frecuencia del reloj

En informática , la frecuencia de reloj o velocidad de reloj es la frecuencia con la que el generador de reloj de un procesador puede generar pulsos que se utilizan para sincronizar las operaciones de sus componentes. ^{[ 1 ]} Se utiliza como indicador de la velocidad del procesador. La frecuencia de reloj se mide en la unidad del SI , el hercio (símbolo Hz).

La frecuencia de reloj de la primera generación de ordenadores se medía en hercios o kilohercios (kHz), mientras que los primeros ordenadores personales de las décadas de 1970 y 1980 tenían frecuencias de reloj medidas en megahercios (MHz). En el siglo XXI, la velocidad de las CPU modernas se suele anunciar en gigahercios (GHz). Esta métrica resulta muy útil al comparar procesadores de la misma familia, manteniendo constantes otras características que puedan afectar al rendimiento .

La primera computadora digital totalmente mecánica, la Z1 , funcionaba a  una frecuencia de reloj de 1 Hz (ciclo por segundo), y la primera computadora electromecánica de propósito general, la Z3 , funcionaba a una frecuencia de entre 5 y 10  Hz. La primera computadora electrónica de propósito general, la ENIAC , utilizaba un  reloj de 100 kHz en su unidad de ciclo. Dado que cada instrucción requería 20 ciclos, tenía una tasa de instrucciones de 5  kHz.

El primer PC comercial, el Altair 8800 (de MITS), utilizaba una CPU Intel 8080 con una frecuencia de reloj de 2 MHz (2 millones de ciclos por segundo). El IBM PC  original (c. 1981) tenía una frecuencia de reloj de 4,77 MHz (4.772.727 ciclos por segundo). En 1992, tanto Hewlett-Packard como Digital Equipment Corporation (DEC) superaron los 100 MHz con técnicas RISC en el PA-7100 y el AXP 21064 DEC Alpha , respectivamente. En 1995, el chip Pentium P5 de Intel funcionaba a 100 MHz (100 millones de ciclos por segundo). El 6 de marzo de 2000, AMD demostró haber superado el hito de 1 GHz unos días antes de que Intel lanzara sistemas con 1 GHz. En 2002, se presentó el modelo Intel Pentium 4 como la primera CPU con una frecuencia de reloj de 3 GHz (tres mil millones de ciclos por segundo, lo que equivale a aproximadamente 0,33 nanosegundos por ciclo). Desde entonces, la frecuencia de reloj de los procesadores de producción ha aumentado más lentamente, y las mejoras de rendimiento provienen de otros cambios de diseño.      

Establecido en 2011, el récord mundial Guinness para la frecuencia de reloj de CPU más alta es de 8,42938  GHz con un chip AMD FX-8150 Bulldozer con overclock en un criobato de LHe / LN2 , 5 GHz en aire . ^{[ 5 ] [ 6 ]} Este es superado por el récord de overclocking de CPU-Z para la frecuencia de reloj de CPU más alta en 8,79433 GHz con un chip AMD FX-8350 Piledriver bañado en LN2 , logrado en noviembre de 2012. ^{[ 7 ] [ 8 ]} También es superado por el AMD FX-8370 ligeramente más lento con overclock a 8,72 GHz que encabeza las clasificaciones de frecuencia de HWBOT . ^{[ 9 ] [ 10 ]} Estos récords fueron rotos en 2025 cuando un Intel Core i9-14900KF fue overclockeado a 9,12 GHz. ^{[ 11 ]}   

La frecuencia de reloj de impulso más alta en un procesador de producción es el i9-14900KS , con una frecuencia de 6,2  GHz, que se lanzó en el primer trimestre de 2024. ^{[ 12 ]}

Los ingenieros siguen encontrando nuevas formas de diseñar CPU que se estabilicen un poco más rápido o que consuman un poco menos de energía por transición, ampliando así esos límites y produciendo nuevas CPU que pueden funcionar a frecuencias de reloj ligeramente superiores. Los límites máximos de energía por transición se exploran en la computación reversible .

La primera CPU totalmente reversible, el Pendulum, se implementó utilizando transistores CMOS estándar a finales de la década de 1990 en el Instituto Tecnológico de Massachusetts. ^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}

Los ingenieros siguen buscando nuevas formas de diseñar CPU para que completen más instrucciones por ciclo de reloj, logrando así un menor CPI (ciclos por instrucción), aunque funcionen a la misma velocidad o a una menor que las CPU antiguas. Esto se consigue mediante técnicas arquitectónicas como la segmentación de instrucciones y la ejecución fuera de orden, que intentan aprovechar el paralelismo a nivel de instrucción en el código.

La frecuencia de reloj de una CPU es muy útil para comparar CPUs de la misma familia. La frecuencia de reloj es solo uno de los varios factores que pueden influir en el rendimiento al comparar procesadores de diferentes familias. Por ejemplo, un IBM PC con una CPU Intel 80486 funcionando a 50 MHz será aproximadamente el doble de rápido (solo internamente) que uno con la misma CPU y memoria funcionando a 25 MHz, mientras que esto no ocurrirá con un MIPS R4000 funcionando a la misma frecuencia de reloj, ya que son dos procesadores diferentes que implementan arquitecturas y microarquitecturas distintas. Además, a veces se asume una medida de "frecuencia de reloj acumulativa" tomando el número total de núcleos y multiplicándolo por la frecuencia de reloj total (por ejemplo, un procesador de doble núcleo de 2,8 GHz funcionando a una frecuencia acumulativa de 5,6 GHz). Hay muchos otros factores a considerar al comparar el rendimiento de las CPUs, como el ancho del bus de datos de la CPU , la latencia de la memoria y la arquitectura de la caché .    

La frecuencia de reloj por sí sola se considera generalmente una medida imprecisa del rendimiento al comparar diferentes familias de CPU. Las pruebas de rendimiento por software son más útiles. La frecuencia de reloj a veces puede ser engañosa, ya que la cantidad de trabajo que diferentes CPU pueden realizar en un ciclo varía. Por ejemplo, los procesadores superescalares pueden ejecutar más de una instrucción por ciclo (en promedio), pero no es raro que realicen "menos" en un ciclo de reloj. Además, las CPU subescalares o el uso de paralelismo también pueden afectar el rendimiento del ordenador independientemente de la frecuencia de reloj.