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效率度量指标的未来发展

发布时间:2020-06-30 19:11:46 阅读: 来源:热风炉厂家

很多时候,一个具有较好功率值的设备表面看来会比另外一个更好,但设计人员经常忽略了选择较好功率值的代价,而这些代价初期并不明显。将能效/功率指标标准化可有效地解决这些问题,而随着工程师更看重如何降低系统的功耗,将度量指标标准化也显得越来越重要。

本文引用地址:例如,当您的竞争对手拿您的最高端及最高性能的产品跟他最低端的产品进行比较,他们的产品当然是功耗更低。所以能效的标准度量是很重要的,尤其对于复杂的功能而言。

宏观层面

让我们先从宏观的角度观察和考量一个典型的系统的度量指标。数据处理中心内的设备按照指定的规则将一个个位的数据从一个连接运送到另一个连接,这些规则可以是目的地的地址、优先次序、安全保护等等。这些系统的性能一般都经过调校,从而不会出现数据包丢失及瓶颈的问题。然而,随着全球通信基建设备不断地发展壮大,尤其在网络上传送视频,这些数据处理中心对电力的需求正急剧增长。

因此,很多制造商希望能想出降低整体能耗的方法。可是,问题在于应该如何去公平地衡量功率。如果您只简单地使用一个瓦特表去衡量功率,您得到的结果只是设备在那一瞬间的功率大小,它不能告诉您任何关于系统整体运作的情况。在我们的举例中,系统可能正在每秒运送成千上万个数据包,抑或已与网络中断通信。单纯的功率指标就像是说“我汽车的引擎每小时消耗5加仑的汽油”,但它没有告诉您引擎的性能是什么样。在这个宏观的指标中,电力是唯一被度量的因素。

在比较系统的时候,更有效的方法是首先考量系统的功能。举例来说,该设备的运行是将数据包从一个连接运送到另一个连接。因此,度量设备的性能应以它的传输能力作为准则,也就是设备每秒可靠及无误地传送数据包的数量。一般来说,这个数值都是测试或设计数据提供的最高值。系统的最高吞吐量为性能的高低确定了一个极限,该极限也就是数据处理中心采购经理的选购指标。

方程式1表示范例系统在最高负载下的耗电量与数据包传送数量的简化比率。系统性能以每单位时间的数据包数量计算,而功率的量度单位则以每单位时间(秒,s)所消耗的能量(焦耳,J)计算,并以W(瓦)表示。因此,经过简化之后的度量指标便是每传送一个数据包(P)所需的能量(J/Ptransferred)。如果我们的范例系统在最高负载时每秒可传送1亿个数据包,同时提取300W的电力,那么最终的功率/性能比将会是3x10-6J每数据包,或是3mJ每数据包(3.0mJ/P)。

方程式 1 – 能量度量的简化式 :

其中 EPT=效率以焦耳每封包作单位计算(J / p);P = 功率(瓦特);TP = 封包的传输速率以封包每秒作单位计算;s = 秒;p = 封包数量。

类似的度量计算方法也可应用到典型及较低负载的情况中。举例而言,两个高性能系统可以拥有绝对一样的峰值吞吐量,而且功耗同样都是400W。在最高吞吐量的水平下,表面上它们的表现都是一样的,可是其中一个可能具备带宽调节功能(bandwidth throttling),可以把未使用的系统部分转给较轻负载使用。这就是所谓的“自适性功率减省(APR)”,能够有效地节省正常运作的功耗。如果系统缺少APR,它在较低负载时便需消耗更多能量。在我们的例子中,具备APR功能的系统,其功耗在5000万数据包每秒的负载下可以降低到200W,达到4mJ/P的等级。相反地,如果系统没有APR,它在相同吞吐量下的性能等级便只有8mJ/P。

设计人员的观点

因此,如果您拿这些指标去比较系统,便可以决定哪一个系统的效率更高。那么,现在剩下来的问题是这些指标对系统设计人员有何意义或启发?如果工程人员的任务是在改善系统性能的同时降低功耗,他们便需要先了解所选组件的性能/能源度量特性。

美国国家半导体为其PowerWise品牌产品制定了一些能源/性能指标,这些指标可识别哪一个产品在指定能耗下的性能是最高的。设计人员可以选择那些在指定能耗下表现最佳的组件,抑或可以选择在指定性能级别下能耗最低的组件。

此外,设计人员也应该开始考虑为系统体系结构添加自适性功能以降低功耗。毫无疑问,即使在满负载的情况下,系统仍很少会用尽所有功率,就像汽车不会全程都以250公里时速全速去行驶。在大多数的情况下,系统会按需要不断在较低性能水平与较高性能水平之间循环。假如设备能够通过负载转移、卸除未使用的部分、调节时钟频率或其它的方法去达到较低的功率,系统便可节省更多功率。

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