Administración de energía

La administración de energía es una característica de algunos aparatos eléctricos, especialmente copiadoras, computadoras, CPU de computadora, GPU de computadora y periféricos de computadora como monitores e impresoras, que apaga la alimentación o cambia el sistema a un estado de bajo consumo 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 la PC para los sistemas informáticos se desea por muchas razones, en particular:

• Reducir el consumo total de energía
• Prolongue la vida útil de la batería para sistemas portátiles e integrados
• Reducir los requisitos de refrigeración
• 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 de nivel de procesador

La administración de energía para los microprocesadores se puede realizar en todo el procesador o en componentes específicos, como la memoria caché y la memoria principal.

Con el escalado de voltaje dinámico y el escalado de frecuencia dinámico, el voltaje del núcleo de la CPU, la velocidad del reloj, o ambos, pueden modificarse para disminuir el consumo de energía al precio de un rendimiento potencialmente más bajo. Esto a veces se hace en tiempo real para optimizar la compensación de potencia y rendimiento.

Ejemplos:

• AMD Cool'n'Quiet
• AMD PowerNow!
• IBM EnergyScale
• Paso de velocidad de Intel
• 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 potencia ultrafino sobre las unidades funcionales dentro de los procesadores.
• La tecnología AMD CoolCore obtiene un rendimiento más eficiente al activar o desactivar dinámicamente partes del procesador.

La tecnología Intel VRT dividió el chip en una sección de 3,3 VI/O y una sección central de 2,9 V. 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 "PEQUEÑOS" más eficientes energéticamente.

Nivel de sistema operativo: hibernación

Cuando un sistema informático hiberna, guarda el contenido de la memoria RAM en el disco y apaga la máquina. Al iniciar recarga los datos. Esto permite que el sistema se apague por completo mientras está en modo de hibernación. Esto requiere que se coloque un archivo del tamaño de la RAM instalada en el disco duro, lo que podría consumir espacio incluso cuando no está en modo de hibernación. El modo de hibernación está habilitado de manera 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. Todo esto viene con algunos inconvenientes, la alta capacidad informática de las GPU tiene el costo de una alta disipación de energía. Se ha investigado mucho 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 activación del reloj son dos técnicas comúnmente utilizadas para reducir la potencia dinámica en las GPU.

Técnicas DVFS

Los experimentos muestran que la política de DVFS del procesador convencional puede lograr la reducción de energía de las GPU integradas con una degradación del rendimiento razonable. También se están explorando nuevas direcciones para diseñar programadores DVFS efectivos para sistemas heterogéneos. Una arquitectura CPU-GPU heterogénea, GreenGPUse presenta el cual 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 varias líneas de base bien diseñadas. Para las GPU principales 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 escala de frecuencia dinámica para las tarjetas gráficas AMD. Las pruebas prácticas demostraron que volver a sincronizar una GeForce GTX 480 puede lograr un consumo de energía un 28 % más bajo y solo disminuir el rendimiento en un 1 % para una tarea determinada.

Técnicas de puerta de poder

Se han realizado muchas investigaciones sobre la reducción de potencia dinámica con el uso de técnicas DVFS. Sin embargo, a medida que la tecnología continúa reduciéndose, la fuga de energía se convertirá en un factor dominante. El control de potencia es una técnica de circuito comúnmente utilizada para eliminar fugas apagando el voltaje de suministro de los circuitos no utilizados. El control de energía incurre en gastos generales 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 para cachés de GPU 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 apagado de sombreado de potencia.logra hasta un 46 % de reducción de fugas en los procesadores shader. La técnica Predictive Shader Shutdown aprovecha la variación de la carga de trabajo entre fotogramas para eliminar las fugas en los grupos de shaders. Otra técnica llamada Canalización de geometría diferida busca minimizar la fuga en las unidades de geometría de función fija utilizando un desequilibrio entre la geometría y el cálculo de fragmentos en lotes que elimina hasta el 57 % de la fuga en las unidades de geometría de función fija. Se puede aplicar un método de activación de energía de tiempo de espera simple 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 mencionadas anteriormente incurren en una degradación del rendimiento insignificante, menos del 1%.