Kellonjakelun

Kellonjakelun (kellonjakelu) käsite kuvaa järjestelmien ja laitteiden käyttöön tulevan tarkkaan ajoitussignaaliin liittyvää jakelua siten, että useat komponentit voivat toimia synkronoidusti. Sillä tarkoitetaan sekä yksittäisten sirujen sisäistä jakamista että useamman laitteen muodostamaa verkkoa, jossa yhdestä kellolähteestä jaetaan samanaikaiset signaalit laitteisiin ja moduuleihin.

Periaatteessa kellonjakelu pyrkii minimoimaan viive- ja muuttuvuuserot sekä varmistamaan, että kaikki organisaation osat reagoivat samalla kelloniskulla. Tämä toteutetaan käyttämällä kellosignaaleja vahvistavia ajureita (buffers/drivers), ja jakaen signaali erilaisilla topologioilla, kuten kellopuulla (clock tree) tai kellamäntätyypin verkoilla. Näihin voi kuulua myös useiden lähtöjä sisältäviä jakeluketjuja ja viivekorjauspiirejä. Digitaalisen logiikan, sirujen (ASIC/FPGA) ja verkkolaitteiden suunnittelussa kellonjakelu on keskeistä, jotta tallennus, laskenta ja viestintä pysyvät synkronoituna.

Haasteet liittyvät kellonjäsenten viiveen ja jitterin hallintaan sekä lämpötilan, valmistustekijöiden ja suurten kuormien aiheuttamiin vaihteluihin. Oikea topologia, etäisyyden hallinta, ajureiden oikea sijoittelu sekä tarvittavat viiveiden kompensaatiot ovat olennaisia. Kellonjakelun suunnittelussa kiinnitetään myös huomiota virrankulutukseen ja varmennukseen, jotta järjestelmä säilyttää suorituskykynsä ja luotettavuutensa.

Sovelluksia ovat muun muassa suorituskykyiset prosessorit ja FPGA-/ASIC-suunnittelu, tietokonejärjestelmät, datakeskukset, tele- ja verkkolaitteet sekä elänyt kalasta viestintäverkot. Kellonjakelun kehitystä ohjaa sekä puolijohde- että järjestelmäarkkitehtuurien vaatimusten jatkuva tarkkuuden ja skaalautuvuuden tarve, sekä standardoinnin tuomat yhteiset käytännöt.