La escala de frecuencia dinámica (también conocida como aceleración de la CPU ) es una técnica de administración de energía en la arquitectura de la computadora mediante la cual la frecuencia de un microprocesador se puede ajustar automáticamente "sobre la marcha" según las necesidades reales, para conservar energía y reducir la cantidad de calor generado por el chip. La escala de frecuencia dinámica ayuda a conservar la batería en los dispositivos móviles y reduce el costo de enfriamiento y el ruido en configuraciones de computación silenciosas , o puede ser útil como medida de seguridad para sistemas sobrecalentados (por ejemplo, después de un overclocking deficiente ).
El escalado de frecuencia dinámica casi siempre aparece junto con el escalado de voltaje dinámico , ya que las frecuencias más bajas requieren voltajes más bajos para que el circuito digital produzca resultados correctos. El tema combinado se conoce como escalado dinámico de voltaje y frecuencia ( DVFS ).
La aceleración del procesador también se conoce como " subclocking automático ". El overclocking automático (refuerzo) también es técnicamente una forma de escalado de frecuencia dinámica, pero es relativamente nuevo y, por lo general, no se habla de la aceleración.
La potencia dinámica (potencia de conmutación ) disipada por unidad de tiempo por un chip es C · V 2 · A · f , donde C es la capacitancia que se conmuta por ciclo de reloj, V es voltaje , A es el factor de actividad [1] que indica la número medio de eventos de conmutación sufridos por los transistores en el chip (como una cantidad sin unidades) yf es la frecuencia de conmutación. [2]
Por lo tanto, el voltaje es el principal factor determinante del uso de energía y la calefacción. [3] El voltaje requerido para un funcionamiento estable está determinado por la frecuencia a la que se sincroniza el circuito y puede reducirse si también se reduce la frecuencia. [4] Sin embargo, la potencia dinámica por sí sola no representa la potencia total del chip, ya que también hay potencia estática, que se debe principalmente a varias corrientes de fuga. Debido al consumo de energía estática y al tiempo de ejecución asintótico, se ha demostrado que el consumo de energía de una pieza de software muestra un comportamiento de energía convexo, es decir, existe una frecuencia de CPU óptima en la que el consumo de energía es mínimo. [5] Corriente de fugase ha vuelto cada vez más importante a medida que los tamaños de los transistores se han vuelto más pequeños y los niveles de voltaje de umbral más bajos. Hace una década, la potencia dinámica representaba aproximadamente dos tercios de la potencia total del chip. La pérdida de energía debido a las corrientes de fuga en las CPU y SoC contemporáneas tiende a dominar el consumo total de energía. En el intento de controlar la potencia de fuga, las compuertas metálicas de alta k y la compuerta de energía han sido métodos comunes.
El escalado dinámico de voltaje es otra técnica de conservación de energía relacionada que se usa a menudo junto con el escalado de frecuencia, ya que la frecuencia a la que puede funcionar un chip está relacionada con el voltaje de funcionamiento.