सिस्टम-स्तरीय अनुकूलन और ऊर्जा समस्याओं को हल करने में इसका योगदान

माइक्रोप्रोसेसर डिजाइन के चरण में ऊर्जा की खपत की समस्याओं को कैसे हल किया जाता है, "डार्क" सिलिकॉन के युग में " जीवन " नामक पदों की एक श्रृंखला में वर्णित किया गया था। चार मुख्य दृष्टिकोणों पर प्रकाश डाला गया, लेकिन एक और दृष्टिकोण है जिस पर इस बार चर्चा की जाएगी। यह सिस्टम स्तर का अनुकूलन है।

पहला सवाल जो स्वाभाविक रूप से उठता है वह है सिस्टम-लेवल क्यों? इसका उत्तर बेहद सरल है - अंतिम उत्पाद मायने रखता है, न कि "कोग" का, जिसमें यह शामिल है। आपको अंतिम उत्पाद की विशेषताओं का मूल्यांकन करने और उन्हें प्रबंधित करने के लिए सॉफ़्टवेयर स्टैक + हार्डवेयर प्लेटफ़ॉर्म + सेमीकंडक्टर घटकों के बंडल पर एक व्यवस्थित नज़र की आवश्यकता है।

यह ऊर्जा की खपत के मामले में भी सच है: एक एकीकृत दृष्टिकोण अनुकूलन के लिए नई संभावनाओं को खोलता है और हमें अन्यथा असंगत समस्याओं को हल करने की अनुमति देता है। इस पोस्ट में मैं यह दिखाने के लिए कुछ उदाहरण दूंगा कि यह वास्तव में ऐसा है।

big.LITTLE

यह विचार एक ही सिस्टम के भीतर दो प्रोसेसर को मिलाना है। एक उच्च-प्रदर्शन कार्यों को हल करने के लिए है, और दूसरा कम बिजली की खपत के लिए है जहां अधिक उत्पादकता की आवश्यकता नहीं है। तदनुसार, यदि आप लोड बदलने पर एक प्रोसेसर से दूसरे में गणना स्थानांतरित करते हैं, तो आप ऊर्जा बचा सकते हैं।
एआरएम डेवलपर्स ने कॉर्टेक्स-ए 7 और कॉर्टेक्स-ए 15 प्रोसेसर को इस तरह से संयुक्त किया। ये प्रोसेसर अनुदेश प्रणाली वास्तुकला, मेमोरी मॉडल और प्रोग्राम मॉडल के संदर्भ में लगभग समान हैं। तदनुसार, सभी निर्देशों को समान रूप से निष्पादित किया जाएगा, हालांकि अलग-अलग प्रदर्शन के साथ।
माइक्रोआर्किटेक्चर स्तर पर अंतर ध्यान देने योग्य हो जाते हैं। कोर्टेक्स-ए 7 एक इन-ऑर्डर प्रोसेसर है, जिसमें 8-10 कदमों की लंबाई होती है। और कॉर्टेक्स-ए 15 एक ऑर्डर प्रोसेसर है, जिसकी पाइपलाइन 15 से 24 चरणों (निर्देश के आधार पर) से गिना जाता है।

big.LITTLE प्रणाली

ऐसी प्रणाली की बिजली की खपत को निम्नलिखित ग्राफ में दर्शाया गया है। जैसा कि आप देख सकते हैं, कम-प्रदर्शन कंप्यूटिंग के क्षेत्र में, ए 7 का उपयोग ए 15 की तुलना में बिजली की खपत में लगभग दो गुना लाभ देता है।

प्रदर्शन बड़ा.लगभग प्रणाली

और सिस्टम-लेवल का इससे क्या लेना-देना है? तथ्य यह है कि किसी एक स्तर पर अभिनय ने ऐसा कुछ भी नहीं बनाया होगा। एक बार में तीन स्तरों पर ध्यान देना आवश्यक है:
- उपयोग किए जाने वाले प्रोसेसर को प्रदर्शन और ऊर्जा दक्षता, साथ ही सॉफ्टवेयर मॉडल की पहचान के बीच एक उपयुक्त विकल्प प्रदान करना होगा।
- हार्डवेयर प्लेटफॉर्म को इन दोनों प्रोसेसर के बीच उचित इंटरैक्शन सुनिश्चित करना चाहिए
- सिस्टम सॉफ्टवेयर को सभी संबंधित कार्यों को हल करते हुए, एक प्रोसेसर से दूसरे में गणना का प्रवास सुनिश्चित करना चाहिए। इसके अलावा, ए 7 और ए 15, हालांकि सॉफ्टवेयर मॉडल के मामले में लगभग समान है, लेकिन 100% नहीं। ये अंतर ऑपरेटिंग सिस्टम के ऊपरी स्तरों और चल रहे कार्यक्रमों से छिपे होने चाहिए।

ऐसे प्रोसेसर का उपयोग करना जिनकी इतनी मजबूत पहचान नहीं है क्योंकि A7 और A15 ऊर्जा बचत के मामले में बहुत अधिक आकर्षक हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, यदि एक प्रोसेसर निर्देश प्रणाली के कुछ एक्सटेंशनों को लागू करता है, और दूसरा नहीं करता है, या यदि प्रोसेसर में आमतौर पर अलग अनुदेश प्रणाली और मेमोरी मॉडल होते हैं। लेकिन यह कंप्यूटिंग के माइग्रेशन से संबंधित सॉफ्टवेयर स्तर के लिए और भी अधिक चुनौतियां हैं, जिनमें से कुछ का वर्तमान में अच्छा समाधान नहीं है।

