Управление питанием

Управление питанием — это функция некоторых электроприборов, особенно копиров , компьютеров , компьютерных процессоров , компьютерных графических процессоров и компьютерных периферийных устройств , таких как мониторы и принтеры , которая отключает питание или переключает систему в режим пониженного энергопотребления, когда она неактивна. В вычислительной технике это называется управлением питанием ПК и основано на стандарте ACPI, пришедшем на смену стандарту ACPI. АПМ . Все последние компьютеры имеют поддержку ACPI.

Мотивы [ править ]

Управление питанием ПК для компьютерных систем желательно по многим причинам, в частности:

Сокращение общего энергопотребления
Продлите срок службы батареи портативных и встраиваемых систем
Снижение требований к охлаждению
Уменьшить шум
Сокращение эксплуатационных затрат на электроэнергию и охлаждение

Более низкое энергопотребление также означает меньшее рассеивание тепла , что повышает стабильность системы и меньшее потребление энергии, что экономит деньги и снижает воздействие на окружающую среду.

Методы уровня процессора [ править ]

Управление питанием микропроцессоров может осуществляться как на уровне всего процессора, так и на отдельных компонентах, таких как кэш-память и основная память.

С помощью динамического масштабирования напряжения и динамического масштабирования частоты можно изменить напряжение ядра процессора , тактовую частоту или и то, и другое, чтобы снизить энергопотребление ценой потенциально более низкой производительности. Иногда это делается в реальном времени, чтобы оптимизировать соотношение мощности и производительности.

Примеры:

AMD Cool'n'Quiet
AMD PowerNow! ^[1]
IBM EnergyScale ^[2]
Intel СкоростьСтеп
Трансмета LongRun и LongRun2
ВИА LongHaul (PowerSaver)

Кроме того, процессоры могут выборочно отключать внутренние схемы ( Power Gate ). Например:

Новые процессоры Intel Core поддерживают сверхточное управление питанием функциональных блоков процессоров.
Технология AMD CoolCore обеспечивает более эффективную производительность за счет динамической активации или отключения частей процессора. ^[3]

Технология Intel VRT разделила чип на секцию 3,3В/В и секцию ядра 2,9В. Более низкое напряжение ядра снижает энергопотребление.

Гетерогенные вычисления [ править ]

ARM Архитектура big.LITTLE позволяет переносить процессы между более быстрыми «большими» ядрами и более энергоэффективными «LITTLE» ядрами.

Уровень операционной системы: спящий режим [ править ]

Когда компьютерная система находится в спящем режиме, она сохраняет содержимое оперативной памяти на диск и выключает компьютер. При запуске он перезагружает данные. Это позволяет полностью отключить систему в режиме гибернации. Для этого необходимо разместить на жестком диске файл размером с установленную оперативную память, что потенциально может занимать место, даже если он не находится в режиме гибернации. Режим гибернации включен по умолчанию в некоторых версиях Windows и может быть отключен, чтобы освободить дисковое пространство.

В графических процессорах [ править ]

Графические процессоры ( GPU ) используются вместе с центральным процессором для ускорения вычислений в различных областях, связанных с научными , аналитическими , инженерными , потребительскими и корпоративными приложениями . ^[4]Все это имеет некоторые недостатки: высокая вычислительная мощность графических процессоров достигается за счет высокого рассеивания мощности . Было проведено много исследований по проблеме рассеивания мощности графических процессоров, и было предложено множество методов для решения этой проблемы. Динамическое масштабирование напряжения / динамическое масштабирование частоты (DVFS) и стробирование тактовой частоты — два часто используемых метода снижения динамической мощности графических процессоров.

Методы DVFS [ править ]

Эксперименты показывают, что традиционная политика процессора DVFS может обеспечить снижение энергопотребления встроенных графических процессоров с разумным снижением производительности. ^[5] Также изучаются новые направления разработки эффективных планировщиков DVFS для гетерогенных систем. ^[6] Гетерогенная архитектура CPU-GPU GreenGPU. ^[7] представлен, в котором DVFS используется синхронно как для графического процессора, так и для процессора. GreenGPU реализован с использованием платформы CUDA на реальном физическом испытательном стенде с графическими процессорами Nvidia GeForce и процессорами AMD Phenom II. Экспериментально показано, что GreenGPU обеспечивает среднюю экономию энергии 21,04% и превосходит несколько хорошо продуманных базовых показателей.Для основных графических процессоров, которые широко используются во всех видах коммерческих и личных приложений, существует несколько технологий DVFS, встроенных только в графические процессоры: AMD PowerTune и AMD ZeroCore Power — это две технологии динамического масштабирования частоты для графических карт AMD . Практические тесты показали, что повторная тактовая частота GeForce GTX 480 позволяет снизить энергопотребление на 28%, снижая при этом производительность всего на 1% для данной задачи. ^[8]

