Cos'è l'ottimizzazione del potere?

L'ottimizzazione della potenza è il tentativo di ridurre la potenza consumata da dispositivi digitali come i circuiti integrati bilanciando parametri come dimensioni, prestazioni e dissipazione del calore.È un'area molto critica di progettazione dei componenti elettronici perché molti dispositivi elettronici portatili richiedono un'elevata capacità di elaborazione con un basso consumo di energia.I componenti devono eseguire funzioni complesse ma generano il minor calore e rumore possibile, tutti confezionati su una superficie molto piccola.Un'area intensamente studiata della progettazione digitale, l'ottimizzazione dell'energia è vitale per il successo commerciale di molti dispositivi.

L'idea di ottimizzare l'energia nella progettazione elettronica ha iniziato a attirare l'attenzione alla fine degli anni '80 con l'uso diffuso di dispositivi portatili.La durata della batteria, gli effetti di riscaldamento e i requisiti di raffreddamento sono diventati molto importanti sia per motivi ambientali che economici.Adattare componenti sempre più complessi su dimensioni di chip più piccole è diventato vitale per garantire la produzione di dispositivi più piccoli con più funzionalità.Il calore generato includendo così tanti componenti, tuttavia, è diventato un grosso problema.Fattori come le prestazioni del dispositivo e l'affidabilità sono anche influenzati dal calore.

Per ridimensionare i chip, ridurre le dimensioni del dado e avere ancora prestazioni di picco a livelli di temperatura accettabili richiede tempo di investimento nelle metodologie di ottimizzazione della potenza.L'ottimizzazione manuale dell'alimentazione diventa impossibile con i chip esistenti come i circuiti integrati perché contengono milioni di componenti.In genere, i progettisti realizzano l'ottimizzazione del potere limitando l'energia sprecata, che è principalmente speculazione, architettura e rifiuti di programma.Tutti questi metodi tentano di ridurre lo spreco energetico dal livello di progettazione del circuito a esecuzione e applicazione.

I rifiuti del programma si verificano quando un microprocessore di fascia alta esegue comandi non necessari.L'esecuzione di questi comandi non modifica il contenuto della memoria e dei registri.L'eliminazione dei rifiuti del programma significa ridurre l'esecuzione di istruzioni morte e sbarazzarsi dei negozi silenziosi.I rifiuti di speculazione si verificano quando il processore recupera ed esegue istruzioni oltre i rami irrisolti.I rifiuti architettonici si verificano quando strutture come cache, predittori di filiali e code di istruzioni sono troppo grandi o troppo piccole.

Per lo più progettati per contenere grandi quantità, strutture architettoniche di solito non sono abituate alla loro piena capacità.Al contrario, renderli più piccoli aumenta anche il consumo di energia a causa di una maggiore errata specifica.L'ottimizzazione di potenza di successo richiede utilizzando un approccio a livello di sistema selezionando componenti che consumano pochissima potenza.Tutte le possibili combinazioni di questi tipi di componenti possono essere esplorate nella fase di progettazione.Ridurre la quantità di attività di commutazione necessaria nel circuito garantisce anche un minor consumo di energia.

Alcuni degli altri approcci utilizzati per l'ottimizzazione della potenza includono il gate dell'orologio, le modalità di sonno e una migliore progettazione logica.Il retiming, il bilanciamento del percorso e la codifica dello stato sono altri metodi logici che possono limitare il consumo di energia.Alcuni progettisti di microprocessore utilizzano anche formati speciali per i file di progettazione del codice che inseriscono funzionalità di controllo del risparmio di potenza.