13、CPU 功耗与数据压缩技术解析

CPU 功耗与数据压缩技术解析

1. CPU 功耗相关知识

在某些情况下，CPU 的功耗与执行时间同样重要。下面我们来详细了解 CPU 功耗的相关内容。

1.1 能量与功率的区别

功率是单位时间内的能量消耗，热量产生取决于功率消耗，而电池续航则更直接地依赖于能量消耗。通常，我们会用“功率”作为能量和功率消耗的简称，仅在必要时区分二者。

1.2 CMOS 电路的功耗来源

如今，几乎所有数字系统都采用互补金属氧化物半导体（CMOS）电路构建。CMOS 电路的功耗主要有以下几个来源：
- 电压降 ：CMOS 电路的动态功耗与电源电压的平方（V²）成正比。通过将电源电压降低到能满足性能要求的最低水平，可显著降低功耗。还可以添加并行硬件，在保持性能的同时进一步降低电源电压。
- 翻转 ：CMOS 电路在改变输出值时消耗大部分功率。降低电路的运行速度可以降低功耗，但不减少操作所需的总能量；消除 CMOS 电路输入的不必要变化，即消除电路输出的不必要毛刺，可以降低能量消耗。
- 泄漏 ：即使 CMOS 电路不活跃，也会有一些电荷通过衬底从电路节点泄漏出去。消除泄漏电流的唯一方法是移除电源，但完全断开电源后，重新连接系统并重新初始化其内部状态通常需要大量时间。

1.3 CMOS CPU 的节能策略

基于上述功耗来源，CMOS CPU 采用了以下节能策略：
- 降低电压 ：例如，将电源从 1V 降至 0.9V，功耗将下