效率度量指標的未來發(fā)展

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很多時候，一個具有較好功率值的設備表面看來會比另外一個更好，但設計人員經(jīng)常忽略了選擇較好功率值的代價，而這些代價初期并不明顯。將能效／功率指標標準化可有效地解決這些問題，而隨著工程師更看重如何降低系統(tǒng)的功耗，將度量指標標準化也顯得越來越重要。

例如，當您的競爭對手拿您的最高端及最高性能的產(chǎn)品跟他最低端的產(chǎn)品進行比較，他們的產(chǎn)品當然是功耗更低。所以能效的標準度量是很重要的，尤其對于復雜的功能而言。

宏觀層面

讓我們先從宏觀的角度觀察和考量一個典型的系統(tǒng)的度量指標。數(shù)據(jù)處理中心內(nèi)的設備按照指定的規(guī)則將一個個位的數(shù)據(jù)從一個連接運送到另一個連接，這些規(guī)則可以是目的地的地址、優(yōu)先次序、安全保護等等。這些系統(tǒng)的性能一般都經(jīng)過調(diào)校，從而不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)包丟失及瓶頸的問題。然而，隨著全球通信基建設備不斷地發(fā)展壯大，尤其在網(wǎng)絡上傳送視頻，這些數(shù)據(jù)處理中心對電力的需求正急劇增長。

因此，很多制造商希望能想出降低整體能耗的方法。可是，問題在于應該如何去公平地衡量功率。如果您只簡單地使用一個瓦特表去衡量功率，您得到的結(jié)果只是設備在那一瞬間的功率大小，它不能告訴您任何關于系統(tǒng)整體運作的情況。在我們的舉例中，系統(tǒng)可能正在每秒運送成千上萬個數(shù)據(jù)包，抑或已與網(wǎng)絡中斷通信。單純的功率指標就像是說“我汽車的引擎每小時消耗5加侖的汽油”，但它沒有告訴您引擎的性能是什么樣。在這個宏觀的指標中，電力是唯一被度量的因素。

在比較系統(tǒng)的時候，更有效的方法是首先考量系統(tǒng)的功能。舉例來說，該設備的運行是將數(shù)據(jù)包從一個連接運送到另一個連接。因此，度量設備的性能應以它的傳輸能力作為準則，也就是設備每秒可靠及無誤地傳送數(shù)據(jù)包的數(shù)量。一般來說，這個數(shù)值都是測試或設計數(shù)據(jù)提供的最高值。系統(tǒng)的最高吞吐量為性能的高低確定了一個極限，該極限也就是數(shù)據(jù)處理中心采購經(jīng)理的選購指標。

方程式1表示范例系統(tǒng)在最高負載下的耗電量與數(shù)據(jù)包傳送數(shù)量的簡化比率。系統(tǒng)性能以每單位時間的數(shù)據(jù)包數(shù)量計算，而功率的量度單位則以每單位時間(秒，s)所消耗的能量(焦耳，J)計算，并以w(瓦)表示。因此，經(jīng)過簡化之后的度量指標便是每傳送一個數(shù)據(jù)包(p)所需的能量(J／P_transferrde)。如果我們的范例系統(tǒng)在最高負載時每秒可傳送1億個數(shù)據(jù)包，同時提取300W的電力，那么最終的功率／性能比將會是3xlO。T每數(shù)據(jù)包，或是3μJ每數(shù)據(jù)包(3.0μJ／p)。

方程式1-能量度量的簡化式：

E_PT=P/T_P=E/s/P/s=E/P

其中E_PT=效率以焦耳每封包作單位計算(J／p)；P=功率(瓦特)；T_P=封包的傳輸速率以封包每秒作單位計算；s=秒；p=封包數(shù)量。

類似的度量計算方法也可應用到典型及較低負載的情況中。舉例而言，兩個高性能系統(tǒng)可以擁有絕對一樣的峰值吞吐量，而且功耗同樣都是400W。在最高吞吐量的水平下，表面上它們的表現(xiàn)都是一樣的，可是其中一個可能具備帶寬調(diào)節(jié)功能(bandwidth throttling)，可以把未使用的系統(tǒng)部分轉(zhuǎn)給較輕負載使用。這就是所謂的“自適性功率減省(APR)”，能夠有效地節(jié)省正常運作的功耗。如果系統(tǒng)缺少APR、它在較低負載時便需消耗更多能量。在我們的例子中，具備APR功能的系統(tǒng)，其功耗在5000萬數(shù)據(jù)包每秒的負載下可以降低到200W，達到4μJ／P的等級。相反地，如果系統(tǒng)沒有APR，它在相同吞吐量下的性能等級便只有8μJ／P。

設計人員的觀點

因此，如果您拿這些指標去比較系統(tǒng)，便可以決定哪一個系統(tǒng)的效率更高。那么，現(xiàn)在剩下來的問題是這些指標對系統(tǒng)設計人員有何意義或啟發(fā)?如果工程人員的任務是在改善系統(tǒng)性能的同時降低功耗，他們便需要先了解所選組件的性能／能源度量特性。

美國國家半導體為其PowerWise品牌產(chǎn)品制定了一些能源／性能指標，這些指標可識別哪一個產(chǎn)品在指定能耗下的性能是最高的。設計人員可以選擇那些在指定能耗下表現(xiàn)最佳的組件，抑或可以選擇在指定性能級別下能耗最低的組件。

此外，設計人員也應該開始考慮為系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)添加自適性功能以降低功耗。毫無疑問，即使在滿負載的情況下，系統(tǒng)仍很少會用盡所有功率，就像汽車不會全程都以250公里時速全速去行駛。在大多數(shù)的情況下，系統(tǒng)會按需要不斷在較低性能水平與較高性能水平之間循環(huán)。假如設備能夠通過負載轉(zhuǎn)移、卸除來使用的部分、調(diào)節(jié)時鐘頻率或其它的方法去達到較低的功率，系統(tǒng)便可節(jié)省更多功率。