Qu'est-ce que l'optimisation de l'alimentation?
L'optimisation de la consommation vise à réduire la consommation d'énergie d'appareils numériques tels que les circuits intégrés en équilibrant des paramètres tels que la taille, les performances et la dissipation de chaleur. C'est un domaine très critique de la conception de composants électroniques car de nombreux appareils électroniques portables nécessitent une capacité de traitement élevée avec une faible consommation d'énergie. Les composants doivent remplir des fonctions complexes tout en générant le moins de chaleur et de bruit possible, le tout empaqueté sur une très petite surface. L’optimisation de la consommation est un domaine essentiel de la conception numérique, essentielle au succès commercial de nombreux appareils.
L'idée d'optimiser la consommation électrique dans la conception électronique a commencé à attirer l'attention à la fin des années 1980 avec l'utilisation généralisée des appareils portables. La durée de vie de la batterie, les effets de chauffage et les exigences de refroidissement sont devenues très importantes pour des raisons environnementales et économiques. L'adaptation de composants de plus en plus complexes sur de plus petites tailles de puces est devenue essentielle pour garantir la production de petits appareils dotés de plus de fonctionnalités. La chaleur générée par l'inclusion de nombreux composants est cependant devenue un problème majeur. Des facteurs tels que les performances et la fiabilité des appareils sont également affectés par la chaleur.
Pour redimensionner les puces, réduire la taille des puces et conserver des performances optimales à des températures acceptables, il faut investir du temps dans les méthodologies d'optimisation de la puissance. Optimiser manuellement la puissance devient impossible avec les puces existantes telles que les circuits intégrés car elles contiennent des millions de composants. En règle générale, les concepteurs optimisent l’énergie en limitant le gaspillage d’énergie, principalement des spéculations, de l’architecture et des programmes. Toutes ces méthodes tentent de réduire le gaspillage d'énergie du niveau de la conception du circuit à son exécution et à son application.
Un gaspillage de programme se produit lorsqu'un microprocesseur haut de gamme exécute des commandes inutiles. L'exécution de ces commandes ne modifie pas le contenu de la mémoire et des registres. Éliminer le gaspillage du programme signifie réduire l'exécution des instructions mortes et se débarrasser des magasins silencieux. Le gaspillage de spéculation se produit lorsque le processeur extrait et exécute des instructions au-delà des branches non résolues. Les déchets architecturaux surviennent lorsque les structures telles que les caches, les prédicteurs de branche et les files d’instruction sont trop grandes ou trop petites.
Principalement conçus pour contenir de grandes quantités, les structures architecturales ne sont généralement pas utilisées à leur capacité maximale. À l'inverse, leur réduction augmente également la consommation d'énergie en raison d'une plus grande erreur de spéculation. L'optimisation de l'alimentation nécessite l'utilisation d'une approche système en sélectionnant des composants qui consomment très peu d'énergie. Toutes les combinaisons possibles de ces types de composants peuvent être explorées lors de la phase de conception. La réduction de la quantité d'activité de commutation nécessaire dans le circuit permet également de réduire la consommation d'énergie.
Parmi les autres approches utilisées pour l'optimisation de la puissance, citons la synchronisation d'horloge, les modes veille et une meilleure conception logique. La resynchronisation, l'équilibrage de chemin et le codage d'état sont d'autres méthodes logiques pouvant limiter la consommation d'énergie. Certains concepteurs de microprocesseurs utilisent également des formats spéciaux pour coder les fichiers de conception qui insèrent des fonctions de contrôle d'économie d'énergie.