Verbrauch in Intel-Prozessoren: P-States and Power Limits oder PL

Der Verbrauch von Intel Prozessoren ist ein Problem, das mehrere Tintenflüsse verursacht hat und das bei vielen Benutzern Verwirrung stiftet. Aus diesem Grund haben wir uns entschlossen, einen Artikel zu schreiben, um zu erklären, wie der Stromverbrauch eines Prozessors funktioniert und damit Sie sehen, dass es sich nicht um ein Thema handelt, das wir als schwarz oder weiß einstufen können, sondern mit einer Grauskala.

Verbrauch in Intel-Prozessoren

Wenn wir uns die technischen Spezifikationen der Intel-Prozessoren ansehen, werden wir feststellen, dass mehrere unterschiedliche Energieverbräuche gekennzeichnet sind, was bei vielen Benutzern zu einigen Verwirrungen führt. Wie erfolgt der Übergang von einem zum anderen, welchen Regeln folgen sie und was sind die Gründe für mehrere Verbrauchsprofile auf demselben CPU.

Energieverbrauch eines Intel-Prozessors

consumo energético procesador

Ob wir von einer CPU oder einem GPU Heute wird angestrebt, möglichst wenig Energie zu verbrauchen und damit auch die Wärmeabgabe zu reduzieren. Dafür gibt es Verfahren, die die Taktraten und die verwendete Spannung ständig schwanken lassen. Und es ist so, dass wir nicht immer die gesamte Leistung eines Prozessors benötigen werden, da wir möglicherweise eine Umgebung mit sehr geringer Arbeitsbelastung betreiben, in der für den Benutzer eine höhere Geschwindigkeit des Prozessors keine sichtbare Verbesserung bedeutet Leistung.

Wir müssen bedenken, dass die Verbrauchsformel in einem Prozessor wie folgt lautet:

Verbrauch = Kapazität * Taktfrequenz * Spannung im Quadrat

Die Kapazität in einem Prozessor ist eine Konstante, daher sind die Variablen, die verwendet werden, um den Energieverbrauch, gemessen in Watt (W), die Taktfrequenz und die Spannung zu schwanken. Die Beziehung zwischen den beiden ist, dass je höher die Taktrate, die wir erreichen möchten, desto höher die erforderliche Spannung ist, wodurch der Verbrauch nicht linear, sondern exponentiell ansteigt.

Jetzt können wir feststellen, dass die gleiche Taktrate durch unterschiedliche Spannungen erreicht werden kann und es für den Verbrauch ideal ist, den niedrigsten Wert zu haben, obwohl dies angesichts einer vorübergehenden Erhöhung der Taktrate kontraproduktiv ist, da die Spitzengeschwindigkeit möglicherweise nicht erreicht wird erreicht werden, ohne einen höheren Wert zu verwenden.

Was ist der ACPI-Standard?

Desenchufar-PC

Um die verschiedenen Verbrauchszustände eines Intel-Prozessors zu verstehen, müssen wir zunächst verstehen, wie der ACPI-Standard funktioniert, der für . steht Erweiterte Konfigurations- und Stromschnittstelle ( ACPI ), was in Advanced Configuration and Power Interface übersetzt werden würde. Dies gibt dem Betriebssystem die folgenden Fähigkeiten:

  • Erkunden und entdecken Sie neue Komponenten oder Peripheriegeräte, die an E / A-Schnittstellen angeschlossen sind. Was auch Plug and Play und Hot Swapping ermöglicht.
  • Kontrollieren Sie den Energieverbrauch, wodurch sie die Taktrate und die von jedem von ihnen verbrauchte Spannung variieren können.
  • Sie haben die Möglichkeit, den Prozessor und verschiedene Hardwarekomponenten in den Ruhezustand zu versetzen.
  • Es ist der Schlüssel zur Überwachung von Software und Hardware.

Es ist ein seit 1996 in Prozessoren existierender Standard und definiert folgende globale Zustände für den Konsum auf einem PC:

  • G0: der Computer arbeitet zu hundert Prozent.
  • G1: Das System befindet sich im Standby-Modus, ist also eingeschaltet und verbraucht so wenig wie möglich
  • G2: Das System ist im Leerlauf, aber die Softwareausführung wurde vollständig gestoppt, sodass keine Hintergrundausführung stattfindet.
  • G3 : Wenn dieser Zustand aktiviert ist, wird der gesamte Computer heruntergefahren.

In diesem Artikel werden wir darüber sprechen, was passiert, wenn sich der Computer im G0-Modus befindet, und berücksichtigen daher nicht die durch C-States definierten Schlaf- oder Ruhezustandsmodi. Vor allem deshalb, weil wir es für wichtig halten, den Mythos vom hohen Verbrauch bei Intel-CPUs zu durchbrechen.

Die P-States und der Verbrauch bei Intel-Prozessoren

P-Staaten-Gráfico

Damit die P-States aktiv sind, muss sich der PC im G0-Zustand und damit im C0-Zustand befinden, wo wir davon sprechen, dass die CPU läuft und daher Code ausführt. Das heißt, die übliche Verwendung der CPU, bei der sie Zugriff auf die gesamte Energie hat, die ihr das Netzteil durch die Hauptplatine

Nach dem ursprünglichen ACPI-Standard muss das Betriebssystem, das für die Verwaltung der verschiedenen Prozesse verantwortlich ist, für die Verwaltung der CPU-Leistung verantwortlich sein, obwohl ab der Intel Sky Lake-Architektur wichtige Änderungen vorgenommen wurden und die P-States wurden nicht mehr vom Betriebssystem als Hardwareeinheit gesteuert, die für den Wechsel von einem Zustand in einen anderen verantwortlich ist und dafür Informationen aus dem internen MEMS nimmt

Die Anzahl der P-States variiert je nach Prozessor und skaliert von der niedrigsten Taktrate und Verwendung eines einzelnen Kerns bis hin zu einer, die alle Kerne mit der höchstmöglichen Taktrate verwendet. Dabei ist zu berücksichtigen, dass sich der Gesamttakt aus einer mehrfach multiplizierten Grundfrequenz ergibt, so dass kein zufälliger Takt verwendet wird, sondern der Multiplikator entsprechend variiert wird.

P-States machen Prozessoren effizienter

Gráfica P-States Consumo Processores Intel

Wie Sie in der obigen Grafik sehen können, die ein veranschaulichendes Beispiel ist, hängt der Energieverbrauch von Intel-Prozessoren in jedem der P-States eng mit der Spannung zusammen. Denken Sie daran, dass dies mit der Taktrate zusammenhängt, aber von Um mehr zu erreichen Effizienz wird eine zusätzliche Variable verwendet.

Nun, weder mehr noch weniger als die Arbeitslast, die die CPU hat, und da sie dort Anweisungen ausführt, wird die Arbeitslast von Anfang an durch die Menge der auszuführenden Anweisungen definiert. Was heute passiert, ist, dass wir Multitasking-Umgebungen haben, in denen mehrere Programme und deren Prozesse gleichzeitig und in Multicore-Systemen laufen, wir also unterschiedliche Workloads haben, die auf die verschiedenen Kerne verteilt sind.

Intel Core Render Genérico-CPU

Da das Betriebssystem diese Prozesse den verschiedenen Kernen zuweist, weiß es, wie hoch die Arbeitsbelastung jedes einzelnen ist. Allerdings wird nicht das, was jeder Befehl tut, sondern auch wie viel jeder einzelne bei der Ausführung verbraucht, unter Verschluss gehalten. Heute gibt es innerhalb der CPU eine Reihe von Hardware-Einheiten, die dafür in Betrieb genommen werden. Diese Technologie ist der Schlüssel, um den Verbrauch von Intel-Prozessoren zu reduzieren und sie je nach den von Ihnen ausgeführten Anwendungen effizienter zu machen.

Und was definiert jeden P-Zustand? Nun, die Anzahl der aktiven Kerne, die Taktrate und die Spannung in jedem von ihnen, natürlich einen Prozessor zum Spielen zu haben, ist wie ein Supersportwagen und Sie möchten keine Geschwindigkeitsbegrenzung haben, besonders wenn Sie es sind konkurrieren oder in unserem Fall eine Hochleistungsanwendung wie Spiele ausführen.

Was sind PL1, PL2 und PL4 auf Intel-CPUs?

Intel PL1-PL2-PL4 Consumo-Prozessoren

Der maximale Verbrauch von Intel-Prozessoren wird durch die Power Limit-Konstanten markiert, die die Grenze in Watt markieren, die ein Prozessor verbrauchen kann, wobei PL1 die normale Grenze ist, die die CPU während 100 % der Zeit erreichen kann.

Was den PL2 betrifft, werden viele von Ihnen bemerkt haben, dass es eine Boost-Frequenz gibt, die bei Intel-Prozessoren Turbo genannt wird und dass im Grunde die Analogie zu einem Supersportwagen ideal ist, um dies zu verstehen, da sie dem Prozessor eine zusätzliche Leistung verleiht Zeit für eine begrenzte Zeit und erhöhen gleichzeitig Ihre Taktrate, insgesamt bis zu 100 Sekunden.

Der PL4-Modus hingegen entspricht einer Mikrobeschleunigung, von nur 10 Mikrosekunden, also nur für wenige Befehle und um viel weiter Geschwindigkeiten zu erreichen, die aufgrund ihrer Höhe für den Prozessor auf Dauer nicht tragbar sind. Es ist kein häufig verwendeter Modus und Intel hat ihn kaum dokumentiert.

PL1 = PL2 auf Intel Core 12, wie wirkt sich das auf den Verbrauch aus?

Intel Core 12 PL1 PL2 Verbrauchsprozessoren

Eine Änderung, die Intel an seiner Alder-Lake-S-Architektur vorgenommen hat, ist die Tatsache, dass PL1 = PL2 ist, eine Aussage, die aufgrund der Tatsache, dass in früheren CPU-Architekturen des Unternehmens der PL2-Modus bis zu 100 Sekunden dauerte, für viele Verwirrung gesorgt hat das Verbrauchsdiagramm bildete eine Brücke, in der der Verbrauch zuerst progressiv anstieg, eine gute Zeit in PL2 beibehalten wurde und dann allmählich auf PL1 abnahm.

Nehmen wir an, dass es bei CPUs mit der Alder-Lake-S-Architektur die Möglichkeit gibt, den Prozessor im PL2-Modus wie im PL1-Modus zu betreiben und die maximalen Taktraten ohne zeitliche Begrenzung zu erreichen. Was offensichtliche Auswirkungen auf die Haltbarkeit und den Verbrauch der CPU hat, aber deshalb haben wir vorher die P-States erklärt.

Es ist zu beachten, dass in Bezug auf den Verbrauch von Intel-Prozessoren die jedem Prozessor zugewiesenen PL eine Grenze darstellen und diese nicht immer erreicht wird, sodass die CPU ihre Taktfrequenz und Spannung je nach Bedarf variiert und sie nicht immer verbrauchen dieses Maximum. Es gibt sogar Geräte, die bei Nichtgebrauch abgeschaltet werden oder deren Takt abgesenkt wird, um weniger zu verbrauchen.