การเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานคืออะไร?

การเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานเป็นความพยายามที่จะลดพลังงานที่ใช้โดยอุปกรณ์ดิจิตอลเช่นวงจรรวมโดยการปรับสมดุลพารามิเตอร์เช่นขนาดประสิทธิภาพและการกระจายความร้อนมันเป็นพื้นที่ที่สำคัญมากของการออกแบบส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์เนื่องจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพาจำนวนมากต้องการความสามารถในการประมวลผลสูงด้วยการใช้พลังงานต่ำส่วนประกอบจำเป็นต้องทำฟังก์ชั่นที่ซับซ้อน แต่ยังสร้างความร้อนและเสียงรบกวนน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ทั้งหมดบรรจุลงในพื้นที่ผิวที่เล็กมากพื้นที่ที่ได้รับการวิจัยอย่างเข้มข้นของการออกแบบดิจิทัลการเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานมีความสำคัญต่อความสำเร็จในเชิงพาณิชย์ของอุปกรณ์จำนวนมาก

ความคิดในการเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานในการออกแบบอิเล็กทรอนิกส์เริ่มได้รับความสนใจในช่วงปลายทศวรรษ 1980 ด้วยการใช้อุปกรณ์พกพาอย่างกว้างขวางอายุการใช้งานแบตเตอรี่ผลการทำความร้อนและข้อกำหนดการระบายความร้อนมีความสำคัญมากสำหรับเหตุผลด้านสิ่งแวดล้อมและเศรษฐกิจการติดตั้งส่วนประกอบที่ซับซ้อนมากขึ้นลงบนขนาดชิปขนาดเล็กกลายเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่าการผลิตอุปกรณ์ขนาดเล็กที่มีฟังก์ชั่นมากขึ้นอย่างไรก็ตามความร้อนที่เกิดจากการรวมองค์ประกอบมากมายกลายเป็นประเด็นสำคัญปัจจัยเช่นประสิทธิภาพของอุปกรณ์และความน่าเชื่อถือยังได้รับผลกระทบจากความร้อน

ในการปรับขนาดชิปลดขนาดตายและยังคงมีประสิทธิภาพสูงสุดในระดับอุณหภูมิที่ยอมรับได้ต้องใช้เวลาลงทุนในวิธีการเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานการเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานด้วยตนเองกลายเป็นไปไม่ได้ด้วยชิปที่มีอยู่เช่นวงจรรวมเพราะมีส่วนประกอบนับล้านโดยทั่วไปแล้วนักออกแบบบรรลุการเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานโดยการ จำกัด พลังงานที่สูญเปล่าซึ่งส่วนใหญ่เป็นการเก็งกำไรสถาปัตยกรรมและของเสียของโปรแกรมวิธีการทั้งหมดเหล่านี้พยายามลดการสูญเสียพลังงานจากระดับการออกแบบวงจรไปยังการดำเนินการและการใช้งาน

การสูญเสียของโปรแกรมเกิดขึ้นเมื่อไมโครโปรเซสเซอร์ระดับสูงดำเนินการคำสั่งที่ไม่จำเป็นการดำเนินการคำสั่งเหล่านี้ไม่ได้เปลี่ยนเนื้อหาของหน่วยความจำและการลงทะเบียนการกำจัดขยะของโปรแกรมหมายถึงการลดการดำเนินการตามคำแนะนำที่ตายแล้วและกำจัดร้านค้าเงียบ ๆการเก็งกำไรของเสียจะเกิดขึ้นเมื่อโปรเซสเซอร์ดึงข้อมูลและดำเนินการคำแนะนำนอกเหนือจากสาขาที่ไม่ได้รับการแก้ไขของเสียทางสถาปัตยกรรมเกิดขึ้นเมื่อโครงสร้างเช่นแคชตัวทำนายสาขาและคิวการเรียนการสอนมีขนาดใหญ่เกินไปหรือเล็กเกินไป

ส่วนใหญ่ออกแบบมาเพื่อเก็บปริมาณมากโครงสร้างสถาปัตยกรรมมักจะไม่ได้ใช้ความจุเต็มในทางกลับกันทำให้พวกเขามีขนาดเล็กลงยังเพิ่มการใช้พลังงานเนื่องจากการขาดหายไปมากขึ้นการเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานที่ประสบความสำเร็จต้องใช้วิธีการระดับระบบโดยเลือกส่วนประกอบที่ใช้พลังงานน้อยมากการผสมผสานที่เป็นไปได้ทั้งหมดของส่วนประกอบประเภทนี้สามารถสำรวจได้ในขั้นตอนการออกแบบการลดปริมาณกิจกรรมการสลับที่จำเป็นในวงจรยังช่วยให้มั่นใจได้ว่าการใช้พลังงานน้อยลง

บางวิธีอื่น ๆ ที่ใช้สำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพพลังงาน ได้แก่ นาฬิกา gating โหมดสลีปและการออกแบบตรรกะที่ดีขึ้นการปรับเปลี่ยนเส้นทางการปรับสมดุลและการเข้ารหัสสถานะเป็นวิธีตรรกะอื่น ๆ ที่สามารถ จำกัด การใช้พลังงานนักออกแบบไมโครโปรเซสเซอร์บางคนยังใช้รูปแบบพิเศษในการออกแบบไฟล์รหัสที่แทรกคุณสมบัติการควบคุมการประหยัดพลังงาน