Co je Power Optimization?
Optimalizace výkonu je pokus o snížení spotřeby energie digitálními zařízeními, jako jsou integrované obvody, vyvážením parametrů, jako je velikost, výkon a odvod tepla. Jedná se o velmi kritickou oblast návrhu elektronických součástek, protože mnoho přenosných elektronických zařízení vyžaduje vysokou kapacitu zpracování a nízkou spotřebu energie. Komponenty musí vykonávat složité funkce a přitom generovat co nejméně tepla a šumu, všechny zabalené na velmi malém povrchu. V intenzivně zkoumané oblasti digitálního designu je optimalizace výkonu nezbytná pro komerční úspěch mnoha zařízení.
Myšlenka optimalizace výkonu v elektronickém designu začala získávat pozornost na konci 80. let 20. století s rozšířeným používáním přenosných zařízení. Životnost baterie, účinky zahřívání a požadavky na chlazení se staly velmi důležitými z environmentálních i ekonomických důvodů. Přizpůsobení stále složitějších komponent na menší velikosti čipů se stalo životně důležitým pro zajištění výroby menších zařízení s větší funkčností. Teplo generované zahrnutím tolika součástí se však stalo hlavním problémem. Faktory, jako je výkon a spolehlivost zařízení jsou také ovlivněny teplem.
Chcete-li škálovat čipy, zmenšit velikost matrice a stále dosahovat špičkového výkonu při přijatelných teplotních úrovních, je třeba investovat čas do metod optimalizace výkonu. Manuální optimalizace výkonu je u stávajících čipů, jako jsou integrované obvody, nemožná, protože obsahují miliony součástí. Designéři obvykle provádějí optimalizaci energie omezením zbytečné energie, která je většinou spekulací, architektonickým a programovým odpadem. Všechny tyto metody se pokoušejí snížit plýtvání energií od úrovně návrhu obvodu po provedení a aplikaci.
K plýtvání programem dochází, když špičkový mikroprocesor provádí příkazy, které nejsou nutné. Provedení těchto příkazů nezmění obsah paměti a registrů. Odstranění programového odpadu znamená snížení výkonu mrtvých pokynů a zbavení se tichých obchodů. Plýtvání se spekulacemi nastane, když procesor načte a provede pokyny mimo nevyřešené větve. K architektonickému odpadu dochází, když jsou struktury jako mezipaměti, prediktory větví a fronty instrukcí příliš velké nebo příliš malé.
Architektonické struktury, které jsou většinou navrženy tak, aby pojaly velká množství, obvykle nejsou plně využívány. Naopak jejich zmenšení také zvyšuje spotřebu energie v důsledku větší chybné spekulace. Úspěšná optimalizace výkonu vyžaduje použití přístupu na systémové úrovni výběrem komponent, které spotřebovávají jen velmi málo energie. Ve fázi návrhu lze prozkoumat všechny možné kombinace těchto typů součástí. Snížení množství spínací aktivity potřebné v obvodu také zajišťuje nižší spotřebu energie.
Některé z dalších přístupů používaných pro optimalizaci výkonu zahrnují hradlové hodiny, režimy spánku a lepší logický design. Retimování, vyvážení cest a kódování stavu jsou další logické metody, které mohou omezit spotřebu energie. Někteří návrháři mikroprocesorů také používají speciální formáty pro kódování návrhových souborů, které obsahují funkce řízení úspory energie.