Войти
Динамическое масштабирование частоты (также известное как дросселирование процессора ) - это метод в компьютерная архитектура, посредством которой частота микропроцессора может автоматически регулироваться «на лету» в зависимости от фактических потребностей для экономии энергии и уменьшения количества тепла, выделяемого чип. Динамическое масштабирование частоты помогает сэкономить заряд батареи на мобильных устройствах и снизить затраты на охлаждение и шум при настройках тихих вычислений или может быть полезно в качестве меры безопасности для перегретых систем (например, после плохого разгона ). Динамическое масштабирование частоты используется во всех диапазонах вычислительных систем, от мобильных систем до центров обработки данных, чтобы снизить энергопотребление в периоды низкой рабочей нагрузки.
Дросселирование также известно как «автоматическое снижение частоты ». Автоматический разгон (повышение) также технически является формой динамического масштабирования частоты, но он относительно новый и обычно не обсуждается с регулированием частоты.
Динамическая мощность (мощность переключения ), рассеиваемая микросхемой за единицу времени, составляет C · V · A · f, где C - это емкость, переключаемая за такт, V - напряжение, A - коэффициент активности, указывающий среднее количество переключений, которым подвергаются транзисторы в микросхеме (в виде безразмерной величины), а f - частота переключения.
Таким образом, напряжение является основным фактором, определяющим потребление энергии и нагрев. Напряжение, необходимое для стабильной работы, определяется частотой, с которой работает схема, и может быть уменьшено, если частота также уменьшена. Однако сама по себе динамическая мощность не учитывает общую мощность кристалла, поскольку существует также статическая мощность, которая в основном возникает из-за различных токов утечки. Из-за статического энергопотребления и асимптотического времени выполнения было показано, что энергопотребление части программного обеспечения демонстрирует выпуклое энергопотребление, т. Е. Существует оптимальная частота ЦП, при которой потребление энергии минимально. Ток утечки становится все более и более важным, поскольку размеры транзисторов становятся меньше, а уровни порогового напряжения ниже. Десять лет назад динамическая мощность составляла примерно две трети общей мощности чипа. Потери мощности из-за токов утечки в современных ЦП и SoC имеют тенденцию доминировать в общем энергопотреблении. В попытке контролировать мощность утечки обычными методами были металлические вентили с высоким k и силовое управление.
Динамическое масштабирование напряжения - это другой связанный метод энергосбережения, который часто используется в сочетании с масштабированием частоты, поскольку частота, на которой может работать микросхема, связана с рабочим напряжением.
Эффективность некоторых электрических компонентов, например регуляторов напряжения, снижается с повышением температуры, поэтому потребление энергии может увеличиваться с увеличением температуры. Поскольку увеличение энергопотребления может привести к повышению температуры, увеличение напряжения или частоты может увеличить требования к мощности системы даже дальше, чем указывает формула CMOS, и наоборот.
Динамическое масштабирование частоты снижает количество инструкций, которые процессор может выполнить за заданный промежуток времени, что снижает производительность. Следовательно, он обычно используется, когда рабочая нагрузка не связана с ЦП.
Динамическое масштабирование частоты само по себе редко имеет смысл как способ экономии коммутируемой мощности. Сохранение максимально возможного количества энергии требует также динамического масштабирования напряжения из-за V-составляющей и того факта, что современные процессоры сильно оптимизированы для состояний простоя с низким энергопотреблением. В большинстве случаев с постоянным напряжением более эффективно работать кратковременно на пиковой скорости и оставаться в состоянии глубокого простоя в течение более длительного времени (так называемый "" или вычислительный спринт), чем работать с пониженной тактовой частотой в течение длительного времени. и оставаться в легком состоянии простоя лишь ненадолго. Однако снижение напряжения вместе с тактовой частотой может изменить эти компромиссы.
Связанный, но противоположный метод - разгон, при котором производительность процессора повышается за счет увеличения (динамической) частоты процессора за пределы проектных спецификаций производителя.
Одно из основных различий между ними состоит в том, что в современных компьютерных системах разгон в основном выполняется по Front Side Bus (в основном потому, что множитель обычно заблокирован), но динамическое масштабирование частоты выполняется с помощью множитель . Более того, разгон часто бывает статическим, а динамическое масштабирование частоты всегда динамично. Программное обеспечение часто может включать разогнанные частоты в алгоритм масштабирования частоты, если риски деградации чипа допустимы.
Технология регулирования ЦП Intel, SpeedStep, используется в линейках ЦП для мобильных и настольных ПК.
AMD использует две разные технологии регулирования ЦП. Технология AMD Cool'n'Quiet используется в линейках процессоров для настольных ПК и серверов. Целью Cool'n'Quiet является не экономия времени автономной работы, поскольку она не используется в линейке мобильных процессоров AMD, а вместо этого с целью уменьшения нагрева, что, в свою очередь, позволяет системному вентилятору замедляться до более медленных скоростей. что приводит к более прохладной и тихой работе, отсюда и название технологии. Технология AMD PowerNow! дросселирования ЦП используется в линейке мобильных процессоров, хотя некоторые поддерживающие ЦП, такие как AMD K6-2 +, также можно найти в настольных ПК.
Процессоры VIA Technologies используют технологию под названием LongHaul (PowerSaver), тогда как версия Transmeta называлась LongRun.
36-процессорный Микросхема AsAP 1 является одной из первых микросхем многоядерного процессора, поддерживающей полностью неограниченную работу тактовой частоты (требующей только того, чтобы частоты были ниже максимально разрешенных), включая произвольные изменения частоты, запусков и остановок. Микросхема с 167 процессорами AsAP 2 - это первая многоядерная микросхема процессора, которая позволяет отдельным процессорам полностью неограниченно изменять свои собственные тактовые частоты.
В соответствии со спецификациями ACPI рабочее состояние C0 современного ЦП можно разделить на так называемые «P» -состояния (состояния производительности), которые позволяют снизить тактовую частоту. и «T» -состояния (состояния дросселирования), которые будут дополнительно снижать скорость ЦП (но не фактическую тактовую частоту) путем вставки сигналов STPCLK (тактовая частота остановки) и, таким образом, исключения рабочих циклов.
AMD PowerTune и AMD ZeroCore Power - технологии динамического масштабирования частоты для графических процессоров.
Технологии энергосбережения:
Технологии повышения производительности:
