Il “cervello” di un computer è la sua unità di elaborazione centrale (CPU). Nel normale funzionamento, la CPU elabora tutte le operazioni per il computer, consentendo l’esecuzione dei programmi e il funzionamento del sistema operativo. Le CPU variano per velocità ed efficienza. Il determinante principale per le prestazioni della CPU di un computer è la velocità di clock dell’unità CPU, che misura il numero di operazioni aritmetiche di base – addizione, sottrazione, moltiplicazione o divisione – che può eseguire ogni secondo. Il ridimensionamento della frequenza è il modo più semplice per aumentare le prestazioni di un processore; aumentando la frequenza di clock, che è la velocità di esecuzione della CPU, aumenteranno anche le prestazioni del computer.
Fino a poco tempo fa, con l’avvento dei processori multi-core, il ridimensionamento della frequenza era il modo più elementare per ottenere prestazioni aggiuntive per i nuovi modelli di processori. I processori più vecchi funzionavano a una velocità inferiore a 1.0 GHz. Ora, i processori funzionano comunemente a velocità superiori a 2.0GHz, con alcuni che superano i 3.0GHz. Sulla carta, una CPU a 3.0GHz “sembra” più veloce di una CPU a 2.0GHz, ma nel mondo reale, le prestazioni complessive del computer sono determinate da un aggregato di tutte le sue parti. In altre parole, se entrambi i computer da 2.0GHz e 3.0GHz contengono lo stesso tipo di memoria, la stessa scheda madre e così via, l’anello più debole della catena può “collo di bottiglia” del computer, impedendogli di ottimizzare tutti i 3.0GHz.
Sebbene possa sembrare che lo scaling della frequenza non abbia limiti, non è così. L’aumento della velocità di clock di una CPU aumenta la produzione di calore nell’unità; nel tempo, questo calore extra agisce per degradare i circuiti, causando il malfunzionamento o il guasto del processore. Ciò pone un limite molto reale alla velocità massima dei processori commerciali, limitando le velocità a cui possono essere costruiti i processori.
L’aumento delle prestazioni della CPU in assenza di scaling di frequenza richiede soluzioni più innovative; I produttori di CPU non possono più semplicemente “alzare il volume” per ottenere maggiori prestazioni. Per aggirare questi limiti, i produttori di CPU hanno progettato soluzioni CPU multi-core. Posizionando più di un core della CPU su un chip, la velocità effettiva del processore è raddoppiata. Tuttavia, a differenza del ridimensionamento della frequenza, i cui miglioramenti delle prestazioni si applicano equamente su tutta la linea, questo pone l’onere sui progettisti di software per computer. A meno che i progettisti di software non adattino specificamente un programma per utilizzare due o più core della CPU, il vantaggio aggiuntivo viene perso, rendendo il ridimensionamento della frequenza uno dei modi più puri per aumentare le prestazioni su un chip della CPU.