اتلاف توان سی‌پی‌یو

اتلاف توان پردازنده یا اتلاف توان واحد پردازش مرکزی فرایندی است که در آن واحد پردازش مرکزی (CPU) انرژی الکتریکی مصرف می‌کنند و به دلیل مقاومت در مدارهای الکترونیکی این انرژی را به صورت گرما تلف می‌کند.

مدیریت توان

طراحی سی‌پی‌یوهایی که وظایف خود را بدون فراگرمایش به‌صورت کارا انجام می‌دهند، اکثراً تاکنون مورد توجه تقریباً همه تولیدکنندگان سی‌پی‌یو است. برخی از پیاده‌سازی‌های سی‌پی‌یو از توان بسیار کمی استفاده می‌کنند. به عنوان مثال، سی‌پی‌یوها در تلفن‌های همراه اغلب فقط از چند وات توان استفاده می‌کنند،^[۱] در حالی که برخی از ریزکنترل‌گرهای مورد استفاده در سامانه نهفته ممکن است فقط چند میلی وات یا حتی به اندازه اندک میکرو وات مصرف کنند. در مقایسه، پردازنده‌های در رایانه‌های شخصی با مقاصد عمومی، مانند رایانه رومیزی و لپ‌تاپ، به دلیل پیچیدگی و سرعت بالاتر، قدرت بیشتری را تلف می‌کنند. این پردازنده‌های ریزالکترونیکی ممکن است به ترتیب ده‌ها وات یا حتی صدها وات انرژی مصرف کنند. از نظر تاریخی، سی‌پی‌یوهای اولیه با لامپ‌های خلأ پیاده‌سازی شده‌اند، در مرتبه‌ای بیش از کیلووات انرژی مصرف می‌کنند.

سی‌پی‌یو برای رایانه‌های رومیزی معمولاً از بخش قابل توجهی از توان مصرف شده توسط رایانه را استفاده می‌کنند. سایر استفاده عمده شامل کارت‌های گرافیک سریع، که شامل واحدهای پردازش گرافیکی،^[۲] و منبع تغذیه هستند.

دلایل مهندسی برای این الگوی وجود دارد.

برای یک قطعه داده‌شده، کار با نرخ ساعت بالاتر ممکن است نیاز به توان بیشتری داشته باشد. کاهش نرخ ساعت یا زیرولتاژسازی معمولاً باعث کاهش مصرف انرژی می‌شود. همچنین می‌توان در حالی که نرخ کلاک یکسان است، ریزپردازنده را در زیرولتاژ قرار داد.^[۳]
ویژگی‌های جدید به‌طور کلی به ترانزیستورهای بیشتری احتیاج دارند، که هر کدام از آن‌ها توان مصرف می‌کنند. خاموش کردن ناحیه‌های استفاده نشده موجب صرفه‌جویی در انرژی می‌شود، از جمله در هنگام قطع‌متناوب ساعت.
به‌صورت طراحی هدفمند مدل پردازنده، ترانزیستورهای کوچک‌تر، ساختارهای ولتاژپایین‌تر و خِبرگی طراحی ممکن است باعث کاهش مصرف انرژی شود.

تولیدکنندگان پردازنده معمولاً دو عدد مصرف توان را برای یک سی‌پی‌یو نمایش می‌دهند:

توان گرمایی نوعی، که تحت بار عادی اندازه‌گیری می‌شود. (به عنوان مثال، میانگین توان سی‌پی‌یو ای‌ام‌دی)
توان گرمایی بیشینه، که تحت بدترین حالت بار اندازه‌گیری می‌شود

منابع

چندین عامل در مصرف توان سی‌پی‌یو وجود دارد. آن‌ها شامل مصرف توان پویا، مصرف توان اتصال کوتاه و اتلاف توان به دلیل جریان‌های نشتی ترانزیستور هستند:

$P_{cpu}=P_{dyn}+P_{sc}+P_{leak}$

مصرف توان پویا از فعالیت دروازه‌های منطقی در داخل یک سی‌پی‌یو سرچشمه می‌گیرد. هنگامی که دروازه‌های منطقی در حال تغییر وضعیت هستند، انرژی به‌صورت شارژ و دشارژ خازنها داخلی آن‌ها، جریان می‌یابد. توان پویای مصرف شده توسط یک سی‌پی‌یو تقریباً با فرکانس سی‌پی‌یو و مربع ولتاژ سی‌پی‌یو متناسب است:^[۴]

P_{dyn}=CV^{2}f

در این‌جا $C$ بار خازنی کلیدزنی است، $f$ فرکانس است و $V$ ولتاژ است.^[۵]

جستارهای وابسته

منابع

↑ Zhang, Yifan; Liu, Yunxin; Zhuang, Li; Liu, Xuanzhe; Zhao, Feng; Li, Qun. Accurate CPU Power Modeling for Multicore Smartphones (Report). Microsoft Research. MSR-TR-2015-9.
↑ Mittal, Sparsh; Vetter, Jeffrey S. (2014). "A Survey of Methods for Analyzing and Improving GPU Energy Efficiency". ACM Computing Surveys. 47 (2): 1–23. arXiv:1404.4629. doi:10.1145/2636342.
↑ Cutress, Ian (2012-04-23). "Undervolting and Overclocking on Ivy Bridge". anandtech.com.
↑ "Enhanced Intel SpeedStep Technology for the Intel Pentium M Processor (White Paper)" (PDF). Intel Corporation. March 2004. Archived from the original (PDF) on 2015-08-12. Retrieved 2013-12-21.
↑ Jan M. Rabaey; Massoud Pedram; editors. "Low Power Design Methodologies". 2012. p. 133.

برای مطالعهٔ بیشتر

Weik, Martin H. (1955). "A Survey of Domestic Electronic Digital Computing Systems". United States Department of Commerce Office of Technical Services. Archived from the original on 2006-01-09. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (help)
http://developer.intel.com/design/itanium2/documentation.htm#datasheets
http://www.intel.com/pressroom/kits/quickreffam.htm
http://www.intel.com/design/mobile/datashts/24297301.pdf
http://www.intel.com/design/intarch/prodbref/27331106.pdf
http://www.via.com.tw/fa/products/processors/c7-d/ بایگانی‌شده در ۱۰ سپتامبر ۲۰۱۵ توسط Wayback Machine
https://web.archive.org/web/20090216190358/http://mbsg.intel.com/mbsg/glossary.aspx
http://download.intel.com/design/Xeon/datashts/25213506.pdf
http://www.intel.com/Assets/en_US/PDF/datasheet/313079.pdf ، صفحهٔ ۱۲
http://support.amd.com/us/Processor_TechDocs/43374.pdf ، صفحات ۱۰ و ۸۰.

پیوند به بیرون

مرجع سی‌پی‌یو برای کلیه فروشندگان. گره پردازش، اندازه دای، سرعت، توان، مجموعه دستورالعمل و غیره
مشخصات برقی پردازنده
SizingLounge بایگانی‌شده در ۱۴ فوریه ۲۰۱۵ توسط Wayback Machine ابزار محاسبه آنلاین برای هزینه‌های انرژی سرور
برای مشخصات مربوط به پردازنده‌های اینتل
ساخت x86 راه‌اندازی سرد، ۲۰۰۱-۰۴-۱۵، توسط پل دی‌مون

[1] Zhang, Yifan; Liu, Yunxin; Zhuang, Li; Liu, Xuanzhe; Zhao, Feng; Li, Qun. Accurate CPU Power Modeling for Multicore Smartphones (Report). Microsoft Research. MSR-TR-2015-9.

[2] Mittal, Sparsh; Vetter, Jeffrey S. (2014). "A Survey of Methods for Analyzing and Improving GPU Energy Efficiency". ACM Computing Surveys. 47 (2): 1–23. arXiv:1404.4629. doi:10.1145/2636342.

[3] Cutress, Ian (2012-04-23). "Undervolting and Overclocking on Ivy Bridge". anandtech.com.

[4] "Enhanced Intel SpeedStep Technology for the Intel Pentium M Processor (White Paper)" (PDF). Intel Corporation. March 2004. Archived from the original (PDF) on 2015-08-12. Retrieved 2013-12-21.

[5] Jan M. Rabaey; Massoud Pedram; editors. "Low Power Design Methodologies". 2012. p. 133.

[۱]

[۲]

[۳]

[۴]

[۵]