Android पावर प्रबंधन ढेर

विषय निम्नलिखित आकृति में प्रस्तुत किया गया है। बहुत नीचे पीसीयू (पैकेज कंट्रोल यूनिट) द्वारा कार्यान्वित हार्डवेयर-आधारित ऊर्जा प्रबंधन हार्डवेयर और फर्मवेयर हैं। लिनक्स कर्नेल और एंड्रॉइड वातावरण से संबंधित सॉफ़्टवेयर भाग निम्नलिखित है, और वास्तव में, उपयोगकर्ता अनुप्रयोग। यदि प्रत्येक डेवलपर अपने स्टैक स्तर से परे नहीं दिखता तो ऊर्जा बचत के संदर्भ में क्या हासिल होगा? उदाहरण के लिए, यदि इंटेल ने केवल पावर प्रबंधन के भाग पर ध्यान दिया, जो सिलिकॉन और फर्मवेयर से संबंधित है, बाकी को अनदेखा कर रहा है? प्रोसेसर निश्चित रूप से ओवरहीटिंग से विफल नहीं होगा :), लेकिन मैं कुछ और गारंटी नहीं दूंगा। भले ही प्रबंधन हार्डवेयर स्तर पर त्रुटिपूर्ण रूप से कार्यान्वित किया गया हो, लेकिन सॉफ्टवेयर औसत दर्जे का है, आप अच्छे प्रदर्शन के बारे में भूल सकते हैं। यही कारण है कि पूरे स्टैक को समग्र रूप से सुधारने में बहुत प्रयास किया जाता है।

सिस्टम-स्तरीय बिजली वितरण

यहां, हमारा ध्यान इस तथ्य की ओर आकर्षित किया गया है कि मोबाइल प्लेटफार्मों (उदाहरण के लिए, स्मार्टफ़ोन) में बिजली आपूर्ति प्रणाली बहुत अधिक ऊर्जा (20-40%) की खपत करती है। इसके अलावा, प्रोसेसर बिजली की खपत प्रणाली में प्रमुख नहीं है। ऐसी स्थितियों में, सिस्टम स्तर पर ऊर्जा अनुकूलन का प्रदर्शन किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, प्रोसेसर के लिए इष्टतम आवृत्ति का विकल्प सिस्टम के शेष घटकों की बिजली की खपत पर नज़र रखना चाहिए।



इस उदाहरण पर विचार करें। मान लीजिए कि वर्तमान प्रोसेसर लोड अधिकतम से काफी कम है। ऐसी स्थिति में, दो व्यवहार हैं। सबसे पहले जल्दी से (उच्च आवृत्ति पर और प्रोसेसर द्वारा खपत अधिक शक्ति के साथ) गणना करते हैं और लंबे समय तक स्लीप मोड में स्विच करते हैं। दूसरा - धीरे-धीरे (प्रति यूनिट समय कम ऊर्जा खर्च करना), गणना करना और बहुत कम समय के लिए स्लीप मोड में जाना। कौन सा विकल्प चुनना है? यह बिल्कुल आसान नहीं है, और इसके लिए आपको यह जानना होगा कि सिस्टम के अन्य घटक विभिन्न मोड में कितना उपभोग करते हैं।

Themperature अनुमान और प्रबंधन

मोबाइल उपकरणों के लिए, जैसे कि टैबलेट या स्मार्टफ़ोन, तापमान स्थितियों के संदर्भ में विशिष्ट आवश्यकताओं की संख्या हैं। अर्थात्, मामले और स्क्रीन के तापमान को छूने पर असुविधा नहीं होनी चाहिए। हालांकि, यह समस्या उतनी सरल नहीं है जितनी कि यह प्रतीत होता है, मामले के समय और स्थान में गर्मी वितरण की जटिल प्रकृति, साथ ही साथ तापमान सेंसर की सीमाएं - तापमान सेंसर को सीधे मामले या स्क्रीन की सतह पर रखना संभव नहीं होगा। नतीजतन, डेवलपर्स को मॉडल का निर्माण करने के लिए मजबूर किया जाता है जो मामले की सतह पर विभिन्न बिंदुओं पर तापमान का वर्णन करते हैं और उनके अंशांकन या प्रशिक्षण आदि में संलग्न होते हैं। और पहले से ही इन मॉडलों के आधार पर फिर ऊर्जा प्रबंधन एल्गोरिदम लागू करें। बेशक, यह केवल तैयार स्मार्टफोन / टैबलेट के साथ किया जा सकता है, अर्थात्। सिस्टम स्तर पर।


अंत में, मैं यह कहना चाहता हूं कि सिस्टम स्तर पर अनुकूलन वास्तव में आवश्यक चीज बन गया है। इसका उपयोग स्पष्ट है और कई कार्यों को अन्यथा हल नहीं किया जा सकता है। और कब से ऊर्जा की खपत के मामलों में, यह अपेक्षाकृत हाल ही में ध्यान दिया गया था, अर्थात्, यह विश्वास करने का कारण है कि इस दिशा में अभी भी कई दिलचस्प उपलब्धियां होंगी।