisitos (exemplo: tem que decodificar vídeo HD). Com base nisso, escolheria a arquitetura levando em consideração as compensações de energia / tecnologia / custo (área). Um dos resultados da decisão de arquitetura é a frequência do relógio.
b) Mas algumas vezes a decisão inicial é subótima / errada. Então, as modificações estão sendo feitas. No entanto, isso pode ser caro, pois geralmente partes diferentes do chip são projetadas em paralelo. Alterar um relógio pode desencadear o reprojeto de outro bloco (devido à interface e à própria fonte do relógio). Eu diria que, por esse motivo, isso é evitado. Obviamente, é mais fácil para alguns blocos alterar a frequência do relógio do que para outros, de modo que "sua milhagem pode variar".
c) No último estágio do local e da rota (este é um dos últimos estágios antes do envio do chip para a fábrica), às vezes pode-se ter problemas para fechar o orçamento de tempo / energia (ou seja, fazer o design funcionar com frequência / potência), para que a decisão seja tomada. feito para diminuir a frequência do relógio. Definitivamente, isso é evitado, pois isso significa não atender a algumas das especificações de marketing. Mas, algumas vezes, é mais sábio ser mais rápido no mercado do que fazer um novo design que, nesta fase, será realmente caro e demorado.
Mas há mais:
d) Algumas vezes, a decisão da frequência do relógio é tomada após a fabricação (se determinadas disposições no projeto forem feitas antecipadamente). Devido à variabilidade de fabricação, alguns chips são melhores que outros. É possível executar binning - classifique os chips com base em qual frequência máxima eles podem trabalhar de maneira confiável e os venda mais rapidamente com prêmios. Eu diria que isso é usado principalmente por fornecedores de processadores de PC.
e) Às vezes, os chips prontos ficam com freqüência insuficiente no equipamento final para economizar energia (popular nos Estados Unidos), se a capacidade de processamento necessária for menor que o máximo permitido pelo chip.
f) Em alguns projetos modernos, o relógio pode ser ajustado dinamicamente. Em seguida, o relógio é alterado no campo com base na carga para economizar energia.
III Então, como a frequência é escolhida e por que, algumas vezes, o design trabalhando em um relógio menor terá maior capacidade de processamento:
Oh, garoto, existem tantas variáveis, então essa é a disciplina da engenharia em si mesma. Você atendeu aos requisitos de marketing, tecnologia, custo, EMI, energia, padrão suportado, requisitos de IO etc etc ...
Mas, basicamente, pode-se simplificar o seguinte - para obter um determinado desempenho, é possível ter um relógio mais rápido (fazer coisas em série uma após a outra) ou paralelamente em um relógio mais baixo, com o custo de usar mais transistores. Devido a alguns fatores - principalmente a latência do encanamento / memória do pipeline, às vezes é melhor usar mais transistor do que um relógio mais rápido.