Управление энергопотреблением - Power management

Для управления энергией в различных контекстах см. Управление энергией.

Управление энергопотреблением это особенность некоторых электроприборов, особенно копировальные аппараты, компьютеры, Процессоры, GPU и компьютер периферийные устройства Такие как мониторы и принтеры, который отключает питание или переключает систему в состояние низкого энергопотребления в неактивном состоянии. В вычислениях это известно как Управление питанием ПК и построен на основе стандарта, называемого ACPI. Это заменяетAPM. Все последние (потребительские) компьютеры имеют поддержку ACPI.

Мотивации

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

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 на уровне процессора

Управление питанием микропроцессоров может осуществляться по всему процессору,[1] или в определенных компонентах, таких как кеш-память[2] и основная память.[3]

С динамическое масштабирование напряжения и динамическое масштабирование частоты, то Напряжение ядра процессора, тактовая частота или и то, и другое, можно изменить для снижения энергопотребления за счет потенциально более низкой производительности. Иногда это делается в режиме реального времени, чтобы оптимизировать соотношение мощности и производительности.

Примеры:

Кроме того, процессоры могут выборочно отключать питание внутренних схем (силовой строб ). Например:

  • Новее Intel Core процессоры поддерживают сверхточное управление питанием функциональных блоков процессоров.
  • AMD CoolCore технологии получают более эффективную производительность за счет динамического включения или выключения частей процессора.[6]

Intel VRT Технология разделила микросхему на секцию ввода-вывода 3,3 В и секцию ядра 2,9 В. Более низкое напряжение ядра снижает энергопотребление.

Гетерогенные вычисления

РУКА с большой маленький архитектура может переносить процессы между более быстрыми «большими» ядрами и более энергоэффективными «LITTLE» ядрами.

Уровень операционной системы: гибернация

Основная статья: Гибернация (вычисления)

Когда компьютерная система спящий режим сохраняет содержимое баран к диск и выключает машину. При запуске он перезагружает данные. Это позволяет полностью выключить систему в режиме гибернации. Для этого требуется, чтобы на жесткий диск был помещен файл размером с установленную ОЗУ, потенциально занимающий место, даже если он не находится в режиме гибернации. Режим гибернации включен по умолчанию в некоторых версиях Windows и может быть отключен для восстановления дискового пространства.

В графических процессорах

Блок обработки графики (GPU ) используются вместе с ЦПУ ускоряться вычисление в различных областях, вращающихся вокруг научный, аналитика, инженерное дело, потребитель и корпоративные приложения.[7]Все это имеет некоторые недостатки: высокая вычислительная мощность графических процессоров достигается за счет высокой рассеяние 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 часов это два широко используемых метода снижения динамической мощности графических процессоров.

Методы DVFS

Эксперименты показывают, что обычная политика процессора DVFS позволяет снизить энергопотребление на встроенный Графические процессоры с умеренной деградацией производительности.[8] Также изучаются новые направления для разработки эффективных планировщиков DVFS для гетерогенных систем.[9] Гетерогенная архитектура CPU-GPU, GreenGPU[10] представлена ​​синхронизированная работа с DVFS как для GPU, так и для CPU. GreenGPU реализован с использованием платформы CUDA на реальном физическом стенде с графическими процессорами Nvidia GeForce и процессорами AMD Phenom II. Экспериментально показано, что GreenGPU обеспечивает экономию энергии в среднем 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 методов DVFS, которые встроены только в графические процессоры, AMD PowerTune и AMD ZeroCore Power два динамическое масштабирование частоты технологии для AMD графические карты. Практические испытания показали, что повторная синхронизация Geforce GTX 480 может снизить потребление энергии на 28% при снижении производительности только на 1% для данной задачи.[11]

Методы стробирования

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.[12] Стробирование мощности - это широко используемый схемотехнический метод устранения утечки путем отключения напряжения питания неиспользуемых схем. Стробирование мощности требует дополнительных затрат энергии; поэтому неиспользуемые цепи должны оставаться в режиме ожидания достаточно долго, чтобы компенсировать эти накладные расходы.[13] для кешей управления питанием графических процессоров во время выполнения экономит энергию утечек. Основываясь на экспериментах с 16 различными рабочими нагрузками графического процессора, средняя экономия энергии, достигаемая с помощью предлагаемого метода, составляет 54%. Шейдеры являются наиболее энергоемким компонентом графического процессора, технология прогнозирующего отключения шейдера по мощности.[14] позволяет снизить утечку на шейдерных процессорах до 46%. Техника Predictive Shader Shutdown использует вариации рабочей нагрузки между кадрами, чтобы устранить утечку в шейдерных кластерах. Другой метод, называемый конвейером отложенной геометрии, направлен на минимизацию утечки в геометрические единицы с фиксированной функцией за счет использования дисбаланса между вычислением геометрии и фрагмента в пакетах, который устраняет до 57% утечек в геометрических единицах с фиксированной функцией. К исполнительным модулям, не относящимся к шейдерам, можно применить простой метод тайм-аута, который устраняет в среднем 83,3% утечки в исполнительных модулях без шейдера. Все три вышеупомянутых метода приводят к незначительному снижению производительности, менее 1%.[15]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "Обзор методов анализа и повышения энергоэффективности GPU ", Миттал и др., ACM Computing Surveys, 2014 г.
  2. ^ "Обзор архитектурных методов повышения энергоэффективности кэша ", С. Миттал, SUSCOM, 4 (1), 33-43, 2014 г.
  3. ^ "Обзор архитектурных методов управления питанием DRAM ", С. Миттал, IJHPSA, 4 (2), 110-119, 2012 г.
  4. ^ «AMD PowerNow! Технология с оптимизированным управлением питанием». AMD. Получено 2009-04-23.
  5. ^ «IBM EnergyScale для систем на базе процессоров POWER6». IBM. Получено 2009-04-23.
  6. ^ «Обзор технологии AMD Cool'n'Quiet». AMD. Получено 2009-04-23.
  7. ^ «Что такое вычисления на GPU». Nvidia.
  8. ^ "Платформа динамического масштабирования напряжения и частоты для встроенных графических процессоров с низким энергопотреблением ", Daecheol You et al., Electronics Letters (том: 48, выпуск: 21), 2012 г.
  9. ^ "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.
  10. ^ "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.
  11. ^ "Анализ мощности и производительности систем с ускорением на GPU ", Юки Абэ и др., Конференция USENIX по энергоэффективным вычислениям и системам, страницы 10-10, 2012 г.
  12. ^ "Проблемы проектирования масштабирования технологий ", Боркар, С., IEEE Micro (том: 19, выпуск: 4), 1999.
  13. ^ "Контроль мощности во время выполнения в кэше графических процессоров для экономии энергии утечки ", Юэ Ван и др., Конференция и выставка" Дизайн, автоматизация и испытания в Европе "(ДАТА), 2012 г.
  14. ^ "Техника прогнозируемого завершения работы шейдерных процессоров графического процессора ", По-Хан Ван и др., Письма об архитектуре компьютеров (том: 8, выпуск: 1), 2009 г.
  15. ^ "Стратегии стробирования мощности на графических процессорах ", По-Хан Ван и др., Транзакции ACM по оптимизации архитектуры и кода (TACO), том 8, выпуск 3, 2011 г.

внешняя ссылка