動態電壓調節
編輯動態電壓調節節是計算機體系結構中的一種電源管理技術,其中組件中使用的電壓會根據情況增加或減少。 增加電壓的動態電壓調節稱為過電壓; 動態電壓縮放以降低電壓被稱為欠壓。 降壓是為了節省電力,特別是在筆記本電腦和其他移動設備中,這些設備的能量來自電池,因此是有限的,或者在極少數情況下,以提高可靠性。 過壓是為了支持更高的頻率以提高性能。
術語過壓也用于指增加計算機組件的靜態工作電壓以允許以更高的速度運行(超頻)。
背景
編輯基于 MOSFET 的數字電路使用電路節點處的電壓來表示邏輯狀態。 這些節點的電壓在正常操作期間在高壓和低壓之間切換——當邏輯門的輸入轉換時,構成該門的晶體管可能會切換門的輸出。
電路中的每個節點都有一定量的電容。 電容可以被認為是給定電流產生給定電壓變化所需時間的量度。 電容有多種來源,主要是晶體管(主要是柵極電容和擴散電容)和導線(耦合電容)。 切換電路節點處的電壓需要對該節點處的電容進行充電或放電; 由于電流與電壓有關,因此所需時間取決于所施加的電壓。 通過向電路中的器件施加更高的電壓,電容可以更快地充電和放電,從而加快電路的運行速度并允許更高的頻率運行。
方法
編輯許多現代組件允許通過軟件(例如,通過 BIOS)控制電壓調節。 通常可以通過 PC 的 BIOS 控制提供給 CPU、RAM、PCI 和 PCI Express(或 AGP)端口的電壓。
然而,一些組件不允許對電源電壓進行軟件控制,并且超頻者需要對硬件進行修改以對組件進行過壓以實現極端超頻。 視頻卡和主板北橋是經常需要修改硬件以改變電源電壓的組件。 這些修改在超頻社區中稱為電壓修改或 Vmod。
欠壓
編輯欠壓是降低組件(通常是處理器)的電壓,降低溫度和冷卻要求,并可能允許省略風扇。 就像超頻一樣,降壓高度受制于所謂的硅xxx:一個 CPU 的降壓性能可能比另一個略好,反之亦然。
電源
編輯使用靜態 CMOS 門的芯片消耗的開關功率為 C ? V 2 ? f {\displaystyle C\cdot V{2}\cdot f} ,其中 C 是每個時鐘周期開關的電容,V 是 電源電壓,f是開關頻率,因此這部分功耗隨電壓呈二次方下降。 然而這個公式并不準確,因為許多現代芯片并不是使用 xxx CMOS 實現的,而是使用特殊的存儲電路、多米諾邏輯等動態邏輯等。此外,還有一個靜態漏電流,它變得越來越多 隨著特征尺寸變得更小(低于 90 納米)和閾值水平更低,這一點更加突出。
因此,動態電壓縮放被廣泛用作管理電池供電設備(例如手機和筆記本電腦)中開關功耗的策略的一部分。 低電壓模式與較低的時鐘頻率結合使用,以xxx限度地減少與 CPU 和 DSP 等組件相關的功耗; 只有當需要大量的計算能力時,才會提高電壓和頻率。
一些xxx設備還支持低電壓操作模式。 例如,低功率 MMC 卡和 SD 卡可以在 1.8 V 和 3.3 V 下運行,驅動程序堆棧可以在檢測到支持它的卡后切換到較低電壓來節省電力。
當泄漏電流是功耗方面的一個重要因素時,芯片通常會設計成部分芯片可以完全斷電。 這通常不被視為動態電壓縮放,因為它對軟件不透明。 當部分芯片可以關閉時,例如在 TI OMAP3 處理器上,驅動程序和其他支持軟件需要支持。
程序執行速度
編輯數字電路切換狀態的速度——即從低電平 (VSS) 變為高電平 (VDD) 或相反——與該電路中的電壓差成正比。 降低電壓意味著電路切換速度變慢,從而降低該電路可以運行的xxx頻率。 反過來,這會降低可以發出程序指令的速率,這可能會增加運行時間。
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