Ускоряване на енергийната ефективност по-бързо, отколкото казва законът на Мур - Go4IT
Енергийната ефективност става все по-важна поради развитието на изчислителната мощ. С развитието на технологиите през последните 20 години и с ползите, които носи във всички области, отпечатъкът върху околната среда се увеличи поради консумираната енергия. Еволюцията на технологиите към изчислителни облаци, свързаност „винаги включена“ и завладяващи преживявания като виртуалната реалност изискват повишена производителност на обработката. Според статистиката компютрите и мобилните телефони ще консумират 14% от енергията, произведена на Tera до 2020 г.
Резултатът от всички тези фактори се отразява в силно привличане на пазара за технологии, които подобряват производителността на процесора, като същевременно намаляват консумацията на енергия. Енергийната ефективност се описва като баланс между подобряване на производителността и намаляване или поддържане на потреблението на енергия.
Нахлувайте в бъдещето
В исторически план подобряването на енергийната ефективност до голяма степен се е превърнало в страничен продукт от закона на Мур, който предвижда удвояване на броя транзистори, които могат да бъдат направени на чип на всеки две години. Като цяло, проектирането на множество транзистори на един чип, намалявайки техния физически размер, води до по-добра производителност и по-висока/по-висока енергийна ефективност.
Ползите от потреблението на енергия, произтичащи от закона на Мур, обаче стават все по-малки и вероятно ще повлияят на бъдещите открития. Стигнахме до ниво, при което миниатюризацията на транзисторите достигна границите на физиката. При тези условия остатъчният ток се превръща във все по-голямо предизвикателство за инженерите и в резултат на това повечето дизайнери на вериги започнаха да се чудят дали законът на Мур ще продължи с традиционни темпове.
Според IEEA (Международната агенция за енергийна ефективност) говорим за постоянно нарастване на процесорна мощност и енергийна ефективност с удвояване на броя на транзисторите. Напоследък този растеж видимо се забави и поради това дизайнерите на полупроводници ще трябва да допълнят това намаляване на ефективността чрез творчески мерки.
Поехме ангажимент да намалим консумацията на енергия на нашите продукти 25 пъти до 2020 г. Тази инициатива се нарича още 25 × 20 и ще промени напълно въздействието на технологиите върху икономиката и околната среда.
За да противодействаме на горните негативни ефекти от удвояването на броя на транзисторите, включени в процесора, успяхме да разработим нови архитектури и да интегрираме технологии за енергийна ефективност.
В продължение на десетилетия централният процесор (CPU) на компютъра е проектиран да изпълнява общи задачи за програмиране. Тези процесори се справят отлично при изпълнение на инструкции за серийно изчисляване - ако условието A е валидно, B се изпълнява, след това C и т.н. - и използвайте различни сложни техники и алгоритми за подобряване на скоростта. За разлика от тях, графичните процесори (GPU) са специализирани ускорители, които първоначално са проектирани да възпроизвеждат милиони пиксели едновременно на екран. GPU прави това, като извършва паралелни изчисления, използвайки относително проста архитектура. По този начин процесорите и видеокартите традиционно се интегрират отделно в персонални компютри, игрови конзоли, таблети, смартфони и наскоро в някои сървъри и суперкомпютри.
Днес CPU и GPU се интегрират все повече в едно цяло, известно в индустрията като ускорен процесор (APU).
Въпреки че е направена важна стъпка в правилната посока, предстои да се проучи много място, за да може да се комбинират двата хармонични и разнородни типа процесори, които могат да подобрят производителността и да минимизират консумацията на енергия. Това доведе до развиващ се индустриален стандарт, известен като архитектура на хетерогенни системи (HSA).
Целта на HSA е да позволи на двойката CPU-GPU да функционира безпроблемно в рамките на APU. Много задачи, като разпознаване на образци, се изпълняват много по-ефективно, когато GPU и CPU работят паралелно. Тази възможност е важна за много приложения като разпознаване на глас, сигурност на данните, медицинско изобразяване, последователно дешифриране на генома на ДНК, но също така и за приложения, фокусирани върху първични научни изследвания и извършвани с помощта на суперкомпютри. В допълнение, това практическо сливане на двата вида процесори може да доведе до драстично подобрение на производителността и енергийната ефективност.
Промяната на натоварването влияе и върху консумацията на енергия на процесорите. Повечето компютри работят с пълен капацитет само малка част от времето, най-често 1% от живота им.
Следователно през повечето време активността на процесора обикновено се характеризира с времето на празен ход - периодът между извършване на две команди или възпроизвеждане на два кадъра от видеоклип. Новите технологии за енергийна ефективност оптимизират потреблението по време на престой и позволяват по-висока ефективност.
Например, когато има по-широки изчислителни изисквания, като възпроизвеждане на видео, процесорите изискват по-голям обем енергия, който след това намалява, когато задачата е завършена. Внезапните промени причиняват значителни колебания в захранването на чипа. Микропроцесорните архитекти обикновено осигуряват излишна мощност, за да гарантират, че процесорът работи при нормални параметри. Но тази практика е скъпа по отношение на енергията. Бързото регулиране на напрежението, за да отговори на всички нужди на приложението, е възможност за премахване на загубената мощност. Най-новите процесори включват технологии, които намаляват консумацията на енергия с 10-20%.
В допълнение към използваната архитектура и енергийно ефективен силиций, техниките за управление на енергията могат допълнително да доведат до повишена енергийна ефективност. Пример е даден от много финото наблюдение и управление на мощността, температурата и активността на APU. Това позволява на процесора да разпределя динамично мощност според компютърните нужди и по този начин води до увеличаване на производителността.
Накратко, никой не може да каже точно кога и дали законът на Мур ще приключи; обаче няма съмнение, че мощността, използвана от устройствата, се е увеличила значително. В същото време консумираната от потребителите енергия се увеличава и броят на устройствата на пазара се увеличава. Този проблем изисква интелигентен подход за преодоляване на физическите граници на свиващите се транзистори с цел допълнително увеличаване на изчислителните характеристики. В бъдеще повечето печалби в енергийната ефективност ще бъдат резултат от архитектура, схеми и техники за управление на потреблението.