Neden çalışan işlemciler daha fazla elektrik gücü kullanıyor?

Kodlamaya başladığımın ilk zamanlarında, en azından bildiğim kadarıyla, işlemcilerin hepsi sabit miktarda güç kullandı. İşlemcinin "boşta" olması diye bir şey yoktu.

Bu günlerde, işlemci çok meşgul olmadığında, çoğunlukla saat hızını dinamik olarak azaltarak güç kullanımını azaltmak için her türlü teknoloji var.

Benim sorum daha düşük bir saat hızında koşmak neden daha az güç kullanıyor?

Bir işlemcinin zihinsel resmim, ikili 1'i temsil eden bir referans voltajı (5V diyelim) ve 0'ı temsil eden 0V'dir. Bu nedenle, tüm çip boyunca sabit bir 5V uygulandığını ve çeşitli mantık kapılarının bu voltajı ayırdığını düşünüyorum. "kapalı" olduğunda, sabit miktarda güç kullanıldığı anlamına gelir. Bu kapıların açılıp kapatılma hızının kullanılan güçle hiçbir ilişkisi yoktur.

Bunun umutsuzca naif bir resim olduğuna şüphe yok, ama elektrik mühendisi değilim. Birisi gerçekte neler olup bittiğini ve güçten nasıl tasarruf ettiğini açıklayabilir. Bir işlemcinin duruma bağlı olarak daha fazla veya daha az güç kullanmasının başka yolları var mı? Örneğin daha fazla kapı açıksa daha fazla güç kullanıyor mu?

Mobil / düşük güçlü işlemciler masaüstü kuzenlerinden nasıl farklıdır? Sadece daha mı basit (daha az transistör?) Veya başka bir temel tasarım farkı var mı?

Bu kapıların açılıp kapatılma hızının kullanılan güçle hiçbir ilişkisi yoktur.

Burada yanılıyorsunuz. Temel olarak, her kapı inanılmaz derecede küçük bir kapasitansa sahip bir kapasitördür. Gerilimi "bağlayarak" ve "bağlantısını keserek" açıp kapatmak, inanılmaz derecede küçük bir elektrik yükünü kapıya girer veya çıkarır - bu farklı davranmasını sağlar.

Ve hareketli bir elektrik yükü, güç kullanan bir akımdır. Milyarlarca kapının saniyede milyarlarca kez değiştirildiği tüm bu küçük akımlar biraz toplanır.

SK-logic'in yorumu işaret ettiğinden, çoğu güç gerçekten sabit bir durumdan ziyade flip-flop değiştirmeye harcanmaktadır.

Dinamik olarak azaltmak için IIRC yapabileceğiniz iki ana şey vardır.

1. eğer bir çipin tüm alanları saatlenmiyorsa, bu alanların gücünü tamamen kapatabilirsiniz

2. Saat ağacının kendisi, büyük ölçüde bir sistemin en hızlı anahtarlama parçası olduğu için sistemdeki en büyük güç drenajlarından biridir. Bu yüzden saat ağacının kendisinin gücünü azaltmak önemlidir.

Elektronik devre tarafından tüketilen gücün iki bileşeni vardır:

• frekans sabitinden az çok bağımsız olan ve teknolojiye ve çalışma voltajına bağlı olan sızıntı;
• frekansa bağlı anahtarlama gücü (çeşitli kapasitansların, transistörlerin ve tellerin yüklenmesi ve boşaltılması nedeniyle)

Tüketimi azaltmak için işlemci tasarımcıları çeşitli teknikler kullanır:

• yüke bağlı olarak frekansın değiştirilmesi (bu sadece anahtarlama gücüne etki eder)
• gerekmediklerinde devrelerin parçalarının gücünü azaltmak veya hatta kapatmak

Bu teknikler, yükünüze bağlı olarak, güç tüketimi POV'sinden, frekansı azaltarak veya tam hızda bir "sprint" yaparak ve daha sonra devrelerin bir alt kümesini keserek daha iyi olabilirsiniz.

Daha düşük bir saat hızında çalıştırmak, sabit bir görevi gerçekleştirmek için gereken enerjiyi etkilemez. Sızıntıyı hesaba katarsanız ve tamamen kapatabiliyorsanız, gerekli enerjiyi bile artırabilir.

Daha düşük saat hızının enerji tasarrufu sağladığı yerde da işletme gerilimi azaltmak mümkün. Voltajı düşürmek genellikle daha uzun süre aktif kalması gerektiğini telafi etmek için yeterli güç tasarrufu sağlar.