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細(xì)談CPU低功耗技術(shù)原理

2020-07-16 13:16:16
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供稿:網(wǎng)友
?制程提升

  要想解決CPU的高功耗,制程的提升是最直接的改善的方法。一條粗的電阻絲和一條細(xì)的電阻絲誰的功耗大,對(duì)于稍有電學(xué)知識(shí)的人來說是個(gè)很容易理解的問題。這也有助于我們來認(rèn)識(shí)制程改進(jìn)是如何達(dá)到降低降低功耗的目的。在CPU中同樣使用到了電路與各個(gè)細(xì)小的元件連接,雖然這些電路及其細(xì)微,但由于如果全部連接起來的話像CPU這樣的超大規(guī)模集成電路的線路長度將達(dá)到一個(gè)恐怖的數(shù)量級(jí),功耗就會(huì)在這些線路中被轉(zhuǎn)換熱量。而制程的提升則把這些線路變得更細(xì),功率也可借此而大幅下降。用65nm工藝制造的奔騰 D 850,比起90nm工藝制造的制造的同樣CPU來功耗下降30W就是最好的佐證。

?降低電壓

  高電壓是造成功耗提升的一個(gè)重要因素,電壓與功耗總是成正比的關(guān)系。在CPU中最大功耗可由核心電壓×最大電流簡單計(jì)算而估得。通常CPU內(nèi)部的電流都是不可減小的,而且集成電路都屬于高電路設(shè)備,目前CPU中最大的電流已經(jīng)達(dá)到了60W以上。因此雖然供給CPU的電壓并不大,但與大電流相乘后,帶來的功耗也是不容忽視的。不過正因?yàn)殡妷旱幕鶖?shù)小,即使降低的幅度不太大,所帶來的功耗下降仍然相當(dāng)明顯。不過電壓并不是說降就能降的,一旦降得過低,內(nèi)部的CMOS管就會(huì)變得及其不穩(wěn)定,工作可靠性也隨之大大降低。這還必須進(jìn)行徹頭徹尾的技術(shù)改進(jìn)和材料改進(jìn)才能達(dá)到。

?減少晶體管數(shù)量

  CPU界總是使用晶體管數(shù)量來衡量,集成技術(shù)的高低,老大Intel更是這一方式的忠實(shí)擁護(hù)者,按照摩爾定律所說的18個(gè)月晶體管數(shù)量翻一番的速度進(jìn)行增長。在Prescott核心的奔騰 4上,晶體管數(shù)量就達(dá)到了已經(jīng)達(dá)到了1.69億個(gè)的水平,比前輩Northwood核心增加了兩部以上,因此雖然工藝更先進(jìn),但功耗反而繼續(xù)提升。并且隨著多核心和大緩存技術(shù)的流行,晶體管的數(shù)量也直線成幾何速度增長。數(shù)以億計(jì)的晶體管本身就是個(gè)消耗能源的大戶。在相同制程下,越高的晶體管數(shù)量擁有越低的功耗已經(jīng)是一個(gè)既成的事實(shí)。通過優(yōu)化設(shè)計(jì),減低晶體管數(shù)量是一行之有效的降低功耗手段。//本文來自武林網(wǎng)www.49028c.com轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明

?降低頻率

  實(shí)際上過于注重頻率的提升,也是導(dǎo)致CPU功耗日益加大的重要因素。在以前看來頻率是衡量CPU性能的最重要標(biāo)志,關(guān)于頻率并不能和性能劃上等號(hào)的說法直到近年才被消費(fèi)者所意識(shí)到。要想提高頻率有很多方法,如采用全新的設(shè)計(jì)、提升電壓、制程提升等。但來得最簡單直接的卻是采用超長流水線設(shè)計(jì),在此設(shè)計(jì)中CPU的流水線被分化得相當(dāng)詳細(xì),頻率提升的空間也相應(yīng)增大。這就如同更詳細(xì)的生產(chǎn)流水線擁有更高的效率一樣。但問題在于這樣的流水線延時(shí)和錯(cuò)誤率也極其低下,導(dǎo)致最終CPU效率也直線下降,性能反而不佳。而且由于采用更多的晶體管增大了CPU的功耗。奔騰 4和奔騰 D就是這一設(shè)計(jì)的最顯著應(yīng)用,在市場上這些CPU總是頻率最高者,功耗也同樣如此。降低流水線等級(jí)在近年來看也得到了CPU廠商的大量采用,就連Intel都啟用了短流水線設(shè)計(jì)的酷睿2 來迎合這一趨勢。
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