La administración de energía es una característica de algunos aparatos eléctricos, especialmente fotocopiadoras , computadoras , CPU de computadora , GPU de computadora y periféricos de computadora , como monitores e impresoras , que apaga la energía o cambia el sistema a un estado de baja energía cuando está inactivo. En informática, esto se conoce como administración de energía de PC y se basa en un estándar llamado ACPI , que reemplaza a APM . Todas las computadoras recientes tienen soporte ACPI.
Motivaciones
La administración de energía de PC para sistemas informáticos se desea por muchas razones, en particular:
- Reducir el consumo total de energía
- Prolongar la vida útil de la batería para sistemas portátiles e integrados
- Reducir los requisitos de enfriamiento
- Reduce el ruído
- Reducir los costos operativos de energía y refrigeración
Un menor consumo de energía también significa una menor disipación de calor , lo que aumenta la estabilidad del sistema y un menor uso de energía, lo que ahorra dinero y reduce el impacto en el medio ambiente.
Técnicas a nivel de procesador
La administración de energía para microprocesadores se puede realizar en todo el procesador o en componentes específicos, como la memoria caché y la memoria principal.
Con el escalado dinámico de voltaje y el escalado dinámico de frecuencia , el voltaje del núcleo de la CPU , la frecuencia de reloj o ambos se pueden modificar para disminuir el consumo de energía al precio de un rendimiento potencialmente menor. A veces, esto se hace en tiempo real para optimizar el equilibrio entre potencia y rendimiento.
Ejemplos:
- AMD Cool'n'Quiet
- AMD PowerNow! [1]
- IBM EnergyScale [2]
- Intel SpeedStep
- Transmeta LongRun y LongRun2
- VIA LongHaul ( Ahorro de energía )
Además, los procesadores pueden apagar selectivamente los circuitos internos ( control de energía ). Por ejemplo:
- Los procesadores Intel Core más nuevos admiten un control de energía ultrafino sobre las unidades funcionales dentro de los procesadores.
- La tecnología AMD CoolCore obtiene un rendimiento más eficiente activando o apagando dinámicamente partes del procesador. [3]
La tecnología Intel VRT dividió el chip en una sección de 3.3VI / O y una sección de núcleo de 2.9V. El voltaje de núcleo más bajo reduce el consumo de energía.
Computación heterogénea
La arquitectura big.LITTLE de ARM puede migrar procesos entre núcleos "grandes" más rápidos y núcleos "LITTLE" más eficientes en el consumo de energía.
Nivel del sistema operativo: hibernación
Cuando un sistema informático hiberna, guarda el contenido de la RAM en el disco y apaga la máquina. Al inicio, recarga los datos. Esto permite que el sistema se apague por completo mientras está en modo de hibernación. Esto requiere que se coloque en el disco duro un archivo del tamaño de la RAM instalada, lo que puede ocupar espacio incluso cuando no está en modo de hibernación. El modo de hibernación está habilitado de forma predeterminada en algunas versiones de Windows y se puede deshabilitar para recuperar este espacio en disco.
En GPU
Las unidades de procesamiento de gráficos ( GPU ) se utilizan junto con una CPU para acelerar la computación en una variedad de dominios que giran en torno a aplicaciones científicas , analíticas , de ingeniería , de consumo y empresariales . [4] Todo esto viene con algunos inconvenientes, la alta capacidad informática de las GPU tiene el costo de una alta disipación de energía . Se han realizado muchas investigaciones sobre el problema de la disipación de energía de las GPU y se han propuesto muchas técnicas para abordar este problema. El escalado de voltaje dinámico / escalado de frecuencia dinámica (DVFS) y la sincronización de reloj son dos técnicas comúnmente utilizadas para reducir la potencia dinámica en las GPU.
Técnicas DVFS
Los experimentos muestran que la política DVFS de procesador convencional puede lograr una reducción de energía de las GPU integradas con una degradación razonable del rendimiento. [5] También se están explorando nuevas direcciones para diseñar programadores DVFS efectivos para sistemas heterogéneos. [6] Se presenta una arquitectura heterogénea CPU-GPU, GreenGPU [7] que emplea DVFS de forma sincronizada, tanto para GPU como para CPU. GreenGPU se implementa utilizando el marco CUDA en un banco de pruebas físico real con GPU Nvidia GeForce y CPU AMD Phenom II. Experimentalmente, se muestra que GreenGPU logra un ahorro de energía promedio del 21.04% y supera a varias líneas de base bien diseñadas. Para las GPU convencionales que se utilizan ampliamente en todo tipo de aplicaciones comerciales y personales, existen varias técnicas DVFS y están integradas solo en las GPU, AMD PowerTune y AMD ZeroCore Power son las dos tecnologías de escalado de frecuencia dinámica para tarjetas gráficas AMD . Las pruebas prácticas demostraron que volver a bloquear una GeForce GTX 480 puede lograr un consumo de energía un 28% menor mientras que solo disminuye el rendimiento en un 1% para una tarea determinada. [8]
Técnicas de activación de energía
Se han realizado muchas investigaciones sobre la reducción dinámica de potencia con el uso de técnicas DVFS. Sin embargo, a medida que la tecnología continúe reduciéndose, la potencia de fuga se convertirá en un factor dominante. [9] La compuerta de energía es una técnica de circuito comúnmente utilizada para eliminar las fugas apagando el voltaje de suministro de los circuitos no utilizados. La compuerta de energía incurre en gastos de energía; por lo tanto, los circuitos no utilizados deben permanecer inactivos el tiempo suficiente para compensar estos gastos generales. Una novedosa técnica de microarquitectura [10] para cachés de GPU de activación de energía en tiempo de ejecución ahorra energía de fuga. Basado en experimentos en 16 cargas de trabajo de GPU diferentes, el ahorro de energía promedio logrado por la técnica propuesta es del 54%. Los sombreadores son el componente que consume más energía de una GPU, una técnica predictiva de desconexión de energía del sombreador [11] logra hasta un 46% de reducción de fugas en procesadores de sombreadores. La técnica Predictive Shader Shutdown aprovecha la variación de la carga de trabajo entre los marcos para eliminar las fugas en los clústeres de sombreadores. Otra técnica llamada Deferred Geometry Pipeline busca minimizar las fugas en las unidades de geometría de función fija mediante la utilización de un desequilibrio entre la geometría y el cálculo de fragmentos en los lotes, lo que elimina hasta el 57% de la fuga en las unidades de geometría de función fija. Se puede aplicar un método simple de control de potencia de tiempo de espera a las unidades de ejecución sin sombreador que elimina el 83,3% de la fuga en las unidades de ejecución sin sombreador en promedio. Las tres técnicas indicadas anteriormente incurren en una degradación del rendimiento insignificante, menos del 1%. [12]
Ver también
- 80 más
- Gestión avanzada de energía (APM)
- Interfaz avanzada de configuración y energía (ACPI)
- Hibernar
- Dormir
- BatteryMAX (detección inactiva)
- Modo despierto constante
- Disipación de energía de la CPU
- Escalado de frecuencia dinámico
- Escalado de voltaje dinámico
- Estrella de energía
- Almacenamiento de energía como servicio (ESaaS)
- Computación verde
- Electrónica de baja potencia
- pmset
- PowerTOP - herramienta de diagnóstico
- Estimación en tiempo de ejecución del consumo de energía a nivel del sistema y del subsistema
- Servicio de proxy de sueño
- Energía de reserva
- La rejilla verde
- Potencia de diseño térmico
- Señalización de administración de energía de pantalla VESA (DPMS)
Referencias
- ^ "Tecnología AMD PowerNow! Con administración de energía optimizada" . AMD . Consultado el 23 de abril de 2009 .
- ^ "IBM EnergyScale para sistemas basados en procesadores POWER6" . IBM . Consultado el 23 de abril de 2009 .
- ^ "Descripción general de la tecnología AMD Cool'n'Quiet" . AMD . Consultado el 23 de abril de 2009 .
- ^ "¿Qué es la computación GPU" . Nvidia.
- ^ " Marco de escalado dinámico de voltaje y frecuencia para GPU integradas de bajo consumo ", Daecheol You et al., Electronics Letters (Volumen: 48, Número: 21), 2012.
- ^ " Efectos del escalado dinámico de voltaje y frecuencia en una GPU K20 ", Rong Ge et al., 42a Conferencia internacional sobre procesamiento paralelo de páginas 826-833, 2013.
- ^ " GreenGPU: un enfoque holístico de la eficiencia energética en arquitecturas heterogéneas GPU-CPU ", Kai Ma et al., 41ª Conferencia internacional sobre procesamiento paralelo de páginas 48-57, 2012.
- ^ " Análisis de potencia y rendimiento de sistemas acelerados por GPU ", Yuki Abe et al., Conferencia de USENIX sobre sistemas y computación Power-Aware, páginas 10-10, 2012.
- ^ " Desafíos de diseño de escalamiento tecnológico ", Borkar, S., IEEE Micro (Volumen: 19, Número: 4), 1999.
- ^ " Power-gating en tiempo de ejecución en cachés de GPU para ahorrar energía por fugas ", Yue Wang et al., Conferencia y exposición de diseño, automatización y prueba en Europa (FECHA), 2012
- ^ " Una técnica de apagado predictivo para procesadores de sombreado de GPU ", Po-Han Wang et al., Computer Architecture Letters (Volumen: 8, Número: 1), 2009
- ^ " Estrategias de activación de energía en GPU ", Po-Han Wang et al., Transacciones ACM sobre arquitectura y optimización de código (TACO) Volumen 8 Número 3, 2011
enlaces externos
- Energy Star - Lista independiente de productos
- Energy Star - Campaña de TI con bajas emisiones de carbono
- Calculadora de consumo de energía
- Bibliografía de investigación sobre gestión de energía