وتتحقق نظم الوحدات العسكرية الحديثة من ارتفاع الناتج عن طريق تنفيذ تعليمات متعددة لكل دورة من دورات الساعة، ولكن هذا المكسب من الأداء يكلف كثيرا استهلاك الطاقة، حيث تصبح كفاءة الطاقة شاغلا رئيسيا في كل شيء من الأجهزة المحمولة إلى مراكز البيانات ذات النطاق الفائق، فقد برزت عملية تحديد مواعيدها على مستوى الطاقة كاستراتيجية تصميم حرجة، وتستكشف هذه المادة المبادئ والأساليب والتحديات التي تنطوي عليها إدماج الوعي بالطاقة في عملية تحديد المسارات.

مؤسسة الهندسة المعمارية وحشد الطاقة

ولفهم الجدول الزمني الذي يُستخدم في تحديد مواقع القوة، يجب أولاً أن يقدر مصادر تفكك السلطة في مجهزة خارقة، وأن يكون خط أنابيب متفوقة نموذجي من حيث الحجم يشمل الجلب، والزينة، وإعادة الإسم، والعد، والتنفيذ، والتعهد، وأن تستخدم كل مرحلة قوة دينامية (التصميم المزدوج على تغيير النشاط، والرقم المربع، والتواتر) والقوة المضبوطة (الطة الواسعة النطاق).

ويستهدف تحديد مواعيد تحديد مواعيد القوة مباشرة المفاضلة بين نزع التوازي على مستوى التعليمات وإدارة ميزانية السلطة، وبدون تحديد الجدول الزمني، يمكن للمعالج أن يصل إلى حدود القدرة على التصميم الحراري، مما يتسبب في تعطل الأداء فعلاً، والهدف هو تعديل القرارات بصورة دينامية - مثل معدل إصدار التعليمات، واختيار وحدات التنفيذ، وتضييق الخيوط القصوى للمضاربة.

التقنيات الأساسية للكهرباء - الآوار شدولنغ

Dynamic Voltage and Frequency Scaling (DVFS)

"محافظي مستوى الطاقة" "هو أكثر تقنية معتمده" "بخفض حجم التشغيل و التردد" "يمكن للمعالج أن يحقق وفورات في الطاقة القريبة من الكون" "بما أن الطاقة الدينامية قد تُستخدم في "سي ×2 × ×

تزلج القفل وفتح البورصة

"الزجاج المُتعطل" "يُمكن أن يُحدّد "الطاقة المُتعطلة" "من خلال "الإنجازات المُتعدّدة"

Instruction Throtling and Issue Width Control

وفي مجهزة مجهزة للصوت فوق الصوتي، تختار مرحلة إصدار التعليمات الوطنية في كل دورة من محطات التحفظ، ويحد من هذا الاستعارة مثلا، إذ لا تصدر سوى التعليمتين، حتى وإن كانت الأجهزة تدعم ٤ وحدات التنفيذ النشطة، مما يقلل من قوة التشغيل الدينامية والثابتة، ويمكن أن يعدل الجدول الزمني عبء العمل المؤثر على نحو دينامي على نصف مستويات القوة أو على أساس الحساسية الحرارية.

إعادة توجيه السلطة والإرسال

ويعطي الجدول الزمني التقليدي خارج النظام الأولوية للتعليمات التي تُفتح سلاسل المعالين، وتزيد من معدل إل بي. بي. ويضيف بديل مدرك للطاقة معيارا ثانيا: تكلفة الطاقة لاستخدام وحدات إعدام معينة، مثلا، يمكن لوحدة تقسيم الطاقة أن تستهلك 5 طاقة لوحدة إضافية، ويمكن أن يؤخر الجدول الزمني تعليما مستقلا للفجوة إذا كان التعليمات البسيطة جاهزا، كما أن ميزانية الطاقة تضيق.

الرقابة على التدنيس

المجهزون الخارقون يعتمدون بشدة على التنبؤ بالفرع و تنفيذ المضاربة لملء خط الأنابيب، وضبط مسارات غير صحيحة لتوليد الطاقة، وقطعها، وتنفيذ التعليمات غير الصحيحة، ورسم جدولة السلطة يمكن أن يُعدل بشكل ديناميكي من المضاربة التي يقوم بها الناظب الفرعي أو يُحد من عمق المضاربة (مثلاً، الحد من عدد الفروع التي لم تُحل بعد في عملية الطيران).

الدعم المعماري للكهرباء - الآوار

يتطلب تنفيذ جدول زمني للتوعية بالطاقة إجراء تعديلات في مراحل خط الأنابيب المتعددة، ويجب أن يكون لدى الجدول الزمني إمكانية الحصول على تقديرات للطاقة في الوقت الحقيقي، وقراءات الاستشعار الحراري، ونماذج الطاقة، وأن تتضمن الرقائق الحديثة أجهزة الاستشعار الحالية، ومضاربات الفولط التي تستخدم القياس عن بعد، وأجهزة قياس درجة الحرارة، وتُدرج هذه البيانات في جهاز لرصد الطاقة عن فترة ما بعد الدورة، الذي يوفر ميزانية للطاقة عن نافذة الجدول الزمني التالية.

Power Modeling in Hardware

إن نموذج الطاقة الدقيقة أمر أساسي ولكن غير قابل للصدمات، فالقوة الدينامية تعتمد على نشاط التحويل لكل وحدة وظيفية تعتمد على عبء العمل، حيث تستخدم مقترحات البحث الكثير من أجهزة التحكم في النشاط التي تجمع الانتقالات على خطوط الحافلات، وموانئ الملفات، ومدخلات وحدات التنفيذ، وتستكمل هذه المقابر كل دورة وتضاعفها معاملات الطاقة الخاصة بكل وحدة، وتقارن تقديرات الطاقة الناتجة عن ذلك بنماذج حرارية.

تنفيذ الجدول الزمني

في تصميم تقليدي خارج نطاق النظام، يلتقط الجدول من مجموعة من التعليمات الجاهزة على أساس العمر أو طول الإعالة أو الأولوية، ويمكن لكل تعليمة أن تحمل علامة على الطاقة مستمدة من نوع العملية المتدهورة، ويضع منطق القضية عندئذ نظاماً متعدد التخصصات للاختيار، ويجب أن تحترم حدود الميزانية النموذجية.

وثمة نهج آخر يتمثل في استخدام نافذة لتعليمات التوعية بالقوى العاملة حيث يخفض حجم حاجز إعادة الإمداد بصورة دينامية تحت ضغط ضغط القوى المرتفع، ويحد من عدد التعليمات في مجال الطيران، ويقلل من ضغط ملف السجل والمضاربة العامة، وهذا هو فعلياً خنق القوى الذي يتاجر بشبكة ILP من أجل انخفاض الطاقة، ويمكن تعديل حجم النافذة كل بضع مئات من الدورات استناداً إلى اتجاهات القوة.

التعلم في مجال الآلات وإدارة الطاقة الافتراضية

وقد تقصر الظواهر التماثلية الثابتة في كثير من الأحيان بسبب تغير خصائص عبء العمل بسرعة، وقد أظهرت نماذج التعلم من الآلات، ولا سيما التعلم من التعزيزات، وعداً في تعلم السياسات المثلى لتحديد الجدولة، فعلى سبيل المثال، يمكن لعامل من فئة RL أن يحترم الدولة (الطاقة الحالية، ودرجة الحرارة، ومعدل سوء استغلال الفروع) واختيار الإجراءات (الاستعراض، ومستوى الديموفلوروسفير، وعمق المضار).

لكن تطبيق نظام (إم إل) داخل المعالج يتطلب نماذج للوزن الخفيف، أشجار القرار أو شبكات النيوزيائية الصغيرة ذات الأوزان الثنائية يمكن أن تُجمع في أجهزة ذات صبغة منخفضة، ويمكن أن يتم التدريب خارج نطاق العمل المعتاد، والبارامترات النموذجية المحشوة في الذاكرة على الأقدام، وبدلاً من ذلك، يمكن للتعلم على الإنترنت أن يتكيف مع الأنماط الجديدة، مع ذلك، مع زيادة التعقيد،

دراسات الحالة والأمثلة على الصناعة

المجهزون التجاريون يدمجون جدولا زمنياً لعلم الطاقة، وجهاز "إنتل سكاليك" و"اللوازم الأحدث" يستخدمون "وحدة التحكم بالقوى" التي ترصد أجهزة الاستشعار وتضبط الترددات والفولط لكل مجموعة أو كل مجموعة، كما أن وحدة التحكم في الطاقة تؤثر على الجدول الزمني للتعليمات عن طريق إشارات الخنق عندما تتجاوز حدود الطاقة.

في مجال البحث، قام فريق (إي بي إم) بـ7 بأخذ جدول زمني "وايت واير" يمكنه تحويل التعليمات بين وحدات النواقل العائمة والناقلات استناداً إلى ميزانيات الطاقة، وفي الآونة الأخيرة، يقترح هيكل (هاليدي) بواسطة (غروبر وآخرون (2021) جدولاً يستخدم نموذجاً للتنبؤ بالوزن الخفيف للبت بين إصدار تعليمات الشحن (التي قد تسبب فقداناً للذاكرة وارتفاعا من نشاط التحكم).

