การเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานคืออะไร?

การปรับให้เหมาะสมพลังงานคือความพยายามในการลดการใช้พลังงานโดยอุปกรณ์ดิจิตอลเช่นวงจรรวมโดยการปรับสมดุลพารามิเตอร์เช่นขนาดประสิทธิภาพและการกระจายความร้อน มันเป็นพื้นที่ที่สำคัญมากในการออกแบบชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์เนื่องจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พกพาจำนวนมากต้องการความสามารถในการประมวลผลสูงโดยใช้พลังงานต่ำ ส่วนประกอบจำเป็นต้องทำหน้าที่ที่ซับซ้อน แต่ให้ความร้อนและเสียงรบกวนน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ทั้งหมดนี้บรรจุลงในพื้นที่ผิวที่เล็กมาก การวิจัยเชิงพื้นที่อย่างเข้มข้นของการออกแบบดิจิทัลการเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานมีความสำคัญต่อความสำเร็จในเชิงพาณิชย์ของอุปกรณ์หลายชนิด

แนวคิดของการใช้พลังงานให้เกิดประโยชน์สูงสุดในการออกแบบทางอิเล็กทรอนิกส์เริ่มได้รับความสนใจในช่วงปลายทศวรรษ 1980 ด้วยการใช้อุปกรณ์พกพาอย่างแพร่หลาย อายุการใช้งานของแบตเตอรี่เอฟเฟกต์การทำความร้อนและการระบายความร้อนนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อเหตุผลด้านสิ่งแวดล้อมและประหยัด การติดตั้งส่วนประกอบที่ซับซ้อนมากขึ้นกับขนาดชิปที่เล็กลงกลายเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่าการผลิตอุปกรณ์ขนาดเล็กที่มีการทำงานมากขึ้น อย่างไรก็ตามความร้อนที่เกิดขึ้นจากการรวมส่วนประกอบหลายอย่างเข้าด้วยกันกลายเป็นปัญหาใหญ่ ปัจจัยเช่นประสิทธิภาพของอุปกรณ์และความน่าเชื่อถือได้รับผลกระทบจากความร้อน

ในการปรับขนาดชิปลดขนาดแม่พิมพ์และยังคงมีประสิทธิภาพสูงสุดที่ระดับอุณหภูมิที่ยอมรับได้ต้องใช้เวลาในการลงทุนในวิธีการเพิ่มประสิทธิภาพพลังงาน กำลังเพิ่มประสิทธิภาพด้วยตนเองนั้นเป็นไปไม่ได้สำหรับชิปที่มีอยู่เช่นวงจรรวมเนื่องจากมีส่วนประกอบนับล้าน โดยทั่วไปแล้วนักออกแบบจะใช้พลังงานให้เกิดประโยชน์สูงสุดโดย จำกัด พลังงานที่สูญเปล่าซึ่งส่วนใหญ่เป็นการเก็งกำไรสถาปัตยกรรมและของเสียจากโปรแกรม วิธีการทั้งหมดนี้พยายามลดการสิ้นเปลืองพลังงานจากระดับการออกแบบวงจรไปสู่การปฏิบัติงานและการใช้งาน

โปรแกรมเสียเกิดขึ้นเมื่อไมโครโปรเซสเซอร์ระดับสูงดำเนินการคำสั่งที่ไม่จำเป็น การใช้คำสั่งเหล่านี้จะไม่เปลี่ยนแปลงเนื้อหาของหน่วยความจำและการลงทะเบียน การกำจัดของเสียจากโปรแกรมหมายถึงการลดการใช้คำสั่งที่ตายแล้วและกำจัดร้านค้าที่เงียบ การสูญเสียการเก็งกำไรเกิดขึ้นเมื่อโปรเซสเซอร์ดึงข้อมูลและดำเนินการตามคำสั่งนอกเหนือจากกิ่งที่ยังไม่ได้แก้ไข ของเสียทางสถาปัตยกรรมเกิดขึ้นเมื่อโครงสร้างเช่นแคชตัวทำนายสาขาและคิวการสอนมีขนาดใหญ่เกินไปหรือเล็กเกินไป

ส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบมาเพื่อเก็บจำนวนมากโครงสร้างสถาปัตยกรรมมักจะไม่ได้ใช้ให้เต็มประสิทธิภาพ ในทางกลับกันการทำให้ขนาดเล็กลงยังเพิ่มการใช้พลังงานเนื่องจากการสะกดผิดมากขึ้น การเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานที่ประสบความสำเร็จต้องใช้วิธีการระดับระบบโดยการเลือกส่วนประกอบที่ใช้พลังงานน้อยมาก การรวมกันที่เป็นไปได้ของส่วนประกอบประเภทนี้สามารถสำรวจได้ในขั้นตอนการออกแบบ การลดปริมาณการสลับกิจกรรมที่จำเป็นในวงจรยังช่วยให้แน่ใจว่าสิ้นเปลืองพลังงานน้อยลง

วิธีการอื่น ๆ ที่ใช้สำหรับการปรับแต่งพลังงาน ได้แก่ การทำสัญญาณนาฬิกาโหมดหลับและการออกแบบลอจิกที่ดีขึ้น การ Retiming การปรับสมดุลเส้นทางและการเข้ารหัสสถานะเป็นวิธีการตรรกะอื่น ๆ ที่สามารถ จำกัด การใช้พลังงาน นักออกแบบไมโครโปรเซสเซอร์บางคนยังใช้รูปแบบพิเศษเพื่อไฟล์ออกแบบรหัสที่แทรกคุณสมบัติการควบคุมการประหยัดพลังงาน