Qu'est-ce qui génère le signal d'horloge dans un processeur rapide et comment fonctionne-t-il?

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Souvent, pour les circuits intégrés, un cristal de quartz est utilisé pour générer le signal d'horloge. Cependant, cela n'atteint que des vitesses en MHz. Quel composant, ou quel circuit, génère des signaux jusqu'à 5 GHz comme dans les processeurs informatiques?

Comment est-il possible d'augmenter cette vitesse lorsque vous overclockez un PC (car je ne suppose pas qu'un cristal accélère lorsque vous mettez une tension plus élevée à travers lui, ou le refroidissez)?

— Markinson
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Pourquoi supposeriez-vous que les cristaux de quartz n'atteignent des fréquences que jusqu'à quelques kilohertz? J'ai des cristaux de 27 MHz dans mon tiroir.

— Bimpelrekkie

Vous avez raison @FakeMoustache, mais je voulais dire des cristaux de 1 gigahertz et plus.

— Markinson

OK, j'ai vu des oscillateurs à cristal jusqu'à 150 MHz, en pratique jusqu'à 50 MHz est utilisé. Les fréquences ci-dessus qui sont faites en utilisant une PLL comme le mentionne Wouter. Je travaille sur un produit où nous utilisons une PLL pour convertir 25 MHz en 60 GHz!

— Bimpelrekkie

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En fait, les oscillateurs à cristal peuvent facilement aller jusqu'à 10 MHz. Au-dessus de cela, dans la plupart des cas, une PLL (Phase Locked Loop) est utilisée, qui est un oscillateur qui n'est pas très précis en soi, mais qui peut être réglé (sa fréquence peut être quelque peu ajustée). La fréquence de cet oscillateur haute fréquence est divisée par un facteur approprié (diviser un signal par une puissance de 2 est facile et totalement précis), puis comparée à un oscillateur disons 10 MHz. La comparaison est utilisée pour régler l'oscillateur haute fréquence. Ainsi, une haute fréquence est réalisée avec (presque) la précision de l'oscillateur à cristal à basse fréquence.

Dans la plupart des cas, le circuit pour faire tout cela est intégré dans la puce du processeur, car il doit être configuré sous contrôle logiciel, et le routage d'un tel signal haute fréquence entre les puces est un cauchemar.

— Wouter van Ooijen
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Il était vrai il y a 5 ans (et probablement encore aujourd'hui) que la plupart des cartes mères ont un bon cristal à 14,318 MHz et une puce de générateur d'horloge (PLL) qui génère d'autres fréquences de bus comme 33 MHz (PCI), 48 MHz (USB), et une fréquence "FSB" intermédiaire comme 100 ou 200 MHz à partir de là. Le processeur prend ensuite la fréquence FSB et la multiplie jusqu'à la plage des GHz avec une autre puce PLL, ce qui évite le problème de transporter l'horloge GHz à n'importe quelle distance ou de la faire passer par les broches du processeur :)

— hobbs

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Vous n'avez pas besoin d'un cristal pour osciller, n'importe quel composant réactif, comme un condensateur ou une inductance, avec un amplificateur peut faire le travail. En fait, un cristal équivaut à un R, L et C en série, tous en parallèle avec un C. L'avantage d'un cristal est que la fréquence de résonance est très précise. Pour générer des fréquences plus élevées, les gens utilisent d'autres composants résonnants (par exemple des inductances et des condensateurs à l'intérieur des puces) dans leur circuit oscillateur.

Avec certains circuits oscillateurs, la fréquence peut varier avec une tension appliquée (VCO). Ceux-ci sont utilisés pour générer des fréquences élevées avec précision, en divisant la fréquence de sortie et en la comparant à une source précise de basses fréquences comme un cristal, puis en ajustant la tension de commande de manière appropriée. Un PLL (boucle à verrouillage de phase) en est un exemple, qui génère une tension proportionnelle à la différence de phase entre l'horloge haute fréquence divisée et l'horloge de référence.

— patstew
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