33、循环优化对能耗的影响

循环优化对能耗的影响

1. 不同操作模式的能耗与重新同步开销

在计算机系统中，不同的操作模式具有不同的能耗和重新同步开销。以下是不同操作模式下的能耗（每次访问）和重新同步时间：
| 操作模式 | 能耗 (nJ) | 重新同步开销 (周期) |
| — | — | — |
| 活动模式 | 3.570 | 0 |
| 待机模式 | 0.830 | 2 |
| 打盹模式 | 0.320 | 30 |
| 掉电模式 | 0.005 | 9,000 |

这里采用了基于硬件的 BIT 预测机制，在 10 个周期的空闲后，相应的存储体进入待机模式；若再经过 100 个周期仍未被引用，则进入打盹模式；若进一步经过 1,000,000 个周期未被引用，就进入掉电模式。当存储体被引用时，会回到活动模式并产生相应的重新同步开销。

2. 缓存局部性与片外内存能耗

2.1 无缓存时的情况

许多优化编译器使用一系列技术来增强数据局部性，其中循环转换技术尤为重要。但如果内存层次结构中没有缓存，采用面向局部性的循环转换可能并不明智，因为这不会带来好处，反而会增加循环执行开销。然而，如果内存系统被划分为多个存储体，应用循环转换仍然有意义，因为可以通过循环转换将循环迭代聚类，使给定时间段内的内存访问集中在一小部分存储体中，从而让系统将更多存储体置于低功耗操作模式。

2.2 有缓存时的情况

缓存的存在会对分存储体内存架构的能耗产生重要影响。缓存可以过滤许多内存引用，增加存储体的访问间隔时间，带来两个主要结果：一是减少了片外内存的访问频率，降低了能耗；二是更多的存储体