Forbruget af Intel processorer er et problem, der har fået flere floder af blæk til at flyde, og det skaber forvirring hos mange af brugerne. Derfor har vi besluttet at skrive en artikel for at forklare, hvordan strømforbruget på en processor fungerer, og så man kan se, at det ikke er et emne, som vi kan kvalificere som sort eller hvid, men med en gråskala.
Hvis vi ser på de tekniske specifikationer af Intel-processorer, vil vi observere, at flere forskellige energiforbrug er markeret, hvilket fører til flere forvirringer hos mange brugere. Hvordan foregår overgangen fra den ene til den anden, hvilke regler følger de, og hvad er årsagerne til at have flere forbrugsprofiler på samme CPU.
Energiforbrug i en Intel-processor
Uanset om vi taler om en CPU eller en GPU i dag er det, der tilstræbes, at de forbruger mindst mulig energi, hvilket også betyder at reducere den varme, de afgiver. Til dette er der metoder, der får clockhastighederne og den anvendte spænding til at svinge hele tiden. Og det er, at vi ikke altid har brug for al kraften fra en processor, da vi måske kører et miljø med en meget lav arbejdsbyrde, hvor det for brugeren ikke betyder en synlig forbedring af processoren. ydeevne.
Vi skal huske på, at forbrugsformlen i en processor er følgende:
Forbrug = Kapacitans * Urfrekvens * Spænding i kvadrat
Kapacitansen i en processor er en konstant, så de variabler, der bruges til at svinge energiforbruget, målt i watt (W), er klokfrekvens og spænding. Forholdet mellem de to er, at jo højere clockhastighed vi ønsker at opnå, jo højere spænding har vi brug for, dette bevirker, at stigningen i forbruget ikke er lineær, men derimod eksponentiel.
Nu kan vi konstatere, at den samme clockhastighed kan nås med forskellige spændinger, og det er ideelt for forbruget at have den laveste værdi, selvom dette i lyset af midlertidige stigninger i clockhastigheden er kontraproduktivt, da det kan være, at spidshastigheden ikke kan nås uden at bruge en højere værdi.
Hvad er ACPI-standarden?
For at forstå de forskellige forbrugstilstande for en Intel-processor, skal vi først forstå, hvordan ACPI-standarden fungerer, som står for Avanceret konfiguration og strømgrænseflade ( ACPI ), hvilket ville oversætte til avanceret konfiguration og strømgrænseflade. Dette giver operativsystemet følgende egenskaber:
- Udforsk og opdag nye komponenter eller ydre enheder forbundet til I/O-grænseflader. Hvad også tillader Plug and Play og Hot Swapping.
- Styr energiforbruget, hvilket giver dem mulighed for at variere urhastigheden og spændingen, der forbruges af hver af dem.
- Har evnen til at sætte processoren og forskellige hardwarekomponenter i dvale.
- Det er nøglen til overvågning af software og hardware.
Det er en eksisterende standard i processorer siden 1996 og definerer følgende globale tilstande for forbrug på en pc:
- G0: computeren arbejder på hundrede procent kapacitet.
- G1: systemet er i standby, så det er tændt og bruger så lidt som muligt
- G2: Systemet er inaktivt, men softwareudførelsen er helt stoppet, så der er ingen baggrundsudførelse.
- G3 : når denne tilstand er aktiveret, lukker hele computeren ned.
I denne artikel vil vi tale om, hvad der sker, når computeren er i G0-tilstand, og derfor vil vi ikke tage højde for dvale- eller dvaletilstande, der er defineret gennem C-States. Mere end noget andet på grund af det faktum, at vi mener, det er vigtigt at bryde myten om højt forbrug i Intel CPU'er.
P-tilstandene og forbruget i Intel-processorer
For at P-States skal være aktive, er det nødvendigt, at PC'en er i G0-tilstand og derfor C0, hvor vi taler om, at CPU'en kører og derfor udfører kode. Det vil sige den sædvanlige brug af CPU'en, hvor den har adgang til al den energi, som strømforsyningen kan give den gennem bundkort
I henhold til den originale ACPI-standard skal operativsystemet, som er ansvarlig for styring af de forskellige processer, være ansvarlig for styring af CPU-kraften, selvom der fra Intel Sky Lake-arkitekturen og fremefter blev foretaget vigtige ændringer og P -States blev ikke længere kontrolleret af operativsystemet til at være en hardwareenhed, der var ansvarlig for at skifte fra en tilstand til en anden, og tog information fra de interne MEMS til dette
Antallet af P-tilstande varierer efter processor og skalerer fra den laveste klokhastighed og ved brug af en enkelt kerne til den, der bruger alle kerner ved den højest mulige klokhastighed. Vi skal tage højde for, at den samlede clock-hastighed fås fra en basisfrekvens, der kan multipliceres flere gange, således at der ikke tages en tilfældig clock-hastighed, men multiplikatoren vil variere efter behov.
P-tilstande gør processorer mere effektive
Som du kan se i grafen ovenfor, som er et illustrativt eksempel, er energiforbruget af Intel-processorer i hver af P-staterne tæt forbundet med spænding og husk at dette er relateret til clockhastighed, men for at opnå større effektivitet, anvendes en ekstra variabel.
Nå, hverken mere eller mindre end den arbejdsbyrde, som CPU'en har, og da det er der, hvad den gør, er at udføre instruktioner, er arbejdsbyrden defineret fra starten af mængden af instruktioner, den skal udføre. Det der sker i dag er, at vi har multitasking-miljøer, hvor flere programmer og deres processer kører samtidigt på samme tid og i multicore-systemer, så vi har forskellige workloads, der er fordelt på de forskellige kerner.
Da operativsystemet tildeler disse processer til de forskellige kerner, ved det, hvad dets niveau af arbejdsbelastning er på hver enkelt. Men ikke hvad hver instruktion gør, men også hvor meget hver enkelt bruger, når de udføres, holdes under lås og slå. I dag er der i CPU'en en række hardwareenheder bestilt til den. Denne teknologi er nøglen til at reducere forbruget af Intel-processorer og gøre dem mere effektive afhængigt af de programmer, du kører.
Og hvad definerer hver P-stat? Nå, antallet af aktive kerner, clockhastigheden og spændingen i hver af dem, selvfølgelig er det at have en processor til spil som at have en super sportsvogn, og du ønsker ikke, at der skal være en hastighedsgrænse, især hvis du er konkurrerende eller i vores tilfælde køre en højtydende applikation såsom spil.
Hvad er PL1, PL2 og PL4 på Intel CPU'er?
Det maksimale forbrug af Intel-processorer er markeret med Power Limit-konstanter, der markerer grænsen i watt, som en processor kan forbruge, hvor PL1 er den normale grænse, som CPU'en kan nå i 100% af tiden.
Med hensyn til PL2, vil mange af jer have observeret, at der er en Boost-frekvens, som i Intel-processorer kaldes Turbo og er, at analogien med en super sportsvogn grundlæggende er ideel til at forstå dette, da det giver processoren en ekstra kraft tid i en begrænset periode, hvilket øger din urhastighed i løbet af det samme, i alt op til 100 sekunder.
PL4-tilstanden svarer derimod til en mikroacceleration, på kun 10 mikrosekunder, så kun for få instruktioner og for at nå hastigheder meget længere, som på grund af hvor høje de er, ikke er holdbare for processoren på lang sigt. Det er ikke en almindeligt brugt tilstand, og Intel har næppe dokumenteret det.
PL1 = PL2 på Intel Core 12, hvordan påvirker det forbruget?
En ændring, som Intel har foretaget i sin Alder Lake-S-arkitektur, er det faktum, at PL1 = PL2, et udsagn, der har forårsaget mange forvirring på grund af det faktum, at PL2-tilstanden i virksomhedens tidligere CPU-arkitekturer varede op til 100 sekunder, hvor forbrugsgrafen lavede en bro, hvor forbruget først voksede progressivt, en god tid blev opretholdt i PL2 og derefter gradvist faldet til PL1.
Lad os sige, at der i CPU'er med Alder Lake-S-arkitekturen er mulighed for at køre processoren i PL2-tilstand, som om den var PL1-tilstand, og at de maksimale clockhastigheder kan nås uden tidsbegrænsning. Hvilket har åbenlyse konsekvenser for CPU'ens holdbarhed og forbrug, men derfor har vi tidligere forklaret P-Staterne.
Det skal huskes, at med hensyn til forbruget af Intel-processorer, er den PL, der er tildelt hver processor, en grænse, og dette er ikke altid nået, så CPU'en vil variere sin clockhastighed og spænding i henhold til dens behov, og de vil ikke altid forbruge det maksimum. Der er endda enheder, der, når de ikke er i brug, slukkes eller deres urhastighed sænkes, så de forbruger mindre.
