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        節(jié)能高效的Skylake微架構CPU

        2016-04-15 23:55:57
        CHIP新電腦 2016年4期
        關鍵詞:待機空閑英特爾

        英特爾第六代微處理器架構Skylake,業(yè)界對它有很高的期望:按照此前英特爾的介紹,它應該更強大,同時更節(jié)能。在其他配置相同的情況下,與使用Broadwell微架構處理器的系統(tǒng)相比,配備Skylake微架構處理器的筆記本電腦播放電影的時間應該能夠延長一小時,并且能夠提供更高品質(zhì)的畫面。為了能夠兌現(xiàn)這些承諾,英特爾在新的微處理器架構中采用了一系列新的節(jié)能功能,優(yōu)化主要集中在兩部分:第一部分影響所有配備Skylake微架構處理器的設備,并且與所使用的軟件無關,而另一部分的節(jié)能功能比較特殊,僅適用于Windows 10的用戶。

        CPU的硬件優(yōu)化

        Skylake微架構依賴于少數(shù)的既定程序來實現(xiàn)處理器內(nèi)部的節(jié)能功能,其中之一是,關閉不需要的,也就是所謂的“電源門控”,它可以切斷閑置部件的電源,其作用類似于配電盤上的切換開關。Skylake微架構安裝許多小功率柵極晶體管,負責判斷CPU上的特殊功能單元是否被使用,對特定的電源域進行管理。例如,如果不需要復雜的高級矢量擴展的浮點計算,那么CPU將完全停用它們。

        按照“少即是多”的原則,Skylake微架構將L2高速緩存從之前處理器的8路關聯(lián)減少至目前的4路,得益于帶寬的提升,L2高速緩存關聯(lián)性的降低并不會對性能產(chǎn)生任何不良影響,但確確實實起到了節(jié)能的目的。另外,在Broadwell微架構處理器上內(nèi)置的電壓轉換器已經(jīng)被重新移到了主板上,這可以有效地防止CPU過熱。除此之外,在Skylake微架構下,諸如視頻編碼之類的計算操作將可以通過GPU等硬件進行處理,例如H.265視頻的解碼等任務將可以交給集成的GPU。這不僅更有效率,同時也可以起到節(jié)省電力的目的。

        上述節(jié)電功能與結合Windows 10實現(xiàn)的節(jié)能功能相比顯得比較普通,結合Windows 10的節(jié)能功能中最重要的是英特爾動態(tài)節(jié)能技術Speed Step的繼任者Speed Shift,從Build 10586版本開始該功能已經(jīng)被集成到Windows 10中,它主要用于控制處理器的時鐘頻率,與此前的版本相比,兩者之間的差異主要在于誰來控制CPU的時鐘頻率,是CPU還是操作系統(tǒng)?處理器通過施加電壓來決定CPU的時鐘頻率,控制CPU工作在各種不同的性能狀態(tài)(P-狀態(tài))。P0(性能狀態(tài)0)是全速(Turbo),從P1、P2至Pn逐級降低。如果CPU處于空閑狀態(tài),那么CPU將降低電壓,將時鐘頻率下降至Pn。如果一個程序?qū)τ谶\算能力有需求,那么CPU可以在大約30ms的時間內(nèi)迅速地調(diào)整性能狀態(tài)。而當操作系統(tǒng)控制CPU時鐘頻率時,操作系統(tǒng)將掌控P1和Pn之間的所有性能狀態(tài),CPU只負責控制最高一級(P0)。通過Speed Shift動態(tài)節(jié)能技術,Windows 10通過CPU來實現(xiàn)控制,Windows并不獨立地確定P狀態(tài),而是簡單地根據(jù)需求的大小給出指示,由CPU判斷需要的時鐘頻率。Speed Shift這種結合兩者的方法比Speed Step的操作要快很多,從一個性能狀態(tài)轉向下一個性能狀態(tài)只需1ms。系統(tǒng)能夠以更高的速度做出響應,增加用戶的感知力之余,還可以節(jié)省電力,因為系統(tǒng)可以更快地切換到節(jié)能狀態(tài)。為了確保與CPU的完美結合,Windows 10提供一個能源估算引擎(Energy Estimation Engine),它能夠不斷地分析能源消耗的情況和使用這些數(shù)據(jù)估算功耗和剩余的運行時間。

        與Windows 10完美協(xié)調(diào)

        與Windows 10相關的另一個新的節(jié)能功能是Duty Cycle,它的原理是,空閑或者處理低負荷的任務時不再保持著較低的時鐘頻率工作,因為這會給用戶一種系統(tǒng)工作狀態(tài)不佳的感覺,而是在需要工作時迅速地將處理器(可能持續(xù)800μs)切換到一個較高的時鐘頻率,完成需要處理的任務,并在空閑時完全關閉。這種工作方式不僅能以更快的速度完成任務,而且與空閑時降低時鐘頻率的工作方式相比更節(jié)省電力。

        對于幾乎從不關閉設備的用戶來說待機是一個很重要的功能,對于該功能,Skylake微架構下Windows 10可以提供一些新的選項。微軟的待機技術稱為“Modern standby”,它有3種不同的模式:其一是眾所周知的S3模式(掛起到內(nèi)存,Suspend to RAM)以及Windows 8開始使應用程序處于暫停狀態(tài)卻能保持網(wǎng)絡連接的所謂“連接待機”(Connected standby),在這種狀態(tài)下Windows消耗的電力非常少,但喚醒的速度極快,而且待機狀態(tài)下甚至可以接收信息。而在Skylake微架構下,還可以支持“斷開連接待機”(Disconnected Standby)模式,它的喚醒速度非??欤?00ms),與“連接待機”不同,它不需要固態(tài)硬盤或主板上的任何特殊的網(wǎng)絡硬件。

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