Τι είναι η βελτιστοποίηση ισχύος;

Η βελτιστοποίηση ισχύος είναι η προσπάθεια να μειωθεί η ισχύς που καταναλώνεται από ψηφιακές συσκευές, όπως ολοκληρωμένα κυκλώματα, εξισορροπώντας τις παραμέτρους όπως το μέγεθος, η απόδοση και η διάχυση της θερμότητας.Πρόκειται για μια πολύ κρίσιμη περιοχή σχεδιασμού ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, επειδή πολλές φορητές ηλεκτρονικές συσκευές απαιτούν υψηλή ικανότητα επεξεργασίας με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας.Τα εξαρτήματα πρέπει να εκτελούν σύνθετες λειτουργίες, αλλά παράγουν όσο το δυνατόν λιγότερη θερμότητα και θόρυβο, όλα συσκευασμένα σε μια πολύ μικρή επιφάνεια.Ένας εντατικά ερευνημένος τομέας ψηφιακού σχεδιασμού, η βελτιστοποίηση ισχύος είναι ζωτικής σημασίας για την εμπορική επιτυχία πολλών συσκευών.

Η ιδέα της βελτιστοποίησης της ισχύος στον ηλεκτρονικό σχεδιασμό άρχισε να κερδίζει την προσοχή στα τέλη της δεκαετίας του 1980 με την ευρεία χρήση φορητών συσκευών.Η διάρκεια ζωής της μπαταρίας, οι επιδράσεις θέρμανσης και οι απαιτήσεις ψύξης έγιναν πολύ σημαντικές τόσο για περιβαλλοντικούς όσο και για οικονομικούς λόγους.Η τοποθέτηση όλο και πιο σύνθετων εξαρτημάτων σε μικρότερα μεγέθη τσιπ έγινε ζωτικής σημασίας για να εξασφαλιστεί η παραγωγή μικρότερων συσκευών με μεγαλύτερη λειτουργικότητα.Ωστόσο, η θερμότητα που παράγεται με τόσες πολλές συνιστώσες έγινε ένα σημαντικό ζήτημα.Παράγοντες όπως η απόδοση και η αξιοπιστία της συσκευής επηρεάζονται επίσης από τη θερμότητα.

Για την κλίμακα τσιπ, μειώνοντας το μέγεθος της μήτρας και εξακολουθεί να έχει μέγιστη απόδοση σε αποδεκτά επίπεδα θερμοκρασίας απαιτεί χρόνο επένδυσης σε μεθοδολογίες βελτιστοποίησης ισχύος.Η χειροκίνητη βελτιστοποίηση της ισχύος καθίσταται αδύνατη με υπάρχοντα τσιπ όπως ενσωματωμένα κυκλώματα επειδή περιέχουν εκατομμύρια εξαρτήματα.Συνήθως, οι σχεδιαστές επιτυγχάνουν τη βελτιστοποίηση της ενέργειας περιορίζοντας τη σπατάλη ενέργειας, η οποία είναι ως επί το πλείστον κερδοσκοπία, αρχιτεκτονική και απόβλητα προγραμμάτων.Όλες αυτές οι μέθοδοι προσπαθούν να μειώσουν τη σπατάλη ενέργειας από το επίπεδο σχεδιασμού κυκλώματος έως την εκτέλεση και την εφαρμογή.Η εκτέλεση αυτών των εντολών δεν αλλάζει τα περιεχόμενα της μνήμης και των καταχωρητών.Η εξάλειψη των αποβλήτων του προγράμματος σημαίνει τη μείωση της εκτέλεσης των νεκρών οδηγιών και την απαλλαγή από τα σιωπηλά καταστήματα.Τα απόβλητα κερδοσκοπίας συμβαίνουν όταν ο επεξεργαστής συγκεντρώνει και εκτελεί οδηγίες πέρα από τους ανεπίλυτους κλάδους.Τα αρχιτεκτονικά απόβλητα συμβαίνουν όταν δομές όπως οι κρυφές μνήμες, οι προγνωστικοί παράγοντες υποκαταστημάτων και οι ουρές διδασκαλίας είναι πολύ μεγάλες ή πολύ μικρές.Αντίθετα, η καθιστώντας τα μικρότερα αυξάνει επίσης την κατανάλωση ενέργειας λόγω της περισσότερης αποπροσανατολισμού.Η επιτυχημένη βελτιστοποίηση ισχύος απαιτεί τη χρήση μιας προσέγγισης επιπέδου συστήματος επιλέγοντας εξαρτήματα που καταναλώνουν πολύ λίγη ισχύ.Όλοι οι πιθανοί συνδυασμοί αυτών των τύπων εξαρτημάτων μπορούν να διερευνηθούν στη φάση σχεδιασμού.Η μείωση της ποσότητας της δραστηριότητας μεταγωγής που απαιτείται στο κυκλώματα εξασφαλίζει επίσης λιγότερη κατανάλωση ενέργειας.

Ορισμένες από τις άλλες προσεγγίσεις που χρησιμοποιούνται για τη βελτιστοποίηση της ισχύος περιλαμβάνουν το ρολόι, τις λειτουργίες ύπνου και τον καλύτερο σχεδιασμό λογικής.Η αποκατάσταση, η εξισορρόπηση της διαδρομής και η κωδικοποίηση του κράτους είναι άλλες λογικές μεθόδους που μπορούν να περιορίσουν την κατανάλωση ενέργειας.Ορισμένοι σχεδιαστές μικροεπεξεργαστών χρησιμοποιούν επίσης ειδικές μορφές για να κωδικοποιήσουν αρχεία σχεδιασμού που εισάγουν χαρακτηριστικά εξοικονόμησης ενέργειας.