External references: For a comprehensive survey, see ] "A Survey of Power-Aware Scheduling in Multiprocessor Systems" by Zhuravlev et al. (2012). For a deep dive into power modeling, refer to [FL2016:2]]"Runtime Power Monitoring in High-End Processors: Methodology and Empirical Data

التحديات في مجال السلطة - برنامج " شدولنغ "

Accuracy of Power and Thermal Models

قرارات الجدول تعتمد على تقديرات الطاقة الموثوقة لكن القوة الدينامية يصعب قياسها على كل دورة، العديد من المقترحات تستخدم الطاقة المتوسطة على النافذة، والتي قد لا تمنع التقلبات الحرارية العابرة، التأثيرات الحرارية تضيف بطيئة الزمن، وسرعان ما لا تسبب انفجار الطاقة العالية التسخين، بل ستستمر،

الأداء العام مقابل وفورات الطاقة

فكل قضية مخففة من شأن القوة، ودائرة الديموقراطية، وأجهزة التخمين، وتحمل عقوبة أداء، كما أن رسم الجدول الزمني الذي يُستخدم في تحديد القدرة هو تقليل فقدان الأداء إلى الحد الأدنى مع زيادة مدخرات الطاقة إلى أقصى حد، حيث أن النقطة المثلى تتوقف على عبء العمل وأفضلية المستعملين (مثلاً، فإن مراقبة الأداء لكل غلاف ضد الأداء المطلق).

التكامل مع مديري السلطة العليا

النظام الحديث لديه طبقات متعددة من إدارة الطاقة، جهاز تحديد التوقيت، نظام التشغيل الآلي، وجهاز تحديد مواعيد الأجهزة، يجب أن تتعاون هذه الطبقات، على سبيل المثال، قد تطلب وحدة طاقة في ولاية معينة، عن طريق مركز معلومات الطاقة، لكن جهاز تحديد مواعيد الأجهزة قد يُزيد من قضية الضبط الدقيق داخل تلك الولاية، ويمكن أن تنشأ النزاعات إذا تجاوز نظام التشغيل الآلي قراراته.

الاتجاهات المستقبلية

كما أن التسرب الثابت، بوصفه مقياساً لتكنولوجيا السيليكون إلى قطع صغيرة، يصبح جزءاً أكبر من مجموع الطاقة، مما يجعل من زيادة القدرة على التمجيد والكفاءة في الاحتفاظ بالدولة أكثر أهمية، كما أن الجداول الزمنية المقبلة قد تستخدم " حساباً غير قابل للكسر " حيث يخفض حجم الترميز إلى ما يقرب من حجم العتبة، مما يتطلب تحديد مواعيد دقيقة لتجنب حدوث انتهاكات للتوقيت.

وثمة اتجاه واعد آخر يتمثل في استخدام الحساب التقريبي، إذ أن بعض عبء العمل يتقبل عدم الدقة (مثل تجهيز الصور، والاختبارات في مجال التعلم الآلي)، ويمكن للجدول أن يتجنب عمدا بعض التعليمات أو يقلل الدقة (مثل استخدام الخصم المنخفض الدقة) عندما تكون القوة مقيدة، مما يوفر تدهورا ملحوظا في الأداء بدلا من أن يتحول فجأة إلى تسارع.

وأخيرا، فإن إدماج تحديد مواعيد تحديد مواقع السلطة مع متحكمي الذاكرة وشبكة الإنترنت (رقم جيم) سيصبح أمرا بالغ الأهمية في العديد من المجهزين الأساسيين، وقد يمتنع الجدول الزمني عن إصدار تعليمات للذاكرة عندما تستنفد ميزانية القدرة على إدارة السجلات والمحفوظات، أو قد يوجه حركة المرور إلى مسارات أقل اكتظاظا من أجل الحد من القوة الدينامية في الترابط.

خاتمة

ولا يشكل تحديد مواعيد استخدام الطاقة إضافة اختيارية بل ضرورة لنظم عصرية للوحدة الفائقة القيمة التي يجب أن توازن الأداء مع كفاءة الطاقة، ومن خلال تكييف عملية التعليم الدينامي، والمضاربة، والتردد في الفول، وتخصيص الموارد، يمكن للمجهزين أن يعملوا في إطار ميزانيات ضيقة للطاقة، مع استمرار ارتفاع مستوى الإنتاج، وتتراوح التقنيات بين البرمجيات الفوقية الافتراضية الفوقية الافتراضية الافتراضية الاصطناعية إلى أجهزة التحكم الدقيقة المتطورة القائمة على الآلات.