21、多核处理器电源管理的进展

多核处理器电源管理的进展

在当今的计算领域，电源管理已成为设计各种处理元件（PEs）的核心要素。一方面，超低功耗（ULP）嵌入式系统，如微控制器和片上系统（SoCs），作为无处不在的物联网（IoT）的核心，受到其外形尺寸的限制，进而受限于电池容量或可再生能源供电。另一方面，高性能计算系统的功耗则受限于有限的散热和供电网络容量。实际上，整个计算领域都受到有限功耗运行的影响，这对可实现的性能构成了实际限制。

1. 电源管理基础

数字设备的功耗是由其工作条件和特定时刻的计算能力共同决定的。时钟频率不仅决定了数字设备中计算的速度，也是内部电容充放电的速率。这些充放电的强度取决于电源电压，同时也影响着设备的最大时钟速度以及对工艺和信号噪声的鲁棒性。并非所有消耗的功率都用于计算，漏电功率会在设备保持开启状态时被浪费，并且会随着硅温度和电源电压的升高而增加。

电源管理涉及硬件（HW）设计选择以及软件（SW）抽象和策略，是优化整个计算领域功耗的关键，同时能最大限度地提高各种处理元件的性能和使用寿命。

2. 并行超低功耗计算

物联网、电子健康、智能传感器和可穿戴消费设备预计将推动未来几十年的电子市场。这些应用依赖于研究界提供能够将超低功耗特性与合理性能水平相结合的设备。这些应用不仅面临着日益严格的功耗预算，还对计算能力的需求不断增加。摩尔定律的发展速度已经放缓，过去几十年推动半导体发展的CMOS缩放技术所带来的能源收益正在减少。在这个“摩尔定律黄昏时代”，转向近阈值计算（NTC）领域可以实现进一步的能源收益。然而，峰值性能被限制在几十兆次每秒（MOPS）。一些方法通过超宽电源电压缩放来可靠地满足性能要求，但代价是能源效率的降低。

并行