تنظيم الطاقة

إدارة الطاقة هي خاصية من خواص بعض الأجهزة الكهربائية، وخاصة آلات التصوير، وأجهزة الكمبيوتر، وحدات معالجة الرسومات والأجهزة الطرفية للكمبيوتر مثل المراقبات والطابعات، التي تطفئ الطاقة أو تحول النظام إلى حالة الطاقة المنخفضة عندما يكون في حالة غير نشطة. بحساب هذا فإنه يعرف باسم إدارة الطاقة للكمبيوتر ويتم بناؤه ليصل إلى مستوى يسمى أكبي. هذا يحل محل نظام ال (أ ب م). جميع أجهزة الكمبيوتر (المستهلكة) الأخيرة مدعمة بخاصية أكبي. في الجيش، «إدارة الطاقة» غالبا ما تشير إلى أجنحة من المعدات التي تسمح للجنود والفرق بتبادل مصادر الطاقة المتنوعة، والطاقة في كثير من الأحيان تكون غير مناسبة للمعدات.^[1]

الدوافع

إدارة طاقة الأجهزة لأنظمة الكمبيوتر مرغوب فيها لأسباب عديدة، وخاصة:

تقليل استهلاك الطاقة الزائد بشكل عام.
إطالة عمر البطارية للأنظمة المحمولة والمدمجة.
تقليل متطلبات التبريد.
تقليل الضوضاء (الناتجة عن الأجهزة).
تخفيض تكاليف تشغيل الطاقة والتبريد.

استهلاك الطاقة الأقل يعني أيضا انخفاض تبديد الحرارة، مما يزيد استقرار النظام، وتقليل استخدام الطاقة، مما يوفر المال ويقلل من التأثير على البيئة.

تقنيات مستوى المعالج

يمكن إدارة الطاقة للمعالجات الدقيقة على المعالج بالكامل،^[2] أو في مكونات محددة، مثل ذاكرة التخزين المؤقت ^[3]^[4] والذاكرة الرئيسية.مع تحجيم الجهد الديناميكي وتحجيم تردد الديناميكية، والجهد وحدة المعالجة المركزية الأساسية، ومعدل الساعة، أو كليهما، يمكن تغييرها لتقليل استهلاك الطاقة بسعر يحتمل انخفاض الأداء. ويتم ذلك أحيانا في الوقت الحقيقي لتحسين التبادل أداء الطاقة. أمثلة:

نظام (أمد) للتبريد النسبي.
نظام (أمد) للتشغيل الحالي.^[5]
نظام (أي بي إم) لقياس الطاقة.^[6]
خطوة شركة (إنتل) السريعة.
مشروعا إدارة الطاقة (الجري الطويل)و (الجري الطويل2).
نظام (فيا) السحابة الطويلة (موفر الطاقة).

بالإضافة إلى ذلك، يمكن للمعالجات أن تقطع التيار الكهربائي عن الدوائر الداخلية (بوابات الطاقة). فمثلا:

أحدث معالجات شركة (إنتل) تدعم السيطرة على الطاقة بدقة عالية على وحدات وظيفية داخل المعالجات.
تكنولوجيا (أمد) للتبريد الداخلي تحصل على أداء أكثر كفاءة من خلال تنشيط حيوي أو إيقاف أجزاء من المعالج.^[7] تقنية إنتل (فرت) تقسم الرقاقة إلى 3.3V I / O القسم وقسم الأساسية 2.9V. انخفاض الجهد الأساسي يقلل من استهلاك الطاقة.

. تقنية إنتل (فرت) تقسم الرقاقة إلى 3.3V I / O القسم وقسم الأساسية 2.9V. انخفاض الجهد الأساسي يقلل من استهلاك الطاقة

الحوسبة الغير متجانسة

يمكن للهندسة المعمارية الخاصة بنظام (أرم) أرم توجيه العمليات بين مراكز أسرع «الكبيرة» وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة مثل «المراكز الصغيرة».

مستوى نظام التشغيل: السبات

عندما يتوقف نظام الكمبيوتر عن التشغيل فإنه يحفظ محتويات ذاكرة الوصول العشوائي إلى القرص ويقوم بحفظ الطاقة أسفل الجهاز. عند بدء التشغيل فإنه يعيد تحميل البيانات. هذا يسمح للنظام أن يعمل بالطاقة تماما بينما هو في وضع السبات. وهذا يتطلب ملف بحجم الرام المحملة ليوضع على القرص الثابت، يحتمل أن تستخدم مساحة حتى عندما لا يكون الجهاز في وضع السبات. يتم تمكين وضع السبات بشكل افتراضي في بعض إصدارات الويندوز ويمكن تعطيله من أجل استرداد مساحة القرص المستخدم.

إدارة الطاقة في وحدات معالجة الرسومات

تستخدم وحدة معالجة الرسوم مع وحدة المعالجة المركزية لتسريع الحوسبة في مجموعة متنوعة من المجالات التي تدور حول التطبيقات العلمية ^[8] والتحليلات والهندسة والمستهلك والمشاريع. كل هذا لا يأتي مع بعض السلبيات، والقدرة على الحوسبة عالية حين تستخدم وحدات معالجة الرسومات والتي تأتي على حساب تبديد الطاقة العالية. وقد تم إجراء الكثير من البحوث حول مسألة تبديد الطاقة من وحدات معالجة الرسومات، وقد اقترحت الكثير من التقنيات المختلفة لمعالجة هذه المسألة. إن التحجيم الديناميكي للجهد / التحجيم الديناميكي للتردد على مدار الساعة هما تقنيتان شائعتان للحد من القدرة الديناميكية في وحدات معالجة الرسومات.

تقنيات الجهد الديناميكي والتردد والتحجيم

تظهر التجارب أن سياسة (دفس): تقنيات الجهد الديناميكي والتردد والتحجيم) للمعالجات التقليدية يمكن أن تحقق انخفاضا في قدرة وحدات معالجة الرسومات المدمجة مع تدهور الأداء المنطقي.^[9] ويجري أيضا استكشاف اتجاهات جديدة لتصميم مجاميع (دفس) فعالة للأنظمة غير المتجانسة.^[10]^[11] يجري استكشاف الهندسة لأجهزة الكمبيوتر أو المعالجات الغير متجانسة، تستخدم المعالجات الخضراء تقنية دفس بطريقة متزامنة، سواء بالنسبة لجهاز كمبيوتر أو وحدة المعالجة المركزية. يتم تنفيذ وحدة المعالجة المركزية باستخدام إطار كودا على اختبار حقيقي للمادة مع وحدات معالجة الرسومات (نفيديا جيفورس) و (أمد فينوم إي) وحدات المعالجة المركزية. ومن الناحية التجريبية، يظهر أن وحدة المعالجة المركزية تحقق متوسط توفير للطاقة بنسبة 21.04٪ ويتفوق على العديد من خطوط الأساس المصممة بشكل جيد. وبالنسبة لوحدات معالجة الرسومات الرئيسية التي تستخدم على نطاق واسع في جميع أنواع التطبيقات التجارية والشخصية توجد عدة تقنيات لدفس تدمج في وحدات معالجة الرسومات بمفردها، و (أ إم دي)و (بويرتيون) و (أمد زيروكور باور) هما تقنيتان لخفض الترددات الديناميكية للبطاقات الجرافيكية ل (أ إم دي). أظهرت الاختبارات العملية أن إعادة تثبيت غيفورسي غكس 480 يمكن أن يحقق انخفاض في استهلاك الطاقة بنسبة 28٪ في حين أن الأداء المتناقص فقط بنسبة 1٪ لمهمة معينة.^[12]

