Забрзување на енергетската ефикасност побрзо отколку што вели законот на Мур - Go4IT
Енергетската ефикасност станува сè поважна поради еволуцијата на компјутерската моќ. Со развојот на технологијата во последните 20 години и со придобивките што ги носи во сите области, стапалото на животната средина се зголеми и поради потрошената енергија. Еволуцијата на технологијата кон компјутерски облаци, „секогаш вклучена“ поврзаност и привлечни искуства како што е виртуелната реалност, бараат зголемени перформанси за обработка. Според статистичките податоци, компјутерите и мобилните телефони ќе потрошат 14% од енергијата произведена на Тера до 2020 година.
Резултатот од сите овие фактори се рефлектира во силна привлечност на пазарот за технологии кои ги подобруваат перформансите на процесорот, истовремено намалувајќи ја потрошувачката на енергија. Енергетската ефикасност е опишана како рамнотежа помеѓу подобрувањето на перформансите и намалувањето или одржувањето на потрошувачката на енергија.
Побег во иднината
Историски гледано, подобрувањето на енергетската ефикасност во голема мера стана нуспроизвод на законот на Мур, кој предвидува двојно зголемување на бројот на транзистори што може да се направат на чип на секои две години. Општо, дизајнирањето на повеќе транзистори на еден чип, намалувајќи ја нивната физичка големина, доведува до подобри перформанси и поголема/поголема енергетска ефикасност.
Сепак, енергетските придобивки од законот на Мур стануваат сè помали и веројатно ќе влијаат на идните откритија. Постигнавме ниво кога минијатуризацијата на транзисторите ги достигна границите на физиката. Под овие услови, преостанатата струја станува сè поголем предизвик за инженерите и како резултат, повеќето дизајнери на кола почнаа да се прашуваат дали законот на Мур ќе продолжи со традиционално темпо.
Според IEEA (Меѓународна агенција за енергетска ефикасност) станува збор за постојано зголемување на моќноста за обработка и енергетската ефикасност со двојно зголемување на бројот на транзистори. Во последно време, овој раст е видливо забавен и затоа полупроводнички дизајнери ќе мора да го надополнат ова намалување на ефикасноста преку креативни мерки.
Ние се обврзавме да ја намалиме потрошувачката на енергија на нашите производи 25 пати до 2020 година. Оваа иницијатива е исто така наречена 25 × 20 и целосно ќе ги промени импликациите на технологијата врз економијата и животната средина.
За да се спротивставиме на горенаведените негативни ефекти од удвојувањето на бројот на транзистори вклучени во процесорот, можевме да развиеме нови архитектури и да ги интегрираме технологиите за ефикасност на енергијата.
Со децении, централната единица за обработка на компјутерот (процесорот) е дизајнирана да извршува општи задачи за програмирање. Овие процесори се истакнуваат при извршување на сериски инструкции за пресметка - ако условот А е валиден, Б се извршува, а потоа Ц итн. - и користете различни комплексни техники и алгоритми за подобрување на брзината. Спротивно на тоа, единиците за графичка обработка (GPU) се специјализирани забрзувачи кои првично беа дизајнирани да играат милиони пиксели истовремено на екранот. GPU го прави ова со вршење паралелни пресметки, користејќи релативно едноставна архитектура. Така, процесорите и видео картичките традиционално се интегрираат одделно во компјутери, конзоли за игри, таблети, паметни телефони и неодамна во некои сервери и суперкомпјутери.
Денес, процесорот и графичкиот процесор се повеќе се интегрираат во единствен субјект, познат во индустријата како единица за забрзана обработка (APU).
Додека е направен важен чекор во вистинската насока, останува уште многу да се истражи за да може да се комбинираат двата хармонични и хетерогени типови на процесори, што може да ги подобри перформансите и да ја минимизира потрошувачката на енергија. Ова доведе до развој на индустрискиот стандард, познат како архитектура на хетерогени системи (HSA).
Целта на HSA е да дозволи парот CPU-GPU да работи непречено во рамките на APU. Многу задачи, како што е препознавање на обрасци, се вршат многу поефикасно кога графичкиот процесор и процесорот работат паралелно. Оваа можност е важна за многу апликации како што се препознавање на глас, безбедност на податоци, медицинско снимање, последователно дешифрирање на геномот на ДНК, но исто така и за апликации насочени кон примарно научно истражување и извршени со употреба на суперкомпјутери. Покрај тоа, оваа практична фузија на двата вида процесори може да доведе до драматично подобрување на перформансите и енергетската ефикасност.
Промената на обемот на работа влијае и на потрошувачката на енергија на процесорите. Повеќето компјутери работат со полн капацитет само мал дел од времето, најчесто 1% од нивниот животен век.
Затоа, поголемиот дел од времето, активноста на процесорот обично се карактеризира со мирување - периодот помеѓу правење две команди или репродукција на две рамки на видео. Новите технологии за енергетска ефикасност ја оптимизираат потрошувачката за време на застојот и овозможуваат поголема ефикасност.
На пример, кога има пошироки компјутерски барања, како што е репродукција на видео, за процесорите е потребен поголем волумен на енергија, што потоа се намалува кога ќе се заврши задачата. Ненадејните промени предизвикуваат значителни флуктуации во напојувањето на чипот. Архитектите на микропроцесорите обично обезбедуваат вишок енергија за да се осигура дека процесорот работи на нормални параметри. Но, оваа практика е скапа во однос на енергијата. Брзото прилагодување на напонот за да ги задоволи сите потреби на апликацијата е можност да се елиминира изгубената моќност. Најновите процесори вклучуваат технологии кои ја намалуваат потрошувачката на енергија за 10-20%.
Покрај употребената архитектура и енергетски ефикасниот силикон, техниките за управување со енергијата можат дополнително да доведат до зголемена енергетска ефикасност. Пример е даден со многу фино следење и управување со моќноста, температурата и активноста на APU. Ова му овозможува на процесорот динамично да ја распределува енергијата според компјутерските потреби и со тоа да доведе до зголемување на перформансите.
На кратко, никој не може точно да каже кога или дали ќе заврши законот на Мур; сепак, несомнено е дека моќноста што ја користат уредите значително се зголеми. Во исто време, потрошувачката на енергија што ја сносат корисниците се зголемува и бројот на уреди на пазарот се зголемува. Овој проблем бара паметен пристап за надминување на физичките граници на намалувањето на транзисторите со цел дополнително зголемување на компјутерските перформанси. Во иднина, најголемиот дел од придобивките во енергетската ефикасност ќе произлезат од архитектурата, струјното коло и техниките за управување со потрошувачката.