Tehon optimointi tietokonearkkitehtuurissa sisältää tekniikoita energiankulutuksen vähentämiseksi samalla kun ylläpidetään suorituskykyä. Nämä strategiat ovat välttämättömiä tehokkuuden parantamiseksi, laitteiden akun käyttöiän pidentämiseksi ja lämmöntuotannon vähentämiseksi. Tässä artikkelissa tarkastellaan käytännön lähestymistapoja ja laskelmia, joita käytetään optimoimaan tehoa nykyaikaisissa tietokonejärjestelmissä.

Dynaaminen jännite ja taajuusskaalaus (DVFS)

DVFS säätää prosessorin jännitettä ja taajuustasoa työmäärän vaatimusten perusteella. Joutokäynti- tai pienjännitetehtävien aikana jännitteen ja taajuuden alentaminen vähentää merkittävästi virrankulutusta.

]P = C × V[2 × f × E

jossa P on teho, C on kapasitanssi, V on jännite, f on taajuus ja E on aktiivisuustekijä. Vähentämällä V:tä ja f:tä tehonkulutus pienenee vastaavasti quadratically and lineaarically, vastaavasti.

Virtaportti

Virtaportti edellyttää virran katkaisemista sirussa olevista inaktiivisista osista. Tämä tekniikka estää vuotovirran, joka on merkittävä staattisen tehonkulutuksen lähde. Käyttövirtaportti vaatii lisävirtapiiristöä, mutta tuottaa huomattavia energiansäästöjä joutokäynnillä.

Kellon Gating

Kellon kytkeminen pois päältä on mahdollista, kun se ei ole käytössä. Tämä vähentää dynaamista virrankulutusta, koska kytkentätoiminta on minimoitu. Oikea kellon gating-suunnittelu voi vähentää merkittävästi kokonaisvirrankäyttöä.

Käytännön laskelmat

Oletetaan, että prosessori toimii 1,2V ja 2GHz, kapasitanssi 10pF. Käyttämällä teho kaava:

]P = 10 × 10[-12 F × (1.2 V)[]2[ × 2 × 10[9[ Hz[]]

Lasketaan tämän tuottaa noin 28,8 milliwattia. Jos jännite on alennettu 1,0 V ja taajuus 1GHz, virrankulutus laskee noin 8,3 milliwattia, mikä osoittaa vaikutuksen jännite ja taajuus skaalaus.