تقنيات توصيل الطاقة

تم إجراء الكثير من البحوث على الحد من الطاقة الديناميكية مع استخدام تقنيات (دفس). مع ذلك، مع استمرار تقلص التكنولوجيا، تصبح قوة التسرب عاملا مهيمنا.^[13] قوة التزوير هي تقنية الدائرة المستخدمة عادة لإزالة التسرب عن طريق إيقاف الجهد من الدوائر غير المستخدمة. انقطاع الطاقة يتسبب في الطاقة العلوية. وبالتالي، فإن الدوائر غير المستخدمة تحتاج إلى أن تبقى خاملة بما فيه الكفاية لتعويض هذه النفقات العامة. التقنية المعمارية الصغيرة الجديدة لوقت تشغيل المخابئ النابضة بالطاقة من وحدات معالجة الرسومات توفر طاقة التسرب. استنادا إلى التجارب فإنه يوجد حوالي 16 عبء مختلف في عمل وحدة المعالجة المركزية، ^[14] فإن متوسط الطاقة المتوفرة التي حققتها التقنية المقترحة هو 54٪. التظليل هو العنصر الأكثر قوة في وحدة المغالجة المركزية، التظليل التنبؤي من إغلاق طاقة تقنية التوصيل^[15] يحقق ما يصل إلى 46٪ من الحد من التسرب على معالجات التظليل. تقنية تظليل إيقاف الشظية يستغل اختلاف عبء العمل عبر الإطارات للقضاء على التسرب في مجموعات التظليل. تهدف تقنية أخرى تسمى خط أنابيب الهندسة المؤجلة إلى تقليل التسرب في وحدات هندسة الوظائف الثابتة عن طريق استخدام الخلل بين الهندسة وحساب الشظايا عبر دفعات مما يزيل ما يصل إلى 57٪ من التسرب في وحدات هندسة الوظائف الثابتة. ويمكن تطبيق طريقة بسيطة لتقطيع القدرة على التزييت على وحدات التنفيذ غير التظليل التي تلغي 83.3٪ من التسرب في وحدات التنفيذ غير المظللة في المتوسط. جميع التقنيات الثلاثة المذكورة أعلاه تكبد تدهور أداء ضئيل، أقل من 1٪.^[16]

انظر أيضًا

المصادر

^ "Office of Naval Research - Power Management Kit". ONR. مؤرشف من الأصل في 2017-08-16. اطلع عليه بتاريخ 2015-01-15.
^ "A Survey of Methods for Analyzing and Improving GPU Energy Efficiency", Mittal et al., ACM Computing Surveys, 2014. نسخة محفوظة 10 يناير 2018 على موقع واي باك مشين.
^ "A Survey of Architectural Techniques For Improving Cache Power Efficiency", S. Mittal, SUSCOM, 4(1), 33-43, 2014 نسخة محفوظة 08 يناير 2016 على موقع واي باك مشين.
^ "A survey of architectural techniques for DRAM power management", S. Mittal, IJHPSA, 4(2), 110-119, 2012 نسخة محفوظة 08 مايو 2018 على موقع واي باك مشين.
^ "AMD PowerNow! Technology with optimized power management". AMD. مؤرشف من الأصل في 2010-06-18. اطلع عليه بتاريخ 2009-04-23.
^ "IBM EnergyScale for POWER6 Processor-Based Systems". IBM. مؤرشف من الأصل في 2020-05-31. اطلع عليه بتاريخ 2009-04-23.
^ "AMD Cool'n'Quiet Technology Overview". AMD. مؤرشف من الأصل في 2010-07-01. اطلع عليه بتاريخ 2009-04-23.
^ "What is GPU computing". Nvidia. مؤرشف من الأصل في 2018-04-03.
^ "Dynamic voltage and frequency scaling framework for low-power embedded GPUs", Daecheol You et al., Electronics Letters (Volume:48, Issue: 21 ), 2012. نسخة محفوظة 2020-05-31 على موقع واي باك مشين.
^ "Effects of Dynamic Voltage and Frequency Scaling on a K20 GPU", Rong Ge et al., 42nd International Conference on Parallel Processing Pages 826-833, 2013. نسخة محفوظة 31 مايو 2020 على موقع واي باك مشين.
^ "GreenGPU: A Holistic Approach to Energy Efficiency in GPU-CPU Heterogeneous Architectures", Kai Ma et al., 41st International Conference on Parallel Processing Pages 48-57, 2012. نسخة محفوظة 31 مايو 2020 على موقع واي باك مشين.
^ "Power and performance analysis of GPU-accelerated systems", Yuki Abe et al., USENIX conference on Power-Aware Computing and Systems Pages 10-10, 2012. نسخة محفوظة 31 مايو 2020 على موقع واي باك مشين.
^ "Design challenges of technology scaling", Borkar, S., Micro, IEEE (Volume:19 , Issue: 4 ), 1999. نسخة محفوظة 2020-05-31 على موقع واي باك مشين.
^ "Run-time power-gating in caches of GPUs for leakage energy savings", Yue Wang et al., Design, Automation & Test in Europe Conference & Exhibition (DATE), 2012 نسخة محفوظة 2020-05-31 على موقع واي باك مشين.
^ "A Predictive Shutdown Technique for GPU Shader Processors", Po-Han Wang et al., Computer Architecture Letters (Volume:8 , Issue: 1 ), 2009 نسخة محفوظة 2020-05-31 على موقع واي باك مشين.
^ "Power gating strategies on GPUs", Po-Han Wang et al., ACM Transactions on Architecture and Code Optimization (TACO) Volume 8 Issue 3, 2011 نسخة محفوظة 14 فبراير 2020 على موقع واي باك مشين.

