동적 주파수 스케일링

Dynamic frequency scaling
CPU 설계 원리에 대해서는 주파수 스케일링을 참조하십시오.
여기서 "CPU 슬롯링"이 리다이렉트 됩니다.기타 용도는 스로틀(동음이의) § 컴퓨팅을 참조하십시오.

동적 주파수 스케일링(CPU 슬롯링이라고도 함)은 마이크로프로세서의 주파수를 실제 수요에 따라 자동으로 조정하여 전력을 절약하고 칩에 의해 발생하는 열량을 감소시키는 컴퓨터 아키텍처의 전원 관리 기술입니다.동적 주파수 스케일링으로 모바일 디바이스의 배터리를 절약하고 저소음 컴퓨팅 설정으로 냉각 비용 및 노이즈를 줄일 수 있습니다.또, 과열 시스템(오버클럭 불량 등)의 시큐러티 대책으로서도 도움이 됩니다.

동적 주파수 스케일링은 거의 항상 동적 전압 스케일링과 함께 나타납니다. 주파수가 높을수록 디지털 회로가 올바른 결과를 얻기 위해 더 높은 공급 전압이 필요하기 때문입니다.조합된 토픽은 DVFS(Dynamic Voltage and Frequency Scaling)로 알려져 있습니다.

프로세서 슬롯링은 "자동 언더클럭"이라고도 합니다.자동 오버클럭(부스트)은 기술적으로도 동적 주파수 스케일링의 한 형태이지만, 비교적 새로운 방식이며 일반적으로 스로틀링에 대해서는 설명하지 않습니다.

작동

참고 항목: 프로세서의 소비전력 »소스

칩에 의해 소멸되는 동적 전력(스위칭 전력)은 C·V2·A·f이며, 여기서 C는 클럭 사이클당 스위칭되는 캐패시턴스, V는 전압, A는 칩 내의 트랜지스터에 의한 클럭 사이클당 스위칭이벤트 평균 수(단위 없음)를 나타내는 액티비티[1] 팩터(Activity [2]Factor)

따라서 전압은 전력 사용 및 [3]발열을 결정하는 주요 요인입니다.안정적인 작동에 필요한 전압은 회로가 클럭되는 주파수에 따라 결정되며, 주파수도 [4]감소하면 감소될 수 있습니다.다만, 동적인 전력만으로는 칩의 총전력을 설명할 수 없습니다.이는 주로 다양한 누설전류에 기인하는 정적인 전력도 있기 때문입니다.정적 전력 소비와 점근적 실행 시간으로 인해 소프트웨어의 에너지 소비는 볼록한 에너지 동작을 나타내는 것으로 나타났습니다. 즉, [5]에너지 소비를 최소화하는 최적의 CPU 주파수가 존재합니다.트랜지스터 크기가 작아지고 임계값 전압 레벨이 감소함에 따라 누출 전류가 점점 더 중요해지고 있습니다.10년 전만 해도 동적 전력은 전체 칩 전력의 약 3분의 2를 차지했습니다.현재의 CPU와 SoC의 누설 전류에 의한 전력 손실이 전체 전력 소비량을 좌우하는 경향이 있습니다.누출 전력을 제어하기 위한 시도에서는 high-k 금속 게이트와 파워 게이트가 일반적인 방법이었다.

동적 전압 스케일링은 칩이 동작하는 주파수는 동작 전압과 관련이 있기 때문에 주파수 스케일링과 함께 자주 사용되는 또 다른 관련 전력 절약 기술입니다.

전압 레귤레이터 등 일부 전기 컴포넌트의 효율은 온도가 상승함에 따라 저하되므로 온도에 따라 전력 사용량이 증가할 수 있습니다.소비전력을 증가시키면 온도가 상승할 수 있기 때문에 전압 또는 주파수의 증가는 CMOS 공식에서 나타내는 것보다 훨씬 더 많은 시스템 전력 수요를 증가시킬 수 있습니다.또,[6][7] 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

퍼포먼스에 미치는 영향

동적 주파수 스케일링은 프로세서가 일정 시간 내에 실행할 수 있는 명령 수를 줄여 성능을 저하시킵니다.따라서 일반적으로 워크로드가 CPU에 바인딩되지 않은 경우에 사용됩니다.

스위칭 전력을 절약하는 방법으로는 동적 주파수 스케일링 자체가 가치가 있는 경우는 거의 없습니다.V 구성2 요소와 최신 CPU가 저전력 유휴 상태에 대해 강력하게 최적화되어 있기 때문에 가능한 한 많은 전력을 절약하려면 동적 전압 확장도 필요합니다.대부분의 정전압의 경우 장시간 저클럭 레이트로 동작하고 가벼운 아이돌 상태에서 잠시 동안만 동작하는 것보다 피크 속도로 잠시 동작하고 장시간 깊은 아이돌 상태('레이스 투 아이돌' 또는 계산 스프린트라고 불립니다)를 유지하는 것이 효율적입니다.그러나 클럭 레이트와 함께 전압을 낮추면 이러한 트레이드오프가 변경될 수 있습니다.

