Динамическое изменение напряжения
Основной идеей динамического изменения напряжения на процессоре (далее ДИН) является такое изменение напряжение на элементе питания чипа в некоторых точках программы (называемых точками управления напряжением, ТУН), что энергопотребление системы сокращается, при этом сохраняя (либо незначительно снижая) производительность. Возможность такой оптимизации обеспечивается тем, что потребляемая энергия квадратично зависит от подаваемого напряжения, тогда как частота процессора (а, следовательно, и производительность) зависит от напряжения лишь линейно.
Существует несколько классов алгоритмов ДИН, известные в литературе как статические (offline), динамические (online) и смешанные (mixed). Разница между этими классами заключается в моменте, в который принимается решение, во-первых, о местонахождении точек управления напряжением, и во-вторых, о величине, на которую изменяется напряжение. Динамические алгоритмы ДИН принимают все эти решения во время работы программы (например, в планировщике ОС); статические алгоритмы определяют как точки, так и величины изменения напряжения во время компиляции (хотя непосредственно изменение напряжения также происходит во время работы программы); наконец, смешанные алгоритмы обычно вычисляют возможные точки изменения напряжения во время компиляции, а величина изменения определяется динамически.
Нами была выполнена реализация статического алгоритма ДИН, основанная на []. Выбранный алгоритм вставляет точки изменения напряжения в тех местах программы, основное время выполнения которых тратится на работу с памятью. Если в такой области кода понизить напряжение на процессоре, то снижения производительности не произойдет, так как процессор все равно вынужден ждать данных из памяти. Необходимым условием для этого является раздельное питание процессора и памяти, что обычно и бывает в современных системах. Как точки изменения, так и величины изменения напряжения вычисляются алгоритмом статически на основании данных профиля программы, при этом учитывается время, затрачиваемое на смену напряжения.
Мы рассматривали и другие статические алгоритмы ДИН в качестве кандидатов для исследований, но они либо тестировались только на симуляторах (а не на реальных встраиваемых системах либо ноутбуках), либо заключались в комбинировании классических цикловых оптимизаций с понижением напряжения, что может быть выполнено и независимо.