وصلات خارجية

[1] "Office of Naval Research - Power Management Kit". ONR. مؤرشف من الأصل في 2017-08-16. اطلع عليه بتاريخ 2015-01-15.

[2] "A Survey of Methods for Analyzing and Improving GPU Energy Efficiency", Mittal et al., ACM Computing Surveys, 2014. نسخة محفوظة 10 يناير 2018 على موقع واي باك مشين.

[3] "A Survey of Architectural Techniques For Improving Cache Power Efficiency", S. Mittal, SUSCOM, 4(1), 33-43, 2014 نسخة محفوظة 08 يناير 2016 على موقع واي باك مشين.

[4] "A survey of architectural techniques for DRAM power management", S. Mittal, IJHPSA, 4(2), 110-119, 2012 نسخة محفوظة 08 مايو 2018 على موقع واي باك مشين.

[5] "AMD PowerNow! Technology with optimized power management". AMD. مؤرشف من الأصل في 2010-06-18. اطلع عليه بتاريخ 2009-04-23.

[6] "IBM EnergyScale for POWER6 Processor-Based Systems". IBM. مؤرشف من الأصل في 2020-05-31. اطلع عليه بتاريخ 2009-04-23.

[7] "AMD Cool'n'Quiet Technology Overview". AMD. مؤرشف من الأصل في 2010-07-01. اطلع عليه بتاريخ 2009-04-23.

[8] "What is GPU computing". Nvidia. مؤرشف من الأصل في 2018-04-03.

[9] "Dynamic voltage and frequency scaling framework for low-power embedded GPUs", Daecheol You et al., Electronics Letters (Volume:48, Issue: 21 ), 2012. نسخة محفوظة 2020-05-31 على موقع واي باك مشين.

[10] "Effects of Dynamic Voltage and Frequency Scaling on a K20 GPU", Rong Ge et al., 42nd International Conference on Parallel Processing Pages 826-833, 2013. نسخة محفوظة 31 مايو 2020 على موقع واي باك مشين.

[11] "GreenGPU: A Holistic Approach to Energy Efficiency in GPU-CPU Heterogeneous Architectures", Kai Ma et al., 41st International Conference on Parallel Processing Pages 48-57, 2012. نسخة محفوظة 31 مايو 2020 على موقع واي باك مشين.

[12] "Power and performance analysis of GPU-accelerated systems", Yuki Abe et al., USENIX conference on Power-Aware Computing and Systems Pages 10-10, 2012. نسخة محفوظة 31 مايو 2020 على موقع واي باك مشين.

[13] "Design challenges of technology scaling", Borkar, S., Micro, IEEE (Volume:19 , Issue: 4 ), 1999. نسخة محفوظة 2020-05-31 على موقع واي باك مشين.

[14] "Run-time power-gating in caches of GPUs for leakage energy savings", Yue Wang et al., Design, Automation & Test in Europe Conference & Exhibition (DATE), 2012 نسخة محفوظة 2020-05-31 على موقع واي باك مشين.

[15] "A Predictive Shutdown Technique for GPU Shader Processors", Po-Han Wang et al., Computer Architecture Letters (Volume:8 , Issue: 1 ), 2009 نسخة محفوظة 2020-05-31 على موقع واي باك مشين.

[16] "Power gating strategies on GPUs", Po-Han Wang et al., ACM Transactions on Architecture and Code Optimization (TACO) Volume 8 Issue 3, 2011 نسخة محفوظة 14 فبراير 2020 على موقع واي باك مشين.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]