Hvad er strømoptimering?

Effektoptimering er forsøget på at reducere den energi, der forbruges af digitale enheder såsom integrerede kredsløb ved at afbalancere parametre som størrelse, ydelse og varmeafledning. Det er et meget kritisk område inden for elektronisk komponentdesign, fordi mange bærbare elektroniske enheder kræver høj behandlingskapacitet med lavt strømforbrug. Komponenterne skal udføre komplekse funktioner, men alligevel genererer så lidt varme og støj som muligt, alt sammen pakket på et meget lille overfladeareal. Effektoptimering er et intensivt undersøgt område inden for digital design og er afgørende for mange enheds kommercielle succes.

Ideen om at optimere effekten i elektronisk design begyndte at få opmærksomhed i slutningen af ​​1980'erne med den udbredte brug af bærbare enheder. Batterilevetid, varmeeffekter og kølebehov blev meget vigtige af både miljømæssige og økonomiske grunde. Montering af stadig mere komplekse komponenter på mindre chipstørrelser blev vigtigt for at sikre produktion af mindre enheder med mere funktionalitet. Varmen, der blev genereret ved at inkludere så mange komponenter, blev imidlertid et stort problem. Faktorer som enhedens ydelse og pålidelighed påvirkes også af varmen.

For at skalere chips, reducere formstørrelsen og stadig have maksimal ydeevne ved acceptable temperaturniveauer kræver investeringstid i effektoptimeringsmetoder. Manuel optimering af strømmen bliver umulig med eksisterende chips som integrerede kredsløb, fordi de indeholder millioner af komponenter. Typisk opnår designere magtoptimering ved at begrænse spildt energi, som hovedsageligt er spekulation, arkitektonisk og programaffald. Alle disse metoder forsøger at reducere energispild fra niveauet for kredsløbsdesign til udførelse og anvendelse.

Programaffald opstår, når en high-end mikroprocessor udfører kommandoer, der ikke er nødvendige. Udførelse af disse kommandoer ændrer ikke indholdet i hukommelsen og registre. At eliminere programaffald betyder at reducere udførelsen af ​​døde instruktioner og slippe af med tavse butikker. Spekulationsaffald sker, når processoren henter og udfører instruktioner ud over uopløste grene. Arkitektonisk affald sker, når strukturer som cachen, grenprediktorer og instruktionskøer er for store eller for små.

Arkitektoniske strukturer, som oftest er designet til at rumme store mængder, er ikke vant til deres fulde kapacitet. Omvendt øger strømforbruget på grund af mere forkert spegling, gør dem mindre. Vellykket effektoptimering kræver anvendelse af en systemniveau-tilgang ved at vælge komponenter, der bruger meget lidt strøm. Alle mulige kombinationer af disse typer komponenter kan udforskes i designfasen. At reducere mængden af ​​skifteaktivitet, der kræves i kredsløbet, sikrer også mindre strømforbrug.

Nogle af de andre tilgange, der bruges til magtoptimering, inkluderer urport, søvntilstand og bedre logikdesign. Retiming, banebalancering og tilstandskodning er andre logiske metoder, der kan begrænse strømforbruget. Nogle mikroprosessordesignere bruger også specielle formater til at kode designfiler, der indsætter strømbesparende kontrolfunktioner.