силового стробирования Техники

Было проведено много исследований по динамическому снижению мощности с использованием методов DVFS. Однако по мере того, как технологии продолжают сокращаться, мощность утечки станет доминирующим фактором. ^[9] Затвор мощности — это широко используемый метод устранения утечки путем отключения напряжения питания неиспользуемых цепей. Энергетические ворота влекут за собой накладные расходы на электроэнергию; следовательно, неиспользуемые каналы должны оставаться в режиме ожидания достаточно долго, чтобы компенсировать эти накладные расходы.Новая микроархитектурная техника ^[10] для кэшей графических процессоров во время выполнения, что позволяет экономить энергию утечки. На основе экспериментов с 16 различными рабочими нагрузками графического процессора средняя экономия энергии, достигнутая с помощью предложенного метода, составляет 54%.Шейдеры — наиболее энергоемкий компонент графического процессора, технология прогнозирующего отключения шейдера ^[11] обеспечивает снижение утечек данных на шейдерных процессорах до 46%.Технология Predictive Shader Shutdown использует изменение рабочей нагрузки между кадрами для устранения утечек в кластерах шейдеров. Другой метод, называемый конвейером отложенной геометрии, направлен на минимизацию утечек в модулях геометрии с фиксированной функцией за счет использования дисбаланса между вычислением геометрии и фрагментов между пакетами, что устраняет до 57% утечек в модулях геометрии с фиксированной функцией. К исполнительным блокам без шейдеров можно применить простой метод ограничения мощности по тайм-ауту, который устраняет в среднем 83,3% утечек в исполнительных блоках без шейдеров.Все три метода, указанные выше, приводят к незначительному снижению производительности, менее 1%. ^[12]

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

^ «AMD PowerNow! Технология с оптимизированным управлением питанием» . АМД . Проверено 23 апреля 2009 г.
^ «IBM EnergyScale для систем на базе процессоров POWER6» . ИБМ . Проверено 23 апреля 2009 г.
^ «Обзор технологии AMD Cool'n'Quiet» . АМД . Проверено 23 апреля 2009 г.
^ «Что такое вычисления на графическом процессоре» . Нвидиа.
^ « Среда динамического масштабирования напряжения и частоты для маломощных встроенных графических процессоров », Daecheol You et al., Electronics Letters (том: 48, выпуск: 21), 2012.
^ « Влияние динамического масштабирования напряжения и частоты на графический процессор K20 », Ронг Ге и др., 42-я Международная конференция по параллельной обработке, страницы 826-833, 2013.
^ « GreenGPU: целостный подход к энергоэффективности в гетерогенных архитектурах GPU-CPU », Кай Ма и др., 41-я Международная конференция по параллельной обработке, страницы 48-57, 2012.
^ « Анализ мощности и производительности систем с графическим ускорением », Юки Абэ и др., Конференция USENIX по вычислительным системам и системам с учетом энергопотребления, страницы 10–10, 2012.
^ « Проблемы проектирования масштабирования технологий », Боркар, С., IEEE Micro (том: 19, выпуск: 4), 1999.
^ « Ограничение мощности во время выполнения в кэшах графических процессоров для экономии энергии утечки », Юэ Ван и др., Конференция и выставка «Проектирование, автоматизация и тестирование в Европе» (ДАТА), 2012 г.
^ « Техника прогнозируемого завершения работы шейдерных процессоров графического процессора », По-Хан Ван и др., Письма о компьютерной архитектуре (том: 8, выпуск: 1), 2009 г.
^ « Стратегии ограничения мощности на графических процессорах », По-Хан Ван и др., Транзакции ACM по архитектуре и оптимизации кода (TACO), Том 8, выпуск 3, 2011 г.

Внешние ссылки [ править ]

[1] «AMD PowerNow! Технология с оптимизированным управлением питанием» . АМД . Проверено 23 апреля 2009 г.

[2] «IBM EnergyScale для систем на базе процессоров POWER6» . ИБМ . Проверено 23 апреля 2009 г.

[3] «Обзор технологии AMD Cool'n'Quiet» . АМД . Проверено 23 апреля 2009 г.

[4] «Что такое вычисления на графическом процессоре» . Нвидиа.

[5] « Среда динамического масштабирования напряжения и частоты для маломощных встроенных графических процессоров », Daecheol You et al., Electronics Letters (том: 48, выпуск: 21), 2012.

[6] « Влияние динамического масштабирования напряжения и частоты на графический процессор K20 », Ронг Ге и др., 42-я Международная конференция по параллельной обработке, страницы 826-833, 2013.

[7] « GreenGPU: целостный подход к энергоэффективности в гетерогенных архитектурах GPU-CPU », Кай Ма и др., 41-я Международная конференция по параллельной обработке, страницы 48-57, 2012.

[8] « Анализ мощности и производительности систем с графическим ускорением », Юки Абэ и др., Конференция USENIX по вычислительным системам и системам с учетом энергопотребления, страницы 10–10, 2012.

[9] « Проблемы проектирования масштабирования технологий », Боркар, С., IEEE Micro (том: 19, выпуск: 4), 1999.

[10] « Ограничение мощности во время выполнения в кэшах графических процессоров для экономии энергии утечки », Юэ Ван и др., Конференция и выставка «Проектирование, автоматизация и тестирование в Европе» (ДАТА), 2012 г.

[11] « Техника прогнозируемого завершения работы шейдерных процессоров графического процессора », По-Хан Ван и др., Письма о компьютерной архитектуре (том: 8, выпуск: 1), 2009 г.

[12] « Стратегии ограничения мощности на графических процессорах », По-Хан Ван и др., Транзакции ACM по архитектуре и оптимизации кода (TACO), Том 8, выпуск 3, 2011 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]