이와는 반대되는 기술은 오버클럭으로 프로세서의 (동적) 주파수를 제조원의 설계 사양을 초과하여 증가시킴으로써 프로세서의 성능을 향상시킵니다.

두 가지 주요 차이점 중 하나는 현재의 PC 시스템에서는 오버클럭이 대부분 프론트 사이드 버스를 통해 이루어지지만(주로 멀티플라이어가 잠겨 있기 때문에), 동적 주파수 스케일링은 멀티플라이어를 사용하여 수행된다는 것입니다.또한 오버클럭은 정적인 경우가 많지만 동적 주파수 스케일링은 항상 동적입니다.칩 열화 위험이 허용될 경우 소프트웨어는 오버클럭된 주파수를 주파수 스케일링 알고리즘에 포함할 수 있습니다.

벤더간 지원

인텔(R)

인텔의 CPU 슬롯링 테크놀로지 SpeedStep은 모바일 및 데스크톱 CPU 라인에서 사용되고 있습니다.

AMD

AMD는 2개의 CPU 슬롯링 기술을 채택하고 있습니다.AMD의 Cool'n'Quiet 테크놀로지는 데스크톱 및 서버 프로세서 라인에서 사용되고 있습니다.Cool'n'Quiet의 목적은 AMD 모바일 프로세서 라인에서는 사용되지 않기 때문에 배터리 지속 시간을 절약하는 것이 아니라 발열을 줄이는 것을 목적으로 하고 있습니다.이것에 의해, 시스템 팬의 회전 속도가 저하해, 냉각과 저소음을 실현해, 테크놀로지의 명칭이 됩니다.AMD의 PowerNow!CPU 슬롯링 테크놀로지는 모바일 프로세서 라인에서 사용되고 있습니다만, AMD K6-2+와 같은 지원 CPU는 데스크탑에서도 사용할 수 있습니다.

AMD 전원Tune 및 AMD ZeroCore Power는 GPU의 동적 주파수 스케일링 기술입니다.

VIA 테크놀로지

비아테크놀로지스 프로세서는 롱홀(PowerSaver)이라는 이름의 기술을 사용하는 반면 트랜스메타의 버전은 롱런(LongRun)으로 불렸다.

36 프로세서 AsAP 1 칩은 주파수, 시작 및 정지의 임의 변경 등 완전히 제약 없는 클럭 동작을 지원하는 최초의 멀티코어 프로세서칩 중 하나입니다.167 프로세서 AsAP 2 칩은 개별 프로세서가 자체 클럭 주파수를 완전히 자유롭게 변경할 수 있는 최초의 멀티코어 프로세서 칩입니다.

ACPI 사양에 의하면, 현대의 CPU의 C0 동작 상태는, 클럭 레이트를 저감 할 수 있는 이른바 「P」상태(퍼포먼스 스테이트)와 STPLK(정지 클럭 레이트)를 삽입해 CPU를 한층 더 감속시키는 「T」상태(실제 클럭 레이트가 아님)와 듀티 사이클을 생략하는 것으로 나눌 수 있습니다.

팔

칩에 탑재된 ARM 기반 시스템은 CPU 및 GPU 슬롯링을 제공합니다.

「 」를 참조해 주세요.

전력 절약 테크놀로지:

퍼포먼스 향상 테크놀로지:

레퍼런스

  1. ^ K. Moiseev, A. Kolodny and S. Wimer (September 2008). "Timing-aware power-optimal ordering of signals". ACM Transactions on Design Automation of Electronic Systems. 13 (4): 1–17. doi:10.1145/1391962.1391973. S2CID 18895687.
  2. ^ Rabaey, J. M. (1996). Digital Integrated Circuits. Prentice Hall.
  3. ^ Victoria Zhislina (19 February 2014). "Why has CPU frequency ceased to grow?". Intel.
  4. ^ https://www.usenix.org/legacy/events/hotpower/tech/full_papers/LeSueur.pdf[베어 URL PDF]
  5. ^ Karel De Vogeleer; Memmi, Gerard; Jouvelot, Pierre; Coelho, Fabien (2014). "The Energy/Frequency Convexity Rule: Modeling and Experimental Validation on Mobile Devices". arXiv:1401.4655 [cs.OH].
  6. ^ Mike Chin. "Asus EN9600GT Silent Edition Graphics Card". Silent PC Review. p. 5. Retrieved 21 April 2008.
  7. ^ Mike Chin. "80 Plus expands podium for Bronze, Silver & Gold". Silent PC Review. Retrieved 21 April 2008.