效率度量指標的未來發(fā)展
很多時候,一個具有較好功率值的設備表面看來會比另外一個更好,但設計人員經(jīng)常忽略了選擇較好功率值的代價,而這些代價初期并不明顯。將能效/功率指標標準化可有效地解決這些問題,而隨著工程師更看重如何降低系統(tǒng)的功耗,將度量指標標準化也顯得越來越重要。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/97919.htm例如,當您的競爭對手拿您的最高端及最高性能的產(chǎn)品跟他最低端的產(chǎn)品進行比較,他們的產(chǎn)品當然是功耗更低。所以能效的標準度量是很重要的,尤其對于復雜的功能而言。
宏觀層面
讓我們先從宏觀的角度觀察和考量一個典型的系統(tǒng)的度量指標。數(shù)據(jù)處理中心內(nèi)的設備按照指定的規(guī)則將一個個位的數(shù)據(jù)從一個連接運送到另一個連接,這些規(guī)則可以是目的地的地址、優(yōu)先次序、安全保護等等。這些系統(tǒng)的性能一般都經(jīng)過調(diào)校,從而不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)包丟失及瓶頸的問題。然而,隨著全球通信基建設備不斷地發(fā)展壯大,尤其在網(wǎng)絡上傳送視頻,這些數(shù)據(jù)處理中心對電力的需求正急劇增長。
因此,很多制造商希望能想出降低整體能耗的方法??墒?,問題在于應該如何去公平地衡量功率。如果您只簡單地使用一個瓦特表去衡量功率,您得到的結(jié)果只是設備在那一瞬間的功率大小,它不能告訴您任何關于系統(tǒng)整體運作的情況。在我們的舉例中,系統(tǒng)可能正在每秒運送成千上萬個數(shù)據(jù)包,抑或已與網(wǎng)絡中斷通信。單純的功率指標就像是說“我汽車的引擎每小時消耗5加侖的汽油”,但它沒有告訴您引擎的性能是什么樣。在這個宏觀的指標中,電力是唯一被度量的因素。
在比較系統(tǒng)的時候,更有效的方法是首先考量系統(tǒng)的功能。舉例來說,該設備的運行是將數(shù)據(jù)包從一個連接運送到另一個連接。因此,度量設備的性能應以它的傳輸能力作為準則,也就是設備每秒可靠及無誤地傳送數(shù)據(jù)包的數(shù)量。一般來說,這個數(shù)值都是測試或設計數(shù)據(jù)提供的最高值。系統(tǒng)的最高吞吐量為性能的高低確定了一個極限,該極限也就是數(shù)據(jù)處理中心采購經(jīng)理的選購指標。
方程式1表示范例系統(tǒng)在最高負載下的耗電量與數(shù)據(jù)包傳送數(shù)量的簡化比率。系統(tǒng)性能以每單位時間的數(shù)據(jù)包數(shù)量計算,而功率的量度單位則以每單位時間(秒,s)所消耗的能量(焦耳,J)計算,并以W(瓦)表示。因此,經(jīng)過簡化之后的度量指標便是每傳送一個數(shù)據(jù)包(P)所需的能量(J/Ptransferred)。如果我們的范例系統(tǒng)在最高負載時每秒可傳送1億個數(shù)據(jù)包,同時提取300W的電力,那么最終的功率/性能比將會是3x10-6J每數(shù)據(jù)包,或是3mJ每數(shù)據(jù)包(3.0mJ/P)。
方程式 1 – 能量度量的簡化式 :
其中 EPT=效率以焦耳每封包作單位計算(J / p);P = 功率(瓦特);TP = 封包的傳輸速率以封包每秒作單位計算;s = 秒;p = 封包數(shù)量。
類似的度量計算方法也可應用到典型及較低負載的情況中。舉例而言,兩個高性能系統(tǒng)可以擁有絕對一樣的峰值吞吐量,而且功耗同樣都是400W。在最高吞吐量的水平下,表面上它們的表現(xiàn)都是一樣的,可是其中一個可能具備帶寬調(diào)節(jié)功能(bandwidth throttling),可以把未使用的系統(tǒng)部分轉(zhuǎn)給較輕負載使用。這就是所謂的“自適性功率減省(APR)”,能夠有效地節(jié)省正常運作的功耗。如果系統(tǒng)缺少APR,它在較低負載時便需消耗更多能量。在我們的例子中,具備APR功能的系統(tǒng),其功耗在5000萬數(shù)據(jù)包每秒的負載下可以降低到200W,達到4mJ/P的等級。相反地,如果系統(tǒng)沒有APR,它在相同吞吐量下的性能等級便只有8mJ/P。
設計人員的觀點
因此,如果您拿這些指標去比較系統(tǒng),便可以決定哪一個系統(tǒng)的效率更高。那么,現(xiàn)在剩下來的問題是這些指標對系統(tǒng)設計人員有何意義或啟發(fā)?如果工程人員的任務是在改善系統(tǒng)性能的同時降低功耗,他們便需要先了解所選組件的性能/能源度量特性。
美國國家半導體為其PowerWise品牌產(chǎn)品制定了一些能源/性能指標,這些指標可識別哪一個產(chǎn)品在指定能耗下的性能是最高的。設計人員可以選擇那些在指定能耗下表現(xiàn)最佳的組件,抑或可以選擇在指定性能級別下能耗最低的組件。
此外,設計人員也應該開始考慮為系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)添加自適性功能以降低功耗。毫無疑問,即使在滿負載的情況下,系統(tǒng)仍很少會用盡所有功率,就像汽車不會全程都以250公里時速全速去行駛。在大多數(shù)的情況下,系統(tǒng)會按需要不斷在較低性能水平與較高性能水平之間循環(huán)。假如設備能夠通過負載轉(zhuǎn)移、卸除未使用的部分、調(diào)節(jié)時鐘頻率或其它的方法去達到較低的功率,系統(tǒng)便可節(jié)省更多功率。
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