Процессоры нового поколения умеют дремать вполглаза

В современных компьютерных процессорах большая часть питающей систему электроэнергии тратится впустую. Решая эту проблему, команда исследователей из Университета Кейс Вестерн Резерв (Case Western Reserve University, Кливленд, штат Огайо) нашла новый способ экономии энергии и денег, бьющий одновременно по двум целям: сокращению потребления электроэнергии и уменьшению количества сбросного тепла. Предложенный ими метод получил название «мелкоструктурного регулирования мощности» (fine-grained power gating).

«Чем меньше энергопотребление, тем меньше выделяется тепла. Чем незначительнее излишек тепла, тем ниже потребность в охлаждении», – говорит автор исследования, Профессор электротехники и компьютерных наук Сваруп Бхуниа (Swarup Bhunia). – «Это позволит избежать использования большого вентилятора для охлаждения процессора, а значит – сэкономить немалую сумму денег».

Процессоры используются в большинстве современных электронных устройств – от компьютеров до мобильных телефонов. Использование нового метода позволяет снизить их эксплуатационные затраты более чем на треть.

Профессор Бхуниа, докторант Лей Ванг (Lei Wang) и выпускник докторантуры Сомнат Паул (Somnath Paul) представили свою разработку на 35й Международной конференции по проектированию сверхбольших интегральных схем. Их работа была признана лучшей среди всех материалов конференции, состоявшейся в Хайдарабаде (Индия, Пакистан) 7-11го января этого года. К слову, спонсором получившего высшую награду исследования выступала корпорация Intel.

Бхуниа пояснил, что среди всех компонентов процессора электроэнергию потребляют два – информационный канал и память. Информационный канал выполняет функцию расчетов и управления данными, которые хранятся в памяти. Пустые затраты энергии при этом неминуемы – вычисления редко используют все возможности процессора, и в то же время он продолжает потреблять столько же электричества, как при максимальной нагрузке. К примеру, функция сложения может не выполняться процессором в данный конкретный момент времени, но отвечающий за нее блок будет питаться по-прежнему.

Попытки решить вопрос рассеивания мощности процессора предпринимались не раз. В качестве одного из вариантов предлагалось введение грубой фильтрации (coarse gating), отключающей временно ненужный (не использующийся) блок процессора. В приведенном примере, если сложение не производится, соответствующий блок отсекался бы грубой фильтрацией и просто выключался. Проблема, казалось бы, удачного решения в том, что какая-то часть каждого компонента процессора используется практически всегда. Достаточно сложно найти в нем блок, который в данный момент оказался бы целиком и полностью ненужным.

Особенность разработки команды Университета Case Western Reserve заключалась в том, что она позволяет отключать лишь отдельные части временно неиспользуемых блоков процессора. Хотя блок, отвечающий за сложение, рассчитан, в том числе, на обработку очень больших чисел, ему редко приходится и впрямь их складывать. Таким образом, даже если процессор постоянно использует этот блок, та его часть, что необходима для сложения больших чисел, большую часть времени может оставаться выключенной.

То же происходит и с памятью. Процессору совершенно необходимо иметь возможность хранить большие цифровые значения, но потребность в этом возникает не так уж часто.

Все вышесказанное может показаться простым и незначительным, но в сумме дает многое. Исследователи подсчитали, что экономия энергии от задействования «фильтрующего» процесса в высокоэффективной системе вроде настольного компьютера составляет около 40%.

Мелкоструктурное регулирование не может применяться в существующих процессорах, однако может быть взято на вооружение при создании устройств нового поколения. Выиграют от этого не только корпорации, но и мы с вами - так, батарея смартфона, державшая заряд восемь часов, теперь продержится одиннадцать. А минуты, как мы знаем, иногда решают многое.

По материалам: blog.case.edu

• < Сканер от Toshiba узнает овощи и фрукты без штрихкодов
• Будущее за Blu-ray-дисками, сделанными из бумаги! >

Комментарии: