Kas ir enerģijas optimizācija?

Ideja par jaudas optimizēšanu elektroniskajā dizainā sāka pievērst uzmanību astoņdesmito gadu beigās, kad plaši izplatījās portatīvās ierīces. Akumulatora darbības laiks, sildīšanas efekti un dzesēšanas prasības kļuva ļoti svarīgas gan vides, gan ekonomisku iemeslu dēļ. Aizvien sarežģītāku komponentu uzstādīšana mazāka izmēra mikroshēmām kļuva ļoti svarīga, lai nodrošinātu mazāku ierīču ražošanu ar lielāku funkcionalitāti. Tomēr siltums, kas rodas, iekļaujot tik daudz komponentu, kļuva par galveno problēmu. Siltums ietekmē arī tādus faktorus kā ierīces veiktspēja un uzticamība.

Lai mērogotu mikroshēmas, samazinātu veidnes izmēru un joprojām sasniegtu maksimālo veiktspēju pieņemamā temperatūras līmenī, ir jāiegulda laiks jaudas optimizācijas metodoloģijā. Manuāla jaudas optimizēšana kļūst neiespējama, izmantojot esošās mikroshēmas, piemēram, integrālās shēmas, jo tajās ir miljoniem komponentu. Parasti dizaineri paveic jaudas optimizāciju, ierobežojot izšķērdētu enerģiju, kas galvenokārt ir spekulācijas, arhitektūras un programmu izšķērdēšana. Visas šīs metodes mēģina samazināt enerģijas izšķērdēšanu no ķēdes projektēšanas līmeņa līdz izpildei un lietošanai.

Programmu izšķērdēšana rodas, ja augstākās klases mikroprocesors izpilda komandas, kas nav nepieciešamas. Šo komandu izpilde nemaina atmiņas un reģistru saturu. Programmu izšķērdēšanas novēršana nozīmē nedzīvu instrukciju izpildes samazināšanu un atbrīvošanos no klusajiem krātuvēm. Spekulācijas rodas, kad procesors ienes un izpilda instrukcijas ārpus neatrisinātām zarām. Arhitektūras atkritumi rodas, ja tādas struktūras kā kešatmiņas, zaru prognozētāji un instrukciju rindas ir pārāk lielas vai pārāk mazas.

Pārsvarā paredzētas lielu daudzumu glabāšanai, arhitektūras struktūras parasti netiek izmantotas ar pilnu jaudu. Un otrādi, padarot tos mazākus, palielinās arī enerģijas patēriņš, jo ir vairāk kļūdu. Veiksmīgai jaudas optimizācijai ir jāizmanto sistēmas līmeņa pieeja, izvēloties komponentus, kas patērē ļoti maz enerģijas. Projektēšanas fāzē var izpētīt visas iespējamās šo komponentu veidu kombinācijas. Samazinot ķēdē nepieciešamo pārslēgšanas aktivitāti, tiek nodrošināts arī mazāks enerģijas patēriņš.

Dažas citas jaudas optimizēšanai izmantotās pieejas ietver pulksteņa regulēšanu, miega režīmus un labāku loģisko dizainu. Laika noteikšana, ceļa balansēšana un stāvokļa kodēšana ir citas loģiskās metodes, kas var ierobežot enerģijas patēriņu. Daži mikroprocesoru izstrādātāji izmanto arī īpašus formātus, lai kodētu dizaina failus, kas ievieto enerģijas taupīšanas vadības funkcijas.