動態時鐘頻率調整
編輯動態時鐘頻率調整(也稱為 CPU throttling)是計算機體系結構中的一種電源管理技術,可以根據實際需要自動調整微處理器的頻率,以節省電力并減少微處理器產生的熱量 芯片。 動態時鐘頻調整有助于保護移動設備的電池電量并降低冷卻成本和安靜計算設置的噪音,或者可用作過熱系統的安全措施(例如超頻不佳后)。
動態時鐘頻率調整幾乎總是與動態電壓縮放一起出現,因為更高的頻率需要更高的數字電路電源電壓才能產生正確的結果。 組合主題稱為動態電壓和頻率縮放 (DVFS)。
處理器節流也稱為自動降頻。 自動超頻(提升)在技術上也是動態頻率縮放的一種形式,但它相對較新,通常不與節流一起討論。
操作
編輯芯片消耗的動態功率(開關功率)為 C·V2·A·f,其中 C 是每個時鐘周期開關的電容,V 是電壓,A 是活動因子,表示每個時鐘周期的平均開關事件數 由芯片中的晶體管(作為無單位量)和 f 是時鐘頻率。
因此,電壓是用電量和發熱的主要決定因素。 穩定運行所需的電壓由電路計時的頻率決定,如果頻率也降低,則可以降低電壓。 然而,僅動態功耗并不能說明芯片的總功耗,因為還有靜態功耗,這主要是由于各種漏電流造成的。 由于靜態功耗和漸近執行時間,已經表明軟件的能量消耗表現出凸能量行為,即存在能量消耗最小化的最佳 CPU 頻率。泄漏電流隨著晶體管尺寸的增加而變得越來越重要 變得更小,閾值電壓電平降低。 十年前,動態功耗約占芯片總功耗的三分之二。 現代 CPU 和 SoC 中漏電流導致的功率損耗往往占總功耗的主導地位。 在控制泄漏功率的嘗試中,高 k 金屬柵極和功率門控已成為常用方法。
動態電壓縮放是另一種相關的節電技術,通常與頻率縮放結合使用,因為芯片可能運行的頻率與工作電壓有關。
某些電氣元件(例如穩壓器)的效率會隨著溫度升高而降低,因此功率使用可能會隨著溫度升高而增加。 由于增加功率使用可能會增加溫度,因此電壓或頻率的增加可能會比 CMOS 公式指示的更進一步增加系統功率需求,反之亦然。
性能影響
編輯動態時鐘頻率調整減少了處理器在給定時間內可以發出的指令數量,從而降低了性能。 因此,它通常在工作負載不受 CPU 限制時使用。
僅靠動態時鐘頻率調整作為一種節省開關電源的方法是不值得的。 由于 V2 組件以及現代 CPU 針對低功耗空閑狀態進行了強烈優化,因此盡可能節省電量也需要動態電壓縮放。 在大多數恒定電壓的情況下,以峰值速度短暫運行并長時間保持深度空閑狀態(稱為競速空閑或計算沖刺)比長時間以降低的時鐘頻率運行效率更高 時間,只短暫停留在輕度空閑狀態。 然而,降低電壓和時鐘速率可以改變這些權衡。
一種相關但相反的技術是超頻,通過使處理器的(動態)頻率超過制造商的設計規格來提高處理器性能。
兩者之間的一個主要區別是,在現代 PC 系統中,超頻主要是通過前端總線完成的(主要是因為倍頻器通常是鎖定的),而動態頻率縮放是通過倍頻器完成的。
此外,超頻通常是靜態的,而動態頻率縮放總是動態的。 如果允許芯片退化風險,軟件通常可以將超頻頻率納入頻率縮放算法。
跨供應商支持
編輯英特爾
英特爾的 CPU 節流技術 SpeedStep 用于其移動和臺式機 CPU 產品線。
超微
AMD 采用兩種不同的 CPU 節流技術。 AMD 的 Cool'n'Quiet 技術用于其臺式機和服務器處理器系列。 Cool'n'Quiet 的目的不是為了延長電池壽命,因為它沒有用于 AMD 的移動處理器系列,而是為了產生更少的熱量。
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