时钟频率(clock frequency)
时钟频率是指时钟信号每秒钟振荡的次数,通常以赫兹(Hz)为单位表示。例如:
- 1 Hz 表示每秒1个周期
- 1 kHz 表示每秒1000个周期
- 1 MHz 表示每秒100万(10^6)个周期
- 1 GHz 表示每秒10亿(10^9)个周期
周期(Cycle)
一个周期是指时钟信号从一个状态到下一个相同状态所需的时间。频率和周期之间的关系是:
周期 =1/ 频率
例如,如果频率是 1 GHz,则1个周期的时间是:1 cycle = 1 / 1GHz = 1 ns(纳秒)
秒(Second)
秒是时间的基本单位。在频率的上下文中,1 秒等于 1 Hz 的周期。因此,频率越高,周期越短;频率越低,周期越长。
关系总结
- 频率是测量信号振荡次数的单位,通常以赫兹(Hz)表示。
- 周期是信号完成一个完整振荡所需的时间,通常以秒(s)或其分单位(如毫秒、微秒、纳秒)表示。
- 频率和周期之间的关系是互为倒数。
例如,一个处理器的时钟频率为 1.2 GHz,则每秒有 1200 000 000个周期。每个周期的时长是 1 /1200 000 000 s ≈ 0.83 ns。
带宽评估:GBPS和Byte/Cycle
处理器的带宽评估一般是以GBPS或者MBPS,GB和MB的B是Byte,G和M是Byte的数量级, PS指的是per second,有时候也可以写为GB/S或者MB/S。这个数据的统计就和时钟频率有关,时钟频率快,理论带宽就高。
例如,一个处理器HBM的位宽bitwidth = 256bit,处理器的时钟频率为1.2GHz,每秒的理论带宽就是(bitWidth/8) * clock_frequency = (256/8) * 1.2G = 38.4 GBPS。
根据前面的描述,周期也是一种时间单位,1 cycle = 1 / clock_frequency。因为不同的处理器硬件支持的频率不同,所以也可以考虑把带宽评估用一个和处理器频率无关的单位表示,即:Byte/Cycle。
那么在上面的例子中,理论带宽可以描述为 bitWidth/8 = 256/8 = 32 Byte/Cycle,换算为GBPS单位过程为:1 Cycle = 1/1.2G 秒,32 Byte / (1/1.2G) 秒 = 38.4 GBPS。可以看出,频率快,1Cycle代表的时间就短,用cycle表示带宽就消掉了时钟频率不同的影响,直接就是硬件设计的位宽值当做带宽了。
当然好的SOC设计可以让硬件处理器在较高的频率下正常工作,所以市面上对带宽评价的通用单位是GBPS或者MBPS。
建议在对已知处理器的带宽效率评估时候可以用Byte/Cycle为单位。比如TotalByte是访存总量, Byte为单位, dTime表示完成TotalByte访存的主机计时,单位为秒,chip_clock_frequency表示处理器芯片设计的时钟频率,host_clock_frequency表示主机计时的时钟频率,单位是Hz,那么这个处理器芯片的实际带宽是:
real_bandwidth = TotalByte / dTime BPS =>
= TotalByte / dTime / chip_clock_frequency Byte/Cycle
带宽效率:read_bandwidth / theoretical_bandwidth, 其中theoretical_bandwidth=bitwidth/8 Byte/Cycle。(如果用BPS评估,注意theoretical_bandwidth = bitwidth / 8 * min(chip_clock_frequency, host_clock_frequency)
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