Tối ưu hóa sức mạnh là gì?

Tối ưu hóa năng lượng là nỗ lực giảm sức mạnh được tiêu thụ bởi các thiết bị kỹ thuật số như mạch tích hợp bằng cách cân bằng các tham số như kích thước, hiệu suất và phân tán nhiệt.Đây là một lĩnh vực rất quan trọng của thiết kế thành phần điện tử vì nhiều thiết bị điện tử di động yêu cầu công suất xử lý cao với mức tiêu thụ điện năng thấp.Các thành phần cần thực hiện các chức năng phức tạp nhưng tạo ra ít nhiệt và nhiễu nhất có thể, tất cả được đóng gói trên một diện tích bề mặt rất nhỏ.Một lĩnh vực được nghiên cứu sâu sắc về thiết kế kỹ thuật số, tối ưu hóa năng lượng là rất quan trọng đối với sự thành công thương mại của nhiều thiết bị. Ý tưởng tối ưu hóa năng lượng trong thiết kế điện tử bắt đầu thu hút sự chú ý vào cuối những năm 1980 với việc sử dụng rộng rãi các thiết bị di động.Tuổi thọ pin, hiệu ứng sưởi ấm và yêu cầu làm mát trở nên rất quan trọng vì cả lý do môi trường và kinh tế.Phù hợp với các thành phần ngày càng phức tạp vào kích thước chip nhỏ hơn trở nên quan trọng để đảm bảo sản xuất các thiết bị nhỏ hơn có nhiều chức năng hơn.Nhiệt được tạo ra bởi bao gồm rất nhiều thành phần, tuy nhiên, đã trở thành một vấn đề lớn.Các yếu tố như hiệu suất và độ tin cậy của thiết bị cũng bị ảnh hưởng bởi nhiệt.Để chia tỷ lệ chip, giảm kích thước khuôn và vẫn có hiệu suất cao nhất ở mức nhiệt độ chấp nhận được đòi hỏi thời gian đầu tư vào các phương pháp tối ưu hóa năng lượng.Tối ưu hóa công suất thủ công trở thành không thể với các chip hiện có như các mạch tích hợp vì chúng chứa hàng triệu thành phần.Thông thường, các nhà thiết kế hoàn thành tối ưu hóa năng lượng bằng cách hạn chế năng lượng lãng phí, chủ yếu là đầu cơ, kiến trúc và chất thải chương trình.Tất cả các phương pháp này cố gắng giảm lãng phí năng lượng từ mức độ thiết kế mạch đến thực thi và ứng dụng.

Chất thải chương trình xảy ra khi bộ vi xử lý cao cấp thực thi các lệnh không cần thiết.Thực hiện các lệnh này không thay đổi nội dung của bộ nhớ và thanh ghi.Loại bỏ chất thải chương trình có nghĩa là giảm việc thực hiện các hướng dẫn chết và loại bỏ các cửa hàng im lặng.Chất thải đầu cơ xảy ra khi bộ xử lý tìm nạp và thực hiện các hướng dẫn vượt ra ngoài các nhánh chưa được giải quyết.Chất thải kiến trúc xảy ra khi các cấu trúc như bộ đệm, dự đoán nhánh và hàng đợi hướng dẫn quá lớn hoặc quá nhỏ. Chủ yếu được thiết kế để chứa một lượng lớn, các cấu trúc kiến trúc thường không được sử dụng hết khả năng của chúng.Ngược lại, làm cho chúng nhỏ hơn cũng làm tăng mức tiêu thụ năng lượng do nhiều lỗi chính tả hơn.Tối ưu hóa năng lượng thành công đòi hỏi phải sử dụng phương pháp tiếp cận cấp hệ thống bằng cách chọn các thành phần tiêu thụ rất ít năng lượng.Tất cả các kết hợp có thể có của các loại thành phần này có thể được khám phá trong giai đoạn thiết kế.Giảm lượng hoạt động chuyển đổi cần thiết trong mạch cũng đảm bảo mức tiêu thụ năng lượng ít hơn.Quan lại, cân bằng đường dẫn và mã hóa trạng thái là các phương pháp logic khác có thể hạn chế mức tiêu thụ điện năng.Một số nhà thiết kế vi xử lý cũng sử dụng các định dạng đặc biệt để mã hóa các tệp thiết kế chèn các tính năng điều khiển tiết kiệm điện.