O consumo de Intel processadores é um problema que faz com que vários rios de tinta fluam e que confunde muitos dos usuários. Por isso decidimos escrever um artigo para explicar como funciona o consumo de energia de um processador e para que você possa ver que não é um assunto que possamos qualificar como preto ou branco, mas com uma escala de cinza.
Se olharmos as especificações técnicas dos processadores Intel, observaremos que diversos consumos de energia diferentes são marcados, o que leva a várias confusões por parte de muitos usuários. Como ocorre a transição de um para o outro, quais as regras que seguem e quais os motivos para ter diversos perfis de consumo no mesmo CPU.
Consumo de energia em um processador Intel
Quer falemos de uma CPU ou de um GPU hoje, o que se busca é que consumam o mínimo de energia possível, o que significa também diminuir o calor que emitem. Para isso, existem métodos que fazem com que as velocidades do clock e a voltagem usada todo o tempo flutuem. E é que nem sempre vamos precisar de toda a potência de um processador, pois podemos estar rodando um ambiente com uma carga de trabalho muito baixa onde, para o usuário, rodar o processador em uma velocidade maior não implica em uma melhora visível no atuação.
Devemos ter em mente que a fórmula de consumo em um processador é a seguinte:
Consumo = Capacitância * Frequência do relógio * Tensão ao quadrado
A capacitância em um processador é uma constante, portanto, as variáveis usadas para flutuar o consumo de energia, medidas em watts (W), são a frequência do clock e a voltagem. A relação entre os dois é que quanto mais alta a velocidade do clock que queremos atingir, mais alta a voltagem de que precisamos. Isso faz com que o aumento do consumo não seja linear, mas exponencial.
Agora, podemos descobrir que a mesma velocidade de clock pode ser atingida por tensões diferentes e é ideal que o consumo tenha o valor mais baixo, embora isso em face de aumentos temporários na velocidade do clock seja contraproducente, já que pode ser que a velocidade de pico não possa ser alcançado sem usar um valor mais alto.
Qual é o padrão ACPI?
Para entender os diferentes estados de consumo de um processador Intel, devemos primeiro entender como funciona o padrão ACPI, que significa Configuração avançada e interface de energia ( ACPI ), que se traduziria em configuração avançada e interface de energia. Isso dá ao sistema operacional os seguintes recursos:
- Explore e descubra novos componentes ou periféricos conectados a interfaces de E / S. O que também permite Plug and Play e Hot Swapping.
- Controle o consumo de energia, o que permite variar a velocidade do clock e a tensão consumida por cada um deles.
- Têm a capacidade de colocar o processador e diferentes componentes de hardware para hibernar.
- É a chave para monitorar software e hardware.
É um padrão existente em processadores desde 1996 e define os seguintes estados globais para consumo em um PC:
- G0: o computador está funcionando com capacidade de cem por cento.
- G1: o sistema está em espera, por isso está ligado, consumindo o mínimo possível
- G2: O sistema está ocioso, mas a execução do software foi totalmente interrompida, portanto, não há execução em segundo plano.
- G3 : quando este estado é ativado, todo o computador é encerrado.
Neste artigo, vamos falar sobre o que acontece quando o computador está no modo G0 e, portanto, não levaremos em consideração os modos de suspensão ou hibernação que são definidos por meio dos C-States. Mais do que tudo pelo fato de acreditarmos que é importante quebrar o mito do alto consumo em CPUs Intel.
Os P-States e o consumo em processadores Intel
Para que os P-States estejam ativos, é necessário que o PC esteja no estado G0 e portanto C0, onde estamos falando da CPU rodando e portanto executando código. Ou seja, o uso usual da CPU onde ela tem acesso a toda a energia que a fonte de alimentação pode lhe fornecer através do motherboard
De acordo com o padrão ACPI original, o sistema operacional, que é responsável por gerenciar os diferentes processos, deve ser responsável por gerenciar a energia da CPU, embora a partir da arquitetura Intel Sky Lake em diante, tenham sido feitas mudanças importantes e os P -Estados não eram mais controlados pelo sistema operacional para ser uma unidade de hardware encarregada de mudar de um estado para outro, obtendo informações dos MEMS internos para este
O número de P-States varia de acordo com o processador e escala desde a velocidade de clock mais baixa e usando um único núcleo até aquela que usa todos os núcleos na velocidade de clock mais alta possível. Devemos levar em consideração que a velocidade total do clock é obtida a partir de uma frequência base que pode ser multiplicada várias vezes, de forma que uma velocidade de clock aleatória não será tomada, mas o multiplicador irá variar conforme apropriado.
P-States tornam os processadores mais eficientes
Como você pode ver no gráfico acima, que é um exemplo ilustrativo, o consumo de energia dos processadores Intel em cada um dos P-States está intimamente relacionado à tensão e lembre-se que isso está relacionado à velocidade do clock, mas de Para obter maior eficiência, uma variável adicional é usada.
Pois bem, nem mais nem menos que a carga de trabalho que a CPU possui e como é nela que o que faz é executar instruções, a carga de trabalho é definida desde o início pela quantidade de instruções que tem de executar. O que acontece hoje é que temos ambientes multitarefa onde vários programas e seus processos são executados simultaneamente ao mesmo tempo e em sistemas multicore, portanto temos diferentes cargas de trabalho que são distribuídas entre os diferentes núcleos.
À medida que o sistema operacional atribui esses processos aos diferentes núcleos, ele sabe qual é o seu nível de carga de trabalho em cada um. No entanto, não o que cada instrução faz, mas também quanto cada uma consome durante a execução é mantido a sete chaves. Hoje, dentro da CPU, há uma série de unidades de hardware comissionadas para ela. Essa tecnologia é fundamental para reduzir o consumo dos processadores Intel e torná-los mais eficientes, dependendo dos aplicativos que você executa.
E o que define cada P-State? Bem, o número de núcleos ativos, a velocidade do clock e a voltagem em cada um deles, é claro que ter um processador para jogos é como ter um super carro esportivo e você não quer que haja um limite de velocidade, especialmente se você for competir ou, no nosso caso, executar um aplicativo de alto desempenho, como jogos.
O que são PL1, PL2 e PL4 nas CPUs Intel?
O consumo máximo dos processadores Intel é marcado pelas constantes Power Limit que marcam o limite em watts que um processador pode consumir, com PL1 sendo o limite normal que a CPU pode atingir durante 100% do tempo.
Quanto ao PL2, muitos de vocês devem ter notado que existe uma frequência Boost, que nos processadores Intel se chama Turbo e é que basicamente a analogia com um super carro esportivo é ideal para entender isso, pois dá ao processador uma potência adicional tempo por tempo limitado, aumentando sua velocidade de clock durante o mesmo, no total até 100 segundos.
Já o modo PL4 corresponde a uma microaceleração, de apenas 10 microssegundos, portanto, para poucas instruções e para atingir velocidades muito mais distantes, que por serem altas, não são sustentáveis para o processador a longo prazo. Não é um modo comumente usado e a Intel dificilmente o documentou.
PL1 = PL2 no Intel Core 12, como isso afeta o consumo?
Uma mudança que a Intel fez em sua arquitetura Alder Lake-S é o fato de PL1 = PL2, uma