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深度揭秘Intel移动平台节能技术

2009-07-01Einimi《微型计算机》2009年6月下

节能先锋——英特尔移动处理器的节能技术剖析

贯穿英特尔移动领域节能技术始终的是关于处理器的节能技术,从英特尔推出移动处理器开始,到目前的迅驰2阶段,都伴随着处理器节能技术。所以,我们就先来看看英特尔移动处理器上的节能技术。

节能开始萌芽——迅驰前的处理器节能技术

英特尔于1989年推出的80386SL/80386DL可以在不工作时切断电源供应,这几乎是“原始”的节能技术,1999年,英特尔又推出了SpeedStep节能技术,针对处理器的节能技术终于开枝散叶。采用支持该技术处理器的笔记本电脑能根据电源情况自动切换工作模式:当使用电源时,
CPU开足马力全速运行;而在电池模式下,系统能自动将CPU核心电压和工作主频调低一档,达到降低功耗的目的。多数情况下,SpeedStep可以提高10%至20%的电池使用时间,节能效果非常显著。


支持SpeedStep的英特尔移动处理器

后来英特尔又推出了增强型SpeedStep技术(Enhance Intel SpeedStep Technology,
EIST),这项技术能够根据处理器需要在两种性能模式之间实时进行电压和频率的动态切换,而不需要考虑此时电脑是通过电源还是电池供电。这种方式无疑更加贴合实际使用情况,具有较高的实用意义,处理器节能技术在这里完成了一个阶段,并开始向更高阶段进发。但是这个阶段对于环保节能来说,还处于萌芽期,不管是节能效率还是应用的普及程度都难以产生较大的影响。

节能智能化——迅驰时代的处理器节能技术

支持EIST的Pentium M处理器经过两代的发展,剩余价值已经被榨得差不多了。而当全新的65nm制程移动处理器出现时,我们也迎来了处理器节能技术的新阶段。英特尔在65nm制程处理器上引入了Intelligent Power Capability(智能功率管理)技术,主要包括超精细的单元逻辑控制(Ultra Fine Grained)与晶体管休眠(Sleep Transistors)的组合:CPU核心与内部总线、逻辑单元都采用可独立控制的电源供应,利用内建的精细逻辑控制器独立开关各运算单元,或者使其进入低功耗的休眠状态,避免闲置时出现不必要的功耗浪费。通过该特性,可以智能地打开当前需要的子系统,而其它部分则处于休眠状态,大幅降低处理器的功耗及发热。在新的45nm制程处理器上,这一技术得到了更好的发挥。


支持Dynamic Power Coordination的Yonah核心移动处理器

虽然智能功率管理技术如日中天,但英特尔并没有忘记当年到处吃香的EIST技术。2006年,当“真·双核”Yonah核心处理器诞生时,EIST的改进版Dynamic Power Coordination(动态电源协调)出现在了人们的视野之中。该技术同样会根据应用情况更改处理器电压以及频率达到节能的目的,但针对多核心架构进行了优化:当空闲的系统让处理器进入低频率模式LFM(Lowest
Frequency Mode)时,Deep Power Down Technology会自动启动,将核心1设为C0模式,核心2设为C2模式……若没有其它动作就会执行智能试探法,决定下面的休眠等级,以获得低的能耗。这个时候,更广泛的应用范围与更高的节能效率使得笔记本电脑行业呈现出了倡导节能的风向。

工艺与效率双管齐下——迅驰2时代处理器

节能技术移动平台节能技术的第三阶段开始于酷睿2时代,这一阶段,英特尔又带来了Deep
Power Down Technology,也就是被称为C-Staus的深度电源管理模式技术。C-Staus分为C1~C6六个档次,可显著降低闲置期间处理器的功耗,并有效防止晶体管漏电情况。Penryn核心处理器可支持至高的C6模式,进入C6状态之后,节电量将达到95%,平均功耗会降低到0.8W。不过进入该状态和返回活跃状态的能源损耗也会越高,耗费时间亦较长。


节能技术集大成的Core 2 Duo移动处理器

新一代Penryn处理器支持自身降级功能,该功能采用智能试探法评估使用哪种C-Status模式以获得佳的能耗节省和较快的激活时间。通过Deep Power Down Technology技术,处理器节能技术的效果大幅度增加,0.8W的平均功耗是以前不可想象的,由此,处理器节能技术算是比较圆满地画上了一个阶段性的句号。

值得一提的是,在移动处理器制造工艺的竞争上,英特尔用High-K Metal Gate高介电金属栅技术卡住了竞争对手的脖子。这项技术首次应用在新一代Penryn核心处理器系列中。相比65nm工艺,依靠High-K Metal Gate高介电金属栅技术,45nm工艺提升了近2倍的晶体管数量,而其开关速度则提升了20%,特别是晶体管栅极漏电流的减少(只有传统二氧化硅的1/5)不仅让45nm工艺成为可能,TDP也依然维持在25W~35W。这项革新技术的运用,对性能的提升自不必说,维持较低的TDP更是为节能做出了贡献。

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