Procesory
Artykuł
Mateusz Brzostek, Niedziela, 24 marca 2013, 08:30

Energooszczędność

Wśród komputerów najszybciej rozwijają się te najmniejsze: urządzenia przenośne zasilane akumulatorem, w których energooszczędność jest często ważniejsza niż wydajność. Projektując kolejne generacje procesorów, inżynierowie starają się, naturalnie, tworzyć coraz oszczędniejsze układy. W różnych układach z rodziny Haswell zostanie zastosowanych kilka nowych technik oszczędzania energii.

Nowe stany energetyczne...

...które właściwie nie są nowe, tylko inaczej działają. Zanim o nich opowiemy, przypomnijmy sobie, co to są S-stany, C-stany i P-stany:

Globalne stany (G0-G3) dotyczą całego urządzenia (np. peceta). S0-S5 to stany uśpienia (S pochodzi od słowa sleep – 'spać'), C0-C6 to stany energetyczne procesora, a P0-P4 (w niektórych układach jest ich więcej) to stany wydajności procesora. Włączony komputer wykonujący obliczenia znajduje się w stanach: G0, S0, C0 i P0, a w ramach stanu P0 ma do wyboru kilka kombinacji taktowania i napięcia, czyli trybów Turbo. Twój komputer, kiedy to czytasz, prawdopodobnie znajduje się w stanach: G0, S0, C0 i P3 lub P4 – procesor wykonuje jakieś obliczenia w tle, ale ma obniżone napięcie zasilania i spowolnione taktowanie. Windowsowy stan uśpienia to G1, S3 – procesor jest wtedy całkowicie wyłączony, a stan systemu operacyjnego i programów jest zapisany w pamięci, która jest włączona i regularnie odświeżana. Hibernacja odpowiada stanowi G1, S4; wówczas RAM jest wyłączony, a jego zawartość – zapisana na dysku twardym. G2 i S5 oznaczają komputer wyłączony, ale wpięty do gniazdka i z włączonym zasilaczem. W stan G3 możesz przełączyć swoją maszynę, mechanicznie odcinając zasilanie, czyli wyłączając zasilacz lub wyciągając wtyczkę z gniazdka.

W procesorach Haswell zostaną wykorzystane stany S0i – każdy z nich teoretycznie jest szczególnym przypadkiem stanu S0, czyli włączonego komputera. W praktyce ma zapewniać korzyści charakterystyczne dla odpowiednich stanów uśpienia, czyli S0i3 ma być niemal tak samo oszczędny jak S3, ale programy i system operacyjny będą go traktować jak S0. Czas powrotu do pełnej aktywności powinien być bardzo krótki, podobny do czasu trwania przejść między P-stanami.

Całe rozwiązanie opiera się na rozbudowanych w stosunku do Ivy Bridge mechanizmach odcinania sygnału zegarowego i zasilania od poszczególnych bloków obwodów w krzemowym jądrze. Stany S0i będą wykorzystywane przez wszystkie procesory z rodziny Haswell.

S0i3 to techniczne zaplecze funkcji „connected standby”, która obiecuje oszczędność energii typową dla stanu uśpienia połączoną z nieprzerwanym funkcjonowaniem urządzenia – przenośny komputer czy tablet będzie mógł spędzić w tym stanie wiele dni, periodycznie wybudzając się na krótkie okresy aktywności, w których programy będą mogły połączyć się z siecią (i na przykład pobrać pocztę). Poprawne działanie connected standby wymaga odpowiednio przygotowanych aplikacji, systemu operacyjnego, a nawet urządzeń peryferyjnych – na przykład karty sieciowe nie mogą przerywać procesorowi pseudosnu za każdym razem, gdy nadchodzi pakiet. Ta technika jest obwarowana bardzo rygorystycznymi wymaganiami i trudno powiedzieć, jak się sprawdzi w praktyce – to będziemy mogli ocenić dopiero wtedy, gdy będziemy mieli w rękach odpowiednie urządzenia.

Niektóre warianty tych procesorów, określane nazwami roboczymi Haswell-ULT i Haswell-ULX, będą miały dodatkowe mechanizmy oszczędzania energii:

  • stany energetyczne C7-10 – to szczególne przypadki stanu G0, S0. Procesory Ivy Bridge oraz desktopowe Haswelle mogą przechodzić nie tylko w C3, ale też w C6, w którym zasilanie rdzeni x86 jest odłączone, choć procesor pracuje i zawartość pamięci L3 jest podtrzymywana. Dodatkowe stany: C7, C8 i C9/10, będą miały wyłączonych więcej segmentów procesora, w tym L3, i zatrzymaną magistralę pierścieniową.
  • zegar bazowy 24 MHz – w stanach C4–C10 procesor będzie spowalniał taktowanie zegara bazowego ze 100 MHz do 24 MHz. To pozwoli podtrzymać komunikację, ale obniży częstotliwość taktowania wszystkich podzespołów podłączonych do BCLK o 3/4 dla oszczędności energii. Oczywiście, przełączanie zegara bazowego między 100 MHz a 24 MHz zajmuje czas, ale przy wybudzaniu urządzenia przenośnego i tak dłużej będziemy czekać na zapalenie się podświetlenia ekranu.
  • budżet energetyczny dzielony między procesor a mostek południowy – w Haswellach ULT i ULX mostek południowy ma być zintegrowany w obudowie procesora na oddzielnym kawałku krzemu. To oznacza, że będzie korzystał z tego samego układu chłodzenia. Procesor musi wiedzieć, ile ciepła wydziela PCH, żeby zdecydować o własnych stanach turbo. Nie znamy szczegółów, ale prawdopodobnie rozwiązanie nie jest w pełni dynamiczne, lecz opiera się na odejmowaniu zaprogramowanych fabrycznie wartości od budżetu energetycznego dla całej obudowy procesora. 
Ocena artykułu:
Ocen: 22
Zaloguj się, by móc oceniać
Artykuły spokrewnione
Facebook
Ostatnio komentowane