¿Qué es la optimización de energía?
La optimización de energía es el intento de reducir la energía que consumen los dispositivos digitales, como los circuitos integrados, al equilibrar parámetros como el tamaño, el rendimiento y la disipación de calor. Es un área muy crítica del diseño de componentes electrónicos porque muchos dispositivos electrónicos portátiles requieren alta capacidad de procesamiento con bajo consumo de energía. Los componentes deben realizar funciones complejas y generar la menor cantidad de calor y ruido posible, todo en una superficie muy pequeña. Un área intensamente investigada del diseño digital, la optimización de energía es vital para el éxito comercial de muchos dispositivos.
La idea de optimizar el poder en el diseño electrónico comenzó a llamar la atención a fines de la década de 1980 con el uso generalizado de dispositivos portátiles. La vida útil de la batería, los efectos de calentamiento y los requisitos de enfriamiento se volvieron muy importantes por razones ambientales y económicas. La instalación de componentes cada vez más complejos en tamaños de chip más pequeños se convirtió en vital para garantizar la producción de dispositivos más pequeños con más funcionalidad. Sin embargo, el calor generado al incluir tantos componentes se convirtió en un problema importante. Factores como el rendimiento y la fiabilidad del dispositivo también se ven afectados por el calor.
Para escalar chips, reducir el tamaño de la matriz y aún tener un rendimiento máximo a niveles de temperatura aceptables, se requiere invertir tiempo en metodologías de optimización de energía. La optimización manual de la potencia se vuelve imposible con chips existentes como circuitos integrados porque contienen millones de componentes. Por lo general, los diseñadores logran la optimización de energía al limitar la energía desperdiciada, que es principalmente especulación, arquitectura y desperdicio de programas. Todos estos métodos intentan reducir el desperdicio de energía desde el nivel del diseño del circuito hasta su ejecución y aplicación.
El desperdicio de programa ocurre cuando un microprocesador de alta gama ejecuta comandos que no son necesarios. La ejecución de estos comandos no cambia el contenido de la memoria y los registros. Eliminar el desperdicio del programa significa reducir la ejecución de instrucciones muertas y deshacerse de las tiendas silenciosas. El desperdicio de especulación ocurre cuando el procesador obtiene y ejecuta instrucciones más allá de las ramas sin resolver. El desperdicio arquitectónico ocurre cuando estructuras como cachés, predictores de ramificación y colas de instrucciones son demasiado grandes o demasiado pequeñas.
Diseñado principalmente para contener grandes cantidades, las estructuras arquitectónicas generalmente no están acostumbradas a su capacidad total. Por el contrario, hacerlos más pequeños también aumenta el consumo de energía debido a una mayor falta de circulación. La optimización exitosa de la energía requiere el uso de un enfoque a nivel de sistema seleccionando componentes que consuman muy poca energía. Todas las combinaciones posibles de este tipo de componentes se pueden explorar en la fase de diseño. La reducción de la cantidad de actividad de conmutación necesaria en el circuito también garantiza un menor consumo de energía.
Algunos de los otros enfoques utilizados para la optimización de energía incluyen activación de reloj, modos de suspensión y un mejor diseño lógico. Retiming, balanceo de ruta y codificación de estado son otros métodos lógicos que pueden limitar el consumo de energía. Algunos diseñadores de microprocesadores también usan formatos especiales para codificar archivos de diseño que insertan funciones de control de ahorro de energía.