Wat is stroomoptimalisatie?
Energieoptimalisatie is de poging om het stroomverbruik van digitale apparaten zoals geïntegreerde schakelingen te verminderen door parameters zoals grootte, prestaties en warmteafvoer in evenwicht te brengen. Het is een zeer kritisch onderdeel van het ontwerp van elektronische componenten, omdat veel draagbare elektronische apparaten een hoge verwerkingscapaciteit vereisen met een laag stroomverbruik. De componenten moeten complexe functies uitvoeren en toch zo weinig mogelijk warmte en ruis genereren, allemaal verpakt op een zeer klein oppervlak. Een intensief onderzocht gebied van digitaal ontwerp, stroomoptimalisatie is van vitaal belang voor het commerciële succes van veel apparaten.
Het idee om stroom te optimaliseren in elektronisch ontwerp begon in de late jaren tachtig aandacht te krijgen door het wijdverbreide gebruik van draagbare apparaten. Batterijlevensduur, verwarmingseffecten en koelvereisten werden zeer belangrijk om zowel milieu- als economische redenen. Het passen van steeds complexere componenten op kleinere chipformaten werd van vitaal belang om de productie van kleinere apparaten met meer functionaliteit te garanderen. De warmte die werd gegenereerd door het opnemen van zoveel componenten, werd echter een groot probleem. Factoren zoals apparaatprestaties en betrouwbaarheid worden ook beïnvloed door hitte.
Om chips te schalen, de matrijs te verkleinen en toch topprestaties te leveren bij acceptabele temperatuurniveaus, moet u tijd investeren in methoden voor stroomoptimalisatie. Handmatig optimaliseren van vermogen wordt onmogelijk met bestaande chips zoals geïntegreerde schakelingen omdat ze miljoenen componenten bevatten. Doorgaans bereiken ontwerpers vermogensoptimalisatie door verspilde energie te beperken, wat meestal speculatie, architecturaal en programmaverspilling is. Al deze methoden proberen energieverspilling te verminderen van het niveau van circuitontwerp tot uitvoering en toepassing.
Programmaverspilling treedt op wanneer een hoogwaardige microprocessor opdrachten uitvoert die niet nodig zijn. Het uitvoeren van deze opdrachten verandert niets aan de inhoud van het geheugen en registers. Het elimineren van programmaverspilling betekent het verminderen van de uitvoering van dode instructies en het wegwerken van stille winkels. Speculatieverspilling treedt op wanneer de processor instructies ophaalt en uitvoert buiten onopgeloste branches. Architectonisch afval vindt plaats wanneer structuren zoals caches, vertakkingsvoorspellers en instructiewachtrijen te groot of te klein zijn.
Meestal ontworpen om grote hoeveelheden te bevatten, worden architecturale structuren meestal niet volledig gebruikt. Omgekeerd verhoogt het kleiner maken ook het stroomverbruik vanwege meer verkeerde speculatie. Voor een succesvolle stroomoptimalisatie is een systeembenadering vereist door componenten te selecteren die zeer weinig stroom verbruiken. Alle mogelijke combinaties van dit soort componenten kunnen in de ontwerpfase worden onderzocht. Het verminderen van de hoeveelheid schakelactiviteit die nodig is in het circuit zorgt ook voor minder stroomverbruik.
Sommige van de andere benaderingen die worden gebruikt voor energieoptimalisatie zijn onder meer klokafsluiting, slaapmodi en een beter logisch ontwerp. Retiming, padbalancering en statuscodering zijn andere logische methoden die het stroomverbruik kunnen beperken. Sommige ontwerpers van microprocessors gebruiken ook speciale formaten om ontwerpbestanden te coderen die energiebesparende bedieningsfuncties invoegen.