클럭
1. 시계의 영어 표현
시계문서 참고
2. 디지털 회로의 전기 진동수(Clock Pulse)
일반적으로 클럭은 순차회로(Sequential Circuit)에 가해지는 전기적 진동[1]의 속도를 나타내는 단위이며 Hz로 표기한다. 크게 0에서 1로 올라가는 상향 엣지(Rising Edge, Positive-going Edge), 1에서 0으로 내려가는 하향 엣지(Falling Edge, Negative-going Edge)에 반응하는, 즉 값의 '''변화'''에 반응하는 엣지 디텍팅 방식(Edge Sensitive)과 0또는 1의 값 '''자체'''에 반응하는 레벨 디텍팅 방식(Level Sensitive)이 있다. 순차회로는 이 클럭의 변화를 감지했을 때 입력에 따라 출력을 변화시키는 방식으로 작동한다.
가장 대표적인 순차회로는 CPU, GPU 등의 연산 장치로, 보통은 1초에 수억 번에서 수십억 번의 진동이 가해진다. 어지간한 PC나 스마트폰 등의 CPU는 수 GHz 단위이며, GPU도 수 백 MHz에서 GHz초반대 단위로 작동한다.
모든 연산 장치는 전기적 진동을 견딜 수 있는 최대 한계치가 있는데, 이를 넘어서게 되면 '''회로가 타버리거나 이상작동을 하는''' 안습상황이 생길 수 있으므로, 생산자 측에서 적절하게 타협해서 팔게 된다. 이를 해제하고 단위시간당 작동횟수를 높이는 것이 오버클럭이다.
하지만 사실 대부분의 경우 클럭 자체는 연산 장치가 스스로 발생시키는 것이 아니다. 메인보드나 그래픽 카드 기판의 전원부를 자세히 보면 위 사진과 비슷한 형태의 부품(쿼츠 무브먼트 + IC칩)[2]이 있는데, 이게 전기적 진동을 만들어서 디지털 회로에 공급하는 것이다. MCU칩 같은 경우 내부에서 클럭을 자가 생성하는 발진회로를 지원하는 경우 등이 있기는 하나 공급전력, 공정, 그리고 특히 칩의 온도에 민감하게 반응해서[3] 속도가 들쭉날쭉하게 되어버리기 때문에 기준이 되는 클럭은 반드시 칩 외부의 소자에서 따온다.[4]
그러나 컴퓨터 등 전원이 꺼져도 시간을 꾸준히 재야 하는 장치에는 실시간 시계라는 모듈이 따로 있다. 대개 PC에 달린 이런 시계의 성능은 좋지 않아 웬만한 쿼츠 손목시계보다 오차가 크다. 메인보드의 버튼형 건전지는 이 장치를 위한 것이다. [5]
순차회로에 클럭이 필요한 이유를 쉽게 알려면 클럭을 오케스트라의 지휘자에 비유하면 된다. 오케스트라에 지휘자가 없다면 각각의 연주자들의 템포가 달라져 공연이 엉망이 되듯이, 회로에서도 비슷한 현상이 일어난다. 이를 해결하기 위해 클래식에서 일정한 속도로 지휘를 해서 오케스트라의 전체적인 템포를 맞춘다면, 회로에 전기적 진동을 일정하게 가하고 그것을 기준으로 회로의 전체적인 템포를(타이밍을) 맞춘다고 생각하면 된다.
오버클럭의 원리도 쉽게 생각할 수 있는데 지휘자가 지휘 속도를 빠르게 하면 연주자들의 연주속도가 빨라지고, 클럭을 빠르게 걸면 회로의 동작 속도가 빨라진다. 하지만 연주자들이 연주 가능한 최대 속도보다 지휘를 더 빠르게 하면 연주자들이 지휘 속도를 못 따라가서 공연이 엉망이 되듯이, 클럭을 회로의 동작 한계보다 더 빠르게 걸면 이상 동작을 하게 된다. 해결법은 오버클럭을 할 때 회로에 걸리는 전압을 같이 올려주는 방법이 있다. 전압을 올려주면 회로 내의 커페시턴스가 충전, 방전되는 속도가 빨라지기 때문에 0에서 1로 또는 1에서 0으로 스위칭하는 속도가 빨라지게되고, 더 높은 클럭에서 버틸 수 있다. 그리고 설계 레벨에서 클럭을 효과적으로 올리는 방법이 있는데 파이프라인 참조.
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