Vad är kraftoptimering?

Effektoptimering är försöket att minska kraften som förbrukas av digitala enheter som integrerade kretsar genom att balansera parametrar som storlek, prestanda och värmeavledning. Det är ett mycket kritiskt område för elektronisk komponentkonstruktion eftersom många bärbara elektroniska enheter kräver hög bearbetningskapacitet med låg energiförbrukning. Komponenterna måste utföra komplexa funktioner men generera så lite värme och brus som möjligt, allt packat på en mycket liten ytarea. Effektoptimering är ett intensivt forskat område med digital design och är avgörande för att många enheter kommer att lyckas.

Idén att optimera kraften inom elektronisk design började uppmärksamma i slutet av 1980-talet med den utbredda användningen av bärbara enheter. Batteritid, värmeeffekter och kylkrav blev mycket viktiga av både miljömässiga och ekonomiska skäl. Att montera allt mer komplexa komponenter på mindre chipstorlekar blev viktigt för att säkerställa produktion av mindre enheter med mer funktionalitet. Värmen som genererades genom att inkludera så många komponenter blev emellertid en viktig fråga. Faktorer som enhetens prestanda och tillförlitlighet påverkas också av värmen.

För att skala chips, minska formstorleken och fortfarande ha toppprestanda vid acceptabla temperaturnivåer krävs investeringstid i effektoptimeringsmetoder. Manuell optimering av kraft blir omöjlig med befintliga chips som integrerade kretsar eftersom de innehåller miljoner komponenter. Typiskt åstadkommer designers kraftoptimering genom att begränsa bortkastad energi, vilket mestadels är spekulation, arkitektoniskt och programavfall. Alla dessa metoder försöker minska energisvinnning från nivån på kretsdesign till utförande och applikation.

Programavfall uppstår när en avancerad mikroprocessor utför kommandon som inte är nödvändiga. Att utföra dessa kommandon ändrar inte innehållet i minnet och register. Att eliminera programavfall innebär att minska genomförandet av döda instruktioner och bli av med tysta butiker. Spekulationsavfall händer när processorn hämtar och kör instruktioner utöver olösta grenar. Arkitektoniskt avfall händer när strukturer som cachar, förutsägare och instruktionsköer är för stora eller för små.

Arkitektoniska strukturer är vanligtvis utformade för att hålla stora mängder, vanligtvis är inte vana till sin fulla kapacitet. Omvänt, att göra dem mindre ökar också energiförbrukningen på grund av mer felaktiga åtgärder. Framgångsrik kraftoptimering kräver att man använder en systemnivå-strategi genom att välja komponenter som förbrukar mycket liten effekt. Alla möjliga kombinationer av dessa typer av komponenter kan utforskas i konstruktionsfasen. Att minska mängden kopplingsaktivitet som krävs i kretsen garanterar också mindre energiförbrukning.

Några av de andra metoderna som används för kraftoptimering inkluderar klockport, sömnläge och bättre logikdesign. Retiming, banbalansering och tillståndskodning är andra logiska metoder som kan begränsa strömförbrukningen. Vissa mikroprocessordesigners använder också speciella format för att koda designfiler som sätter in energisparande styrfunktioner.