電力最適化とは

電力の最適化とは、サイズ、パフォーマンス、熱放散などのパラメーターのバランスをとることにより、集積回路などのデジタルデバイスが消費する電力を削減することです。 多くのポータブル電子デバイスは、低消費電力で高い処理能力を必要とするため、電子部品設計の非常に重要な領域です。 コンポーネントは複雑な機能を実行する必要がありますが、発生する熱とノイズはできるだけ少なく、すべてが非常に小さな表面積に詰め込まれています。 集中的に研究されたデジタル設計の領域である電力最適化は、多くのデバイスの商業的成功に不可欠です。

電子設計の電力を最適化するという考え方は、1980年代後半にポータブルデバイスが広く使用されるようになり、注目を集め始めました。 バッテリー寿命、加熱効果、および冷却要件は、環境的および経済的な理由から非常に重要になりました。 より複雑なコンポーネントをより小さなチップサイズに取り付けることは、より多くの機能を備えたより小さなデバイスの生産を確保するために不可欠になりました。 しかし、非常に多くのコンポーネントを含めることで発生する熱が大きな問題になりました。 デバイスのパフォーマンスや信頼性などの要因も熱の影響を受けます。

チップをスケーリングし、ダイサイズを縮小し、許容可能な温度レベルで最高のパフォーマンスを維持するには、電力最適化手法に時間をかける必要があります。 集積回路のような既存のチップには何百万ものコンポーネントが含まれているため、手動で電力を最適化することは不可能になります。 通常、設計者は無駄なエネルギーを制限することで電力の最適化を実現します。これは、ほとんどが投機、アーキテクチャ、およびプログラムの無駄です。 これらのすべての方法は、回路設計のレベルから実行およびアプリケーションまでのエネルギー浪費を削減しようとします。

ハイエンドのマイクロプロセッサが不要なコマンドを実行すると、プログラムの無駄が発生します。 これらのコマンドを実行しても、メモリとレジスタの内容は変わりません。 プログラムの無駄をなくすということは、デッドインストラクションの実行を減らし、サイレントストアを取り除くことを意味します。 プロセッサが未解決の分岐を超えて命令をフェッチして実行すると、投機無駄が発生します。 キャッシュ、分岐予測子、命令キューなどの構造が大きすぎたり小さすぎたりすると、アーキテクチャの無駄が発生します。

ほとんどが大量を保持するように設計されているため、通常、建築構造は最大限に活用されていません。 逆に、それらを小さくすると、より多くの誤った推測のために電力消費も増加します。 電力の最適化を成功させるには、電力をほとんど消費しないコンポーネントを選択して、システムレベルのアプローチを使用する必要があります。 これらのタイプのコンポーネントの可能な組み合わせはすべて、設計段階で検討できます。 回路内で必要なスイッチングアクティビティの量を減らすと、消費電力も少なくなります。

消費電力の最適化に使用される他のアプローチには、クロックゲーティング、スリープモード、より優れたロジック設計が含まれます。 リタイミング、パスバランシング、およびステートエンコーディングは、電力消費を制限できる他のロジック手法です。 一部のマイクロプロセッサ設計者は、特別な形式を使用して、省電力制御機能を挿入する設計ファイルをコーディングします。