Vill stoppa strömtjuvar
| 2008-04-09 03:12
- Computer Sweden:
Professor efterlyser snålare processor
Av
| 
Grön it
Sänk spänningen, sänk klockfrekvensen, stäng av de delar som inte används. Så vill professor Mats Brorsson vid KTH göra processorerna effektsnåla utan att minska prestanda.
Energibesparing i mikroformat är Mats Brorssons område. Han är professor på KTH i Stockholm och leder forskningsområdet ”energimedvetna arkitekturer och system”.
– Det är mer begränsat än vad termen antyder, säger han.
Hans och hans doktoranders forskning går ut på att spara ström på processornivån. Man ska kunna göra samma beräkningar som tidigare, men med lägre effektförbrukning.
– Detta är ett stort område just nu, säger Mats Brorsson och nämner utvecklingen mot flerkärniga processorer.
I stället för att konstruera ännu snabbare processorer delar man upp processorns arbete på flera relativt långsamma processorer, kärnor, hopbyggda till en enhet.
Det finns en gräns vid två till fyra gigahertz där effektförbrukningen ökar dramatiskt när man höjer takten i processorn.
Två långsamma kärnor kan göra samma jobb som en snabb kärna till mycket lägre effektförbrukning.
Den kommersiella utvecklingen av processorer går numera mot flerkärniga processorer, inte mot högre klockfrekvens.
Men det finns fler sätt att minska effektförbrukningen, berättar Mats Brorsson:
– Man kan justera klock-frekvensen dynamiskt och man kan anpassa matningsspänningen.
Det är två sätt att minska effektförbrukningen som går hand i hand. Datorn drar mindre ström om man ”sänker varvtalet” så ofta det går. Om man dessutom sänker matningsspänningen minskar effektförbrukningen ännu mer.
Kostnaderna ökar drastiskt när kravet på prestanda ökar och man ökar takten. Vid hög klockfrekvens krävs det nämligen högre matningsspänning för att processorn ska kunna skilja mellan ettor och nollor.
Matningsspänning är den spänning som driver processorn när den arbetar. Moderna processorer kan arbeta med en matningsspänning runt en volt.
– Effektförbrukningen står i linjär relation till klockfrekvensen och i kvadratisk relation till spänningen, berättar Mats Brorsson.
Det vill säga att om man fördubblar klockfrekvensen går det åt dubbelt så mycket effekt, men om man fördubblar spänningen går det åt fyra gånger så mycket effekt. Och omvänt.
– Det innebär att om man halverar prestanda så går det bara åt en åttondel så mycket effekt.
Två långsamma processorer kan alltså göra samma jobb som en snabb, men de drar tillsammans bara en fjärdedel så mycket effekt.
– Detta är en mogen teknik, påpekar Mats Brorsson.
För att göra processorerna ännu mer strömsnåla arbetar en doktorand på att stänga av processorn, eller delar av processorn, enligt schema. Växlingarna mellan av och på ska mätas i millisekunder.
– Det har att göra med att processorn drar ström även i statiskt tillstånd, alltså när den inte gör något, berättar Mats Brorsson.
Det uppstår läckströmmar, ett fenomen som är negligerbart vid hög effektförbrukning, men som blir mer och mer märkbart ju mer man lyckas skruva ner effektförbrukningen.
Skillnaden mellan effektförbrukningen vid arbete och effektförbrukningen vid viloläge blir mindre och mindre, och läckströmmar kostar också pengar.
– När man stänger av en del av en processor stänger man normalt bara av klockan, men då blir det fortfarande läckströmmar. Vi arbetar på att stänga av strömtillförseln helt och hållet. Problemet är att då måste man återställa och lagra data, så att information inte bara försvinner, säger han.
Programkörningen är också en strömtjuv. När allt kommer omkring är allt en processor gör att läsa in och exekvera instruktioner.
– Vi tittar på hur man kan utforma instruktioner så att de tar mindre plats och kräver mindre energi. En lösning kan vara att komprimera instruktionerna.
– Allt vi gör är förenligt med traditionell teknik. Faktum är att funktionerna finns i processorer för inbyggda system. Det gäller bara att lära folk hur man använder dem, avslutar Mats Brorsson.
OBS! Denna artikel är mer än tio dygn gammal och är därför stängd för vidare debatt.