Az energiahatékonyság gyorsabb felgyorsítása, mint Moore törvénye előírja - Go4IT
Az energiahatékonyság egyre fontosabbá válik a számítási teljesítmény fejlődése miatt. Az elmúlt 20 év technológiai fejlődésével és az általa minden téren elért előnyökkel nőtt a környezeti lábnyom az elfogyasztott energia miatt. A technológia fejlődése a felhőalapú számítástechnika felé, a "mindig bekapcsolt" kapcsolatok és az olyan magával ragadó élmények, mint a virtuális valóság, megnövelt feldolgozási teljesítményt igényelnek. A statisztikák szerint a számítógépek és a mobiltelefonok 2020-ig a Terán termelt energia 14% -át fogyasztják.
Mindezek a tényezők eredményét tükrözi az erős piaci vonzerő olyan technológiák iránt, amelyek javítják a processzor teljesítményét, ugyanakkor csökkentik az energiafogyasztást. Az energiahatékonyságot a teljesítmény javítása és az energiafogyasztás csökkentése vagy fenntartása közötti egyensúlynak nevezik.
Küzdj a jövőbe
Történelmileg az energiahatékonyság javítása nagyrészt Moore-törvény melléktermékévé vált, amely előírja a chipen kétévente elkészíthető tranzisztorok számának megduplázását. Általánosságban, ha több tranzisztort tervez egyetlen chipre, csökkentve azok fizikai méretét, jobb teljesítményhez és magasabb/magasabb energiahatékonysághoz vezet.
A Moore-törvény energetikai előnyei azonban egyre kisebbek, és valószínűleg befolyásolják a jövőbeni felfedezéseket. Elértünk egy szintet, ahol a tranzisztorok miniatürizálása elérte a fizika határait. Ilyen körülmények között a maradékáram egyre nagyobb kihívássá válik a mérnökök számára, és ennek eredményeként a legtöbb áramköri tervező azon kezdett gondolkodni, hogy Moore törvénye a hagyományos ütemben folytatódik-e.
Az IEEA (Nemzetközi Energiahatékonysági Ügynökség) szerint a feldolgozási teljesítmény és az energiahatékonyság folyamatos növekedéséről beszélünk a tranzisztorok számának megduplázásával. Az utóbbi időben ez a növekedés szemmel láthatóan lelassult, és ezért a félvezető-tervezőknek kreativitással kell kiegészíteniük ezt a hatékonyságcsökkenést.
Elköteleztük magunkat termékeink energiafogyasztásának 25-szeres csökkentésére 2020-ig. Ezt a kezdeményezést 25 × 20-nak is hívják, és teljesen megváltoztatja a technológia gazdaságra és környezetre gyakorolt hatását.
A processzorba beépített tranzisztorok számának megkétszerezésével járó fenti negatív hatások ellensúlyozására új architektúrákat tudtunk kifejleszteni és integrálni az energiahatékonysági technológiákat.
Évtizedek óta egy számítógép központi processzorát (CPU) tervezték általános programozási feladatok futtatására. Ezek a processzorok kiválóan teljesítik a soros számítási utasításokat - ha az A feltétel érvényes, akkor B végrehajtásra kerül, majd C és így tovább. - és a bonyolultabb technikák és algoritmusok használatával javíthatja a sebességet. Ezzel szemben a grafikus processzorok (GPU-k) speciális gyorsítók, amelyeket eredetileg úgy terveztek, hogy milliónyi pixelt jelenítsenek meg egyszerre a képernyőn. A GPU ezt párhuzamos számításokkal hajtja végre, viszonylag egyszerű architektúrával. Így a processzorokat és a videokártyákat hagyományosan külön integrálták a PC-be, játékkonzolokba, táblagépekbe, okostelefonokba, legutóbb pedig egyes szerverekbe és szuperszámítógépekbe.
Ma a CPU és a GPU egyre inkább integrálódik egyetlen egységbe, amelyet az iparban gyorsított feldolgozó egységként (APU) ismerünk.
Bár megtörtént egy fontos lépés a helyes irányba, még sok teret kell megvizsgálni a két harmonikus és heterogén processzor kombinálásához, amelyek javíthatják a teljesítményt és minimalizálhatják az energiafogyasztást. Ez egy fejlődő ipari szabványhoz vezetett, amelyet Heterogén Rendszer Architektúrának (HSA) neveznek.
A HSA célja, hogy lehetővé tegye a CPU-GPU pár zavartalan működését az APU-n belül. Sok feladatot, például a mintafelismerést, sokkal hatékonyabban hajtanak végre, ha a GPU és a CPU párhuzamosan fut. Ez a képesség számos alkalmazásban fontos, mint például a hangfelismerés, az adatbiztonság, az orvosi képalkotás, a DNS genomjának szekvenciális megfejtése, de az elsődleges tudományos kutatásra összpontosító és szuperszámítógépekkel végzett alkalmazások esetében is. Ezenkívül a két típusú processzorok ilyen gyakorlati fúziója drámai javulást eredményezhet a teljesítményben és az energiahatékonyságban.
A munkaterhelés megváltoztatása a processzorok energiafogyasztását is befolyásolja. A legtöbb számítógép teljes kapacitással csak az idő egy részét töri, leggyakrabban élettartamuk 1% -át.
Ezért a processzor aktivitását legtöbbször az üresjárati idő jellemzi - az az időtartam, amely két parancs végrehajtása vagy egy videó két képkockájának lejátszása között van. Az új energiahatékonysági technológiák optimalizálják a fogyasztást a leállás idején, és nagyobb hatékonyságot tesznek lehetővé.
Például, ha szélesebb számítási követelmények vannak, mint például a videolejátszás, a processzorok nagyobb mennyiségű energiát igényelnek, ami a feladat befejezésekor csökken. A hirtelen változások jelentős ingadozásokat okoznak a chip áramellátásában. A mikroprocesszoros építészek általában felesleges energiát biztosítanak annak érdekében, hogy a processzor normál paraméterekkel működjön. De ez a gyakorlat költséges az energia szempontjából. A feszültség gyors beállítása az összes alkalmazás igényének kielégítésére lehetőséget kínál az energiaveszteség megszüntetésére. A legújabb processzorok olyan technológiákat tartalmaznak, amelyek 10-20% -kal csökkentik az energiafogyasztást.
Az alkalmazott architektúra és az energiahatékony szilícium mellett az energiagazdálkodási technikák tovább növelhetik az energiahatékonyságot. Példát ad az APU teljesítményének, hőmérsékletének és aktivitásának nagyon finom monitorozása és kezelése. Ez lehetővé teszi a processzor számára, hogy dinamikusan ossza fel az energiát a számítási igényeknek megfelelően, és ezáltal a teljesítmény növekedéséhez vezet.
Röviden: senki sem tudja pontosan megmondani, mikor és mikor fog véget érni Moore törvénye; azonban kétségtelen, hogy az eszközök által felhasznált teljesítmény jelentősen megnőtt. Ugyanakkor növekszik a felhasználók által viselt energiafogyasztás és növekszik a piacon lévő eszközök száma. Ez a probléma intelligens megközelítést igényel a zsugorodó tranzisztorok fizikai határainak túllépése érdekében a számítási teljesítmény további növelése érdekében. A jövőben az energiahatékonyság terén elért legtöbb nyereséget az építészet, az áramkörök és a fogyasztásmenedzsment technikák eredményezik.