Rud ometov @ rudometov.com
Для підвищення ефективності роботи комп'ютерних підсистем використовуються різноманітні засоби управління продуктивністю і енергоспоживанням
Засоби управління продуктивністю і енергоспоживанням знаходять все більшого поширення. Вбудовані ланцюга, що забезпечують у меньшеніе тактової частоти при зниженні обчислювального навантаження, дозволяє зменшити напругу живлення, а зменшення обох цих параметрів сприяє значному зниженню теплоутворення.
Як приклад ефективних засобів управління продуктивністю і оптимізації енергоспоживання (а, отже, і зниження теплоутворення) можна привести процесори Intel. У їх складі реалізовані наступні засоби:
· Детектор аварійного перегріву (catastrophic shutdown detector);
· Механізм автоматичного термального моніторингу (automatic thermal monitoring mechanism) - Thermal Monitor 1 і Thermal Monitor 2;
· Модуляція тактової частоти за запитом (software controlled on-demand clock modulation);
· Технологія Enhanced Intel SpeedStep.
Детектор аварійного перегріву - повністю автоматичний механізм, що вперше з'явився в процесорах сімейства P6 і реалізований також в процесорах Intel Pentium 4, Xeon і Pentium M. По досягненню певного температурного менша, ніж визначено при виготовленні процесора, робота припиняється до надходження спеціального сигналу RESET #.
Thermal Monitor 1 (TM1) - механізм, який отримав поширене найменування «троттлінг» (Throttling або Thermal Throttling, а також Thermal Trip). Реалізовано в процесорах Intel Pentium 4, Xeon і Pentium M. Є поєднанням другого температурного сенсора (перший служить механізмом аварійного відключення), також калібрується на етапі виготовлення процесора, і механізму модуляції тактової частоти процесора.
Модуляція тактового сигналу, що подається на процесор системою термоконтроля, наведена на Рис. 1.
Мал. 1. Модуляція тактового сигналу, що подається на процесор системою термоконтроля
На відміну від детектора аварійного перегріву, механізм TM1 є як визначаються, так і контрольованим за допомогою спеціальних інструкцій. Згідно з рекомендаціями Intel, механізм TM1 повинен включатися в BIOS при ініціалізації процесора і не змінюватися згодом операційною системою. У разі позаштатної ситуації, наприклад, зупинці кулера, механізм забезпечує підтримку температури процесора на максимально безпечному рівні за допомогою зниження його продуктивності.
Thermal Monitor 2 (TM2) - більш досконалий механізм захисту процесора від перегріву, реалізований в процесорах Intel Pentium M, а також в поліпшених моделях Intel Pentium 4 і Xeon. Істотною відмінністю від TM1 є управлінням частотою (точніше, FID - множником частоти системної шини) і годує напругою (VID) процесора. За рахунок зниження напруги живлення, TM2 дозволяє зберегти більшу продуктивність процесора в ситуації перегріву при однаковому зниженні рівня споживаної ним електроенергії. Відповідальність за використання TM2 покладається на BIOS.
Включення механізму TM2 рекомендовано для старших моделей процесорів, наприклад, для моделей не менш 2.8 ГГц при тактовій частоті шини 166 МГц і не менше 3.6 ГГц при тактовій частоті шини 200 МГц. Для молодших моделей рекомендується використовувати TM1. Одночасне включення або виключення TM1 і TM2 є позаштатним режимом роботи процесора і не рекомендується виробником. Встановлення значень FID і VID повинна відбуватися BIOS на етапі ініціалізації процесора.
Модуляція тактової частоти за запитом (ODCM) забезпечує програмне зменшення теплового навантаження на процесор під час його простою. Забезпечується програмне завдання мінімального рівня циклу корисної дії процесора за рахунок технології програмної модуляції тактової частоти процесора (троттлінга).
Технологія Enhanced SpeedStep (EIST) забезпечує енергозбереження, а, отже, і низьке теплоутворення. Спочатку вона з'явилася в процесорах Intel Pentium M. Прийшла на зміну технології Intel SpeedStep, використовуються під в мобільних процесорах Intel Pentium III і Pentium 4. Більш досконала технологія забезпечує більш ефективне управління енергоспоживанням процесора за допомогою динамічної зміни дискретних станів продуктивності процесора (P-state transitions, кожне P-state задається комбінацією значень FID і VID).
Чи не залишені розробниками зазначених коштів і сучасні багатоядерні процесори, більшість з яких створюються по архітектурі Intel Core. До них відносяться двоядерні Intel Core 2 Duo і чотириядерні моделі. До слова сказати, верхні дво- (Рис. 2) і чотириядерні моделі підтримують всі раніше розглянуті технології управління продуктивністю і енергоспоживанням. До них відносяться: технологія управління продуктивністю процесора за запитом Enhanced Intel SpeedStep (EIST), функції захисту процесора від перегріву Thermal Monitor 1 (TM1) і Thermal Monitor 2 (TM2), технологія модуляції тактової частоти процесора за запитом On-Demand Clock Modulation (ODCM ), а також поліпшені режими простою Enhanced C States (CxE).
Мал. 2. Процесор Intel Core 2 Extreme X6800
У багатоядерних процесорах лінійок Intel Core 2, а також в мобільних процесорах Intel Core Solo / Duo, остання функція була розширена на випадок всіх можливих станів бездіяльності процесора, включаючи режими Stop Grant (C2), Deep Sleep (C3) і Deeper Sleep (C4) . Для десктопних процесорів Intel Core 2 за замовчуванням включений лише режим Enhanced Halt (C1) State - C1E. Пов'язано це з тим, що більш глибокі режими «сну» процесора, як правило, не використовуються в десктопних платформах. Так, наприклад, завдяки використанню режиму C1E номінальна частота ядра процесора «скидається» до мінімального рівня - 1600 МГц (тактова частота шини 266 МГц, мінімальний множник 6x).
Оцінюючи перераховані технології, необхідно відзначити, що до засобів управління продуктивністю слід віднести і засоби і технології підвищення тактових частот. Як відомо, при підвищенні тактових частот збільшується продуктивність. Метод підвищення тактових частот отримав найменування overclocking (розгін).
Оцінюючи цю можливість, необхідно відзначити, що ідеї управління продуктивністю користуються популярністю у значної кількості потенційних користувачів. Ця обставина не могли не врахувати фірми-виробники материнських плат, більшість виробів яких забезпечені відповідними засобами.
Як правило, в даний час всі операції по розгону і контролю за встановленими параметрами здійснюються у відповідних пунктах меню BIOS Setup або запуском відповідних програмних модулів.
Апаратну підтримку даних можливостей здійснюють спеціальні ланцюги, що задають приватні режими основних підсистем. Одна зі схем формування тактових частот для основних підсистем комп'ютера приведена на Рис. 2.
Мал. 3. Варіант схеми формування тактових частот для основних підсистем комп'ютера
Зміна частотних режимів здійснюється за допомогою вбудованих в архітектуру материнських плат спеціальних засобів. До їх числа відносяться чіпи PLL (phase-locked loop), що реалізують в своєму складі керованих струмом або напругою генераторів (VCO - Voltage Controlled Oscillator), які здійснюють постійне відстежування фази вхідного сигналу. Такі генератори використовуються для управління частотою. На материнській платі PLL використовується для формування декількох частот.
Один із прикладів реалізації PLL, який використовується, наприклад, в материнських платах Gigabyte. наведено на Рис. 3.
Мал. 4. Варіант реалізації схеми чіпа PLL
Електронні ланцюги з апаратно-програмним зміною частот, що подаються на основні підсистеми комп'ютера, забезпечує широкі можливості для керованого розгону.
Говорячи про засоби управління не можна не відзначити існування фірмових технологій, які забезпечують управління продуктивністю основних підсистем. Як приклад можна привести ряд технологій компанії Gigabyte.
Технологія C.I.A. 2 (CPU Intelligent Accelerator) здійснює динамічна зміна частоти процесора (точніше, FSB) і напруги живлення в залежності від поточної завантаження. Можливий вибір одного з режимів розгону: Disable. Cruise. Sports. Racing. Turbo. Full Thrust. Кожен з режимів визначає діапазон приросту тактової частоти.
Ще одним інструментом підвищення продуктивності комп'ютера є фірмові засоби поліпшення роботи підсистеми пам'яті. Як приклад може розглядатися M.I.B. 2 (Memory Intelligent Booster) від Gigabyte, що дозволяє оптимізувати роботу з оперативною пам'яттю за рахунок обліку характеристик відомих чіпів / модулів.
Залишається додати, що зазначені технології доповнює н абор фірмових утиліт від того ж виробника материнських плат. До їх складу входить, наприклад, програма EasyTune 5. За допомогою цієї програми можна здійснювати ряд операцій, таких як моніторинг системних параметрів і розгін. Для користувачів є зміна частоти і множника процесора, множник для пам'яті, частоти шини PCI Express і напруги живлення процесора, пам'яті і південного моста чіпсета, але в менших межах, ніж доступно з BIOS.
На закінчення слід нагадати, що вибір материнської плати в значній мірі визначає можливості майбутнього комп'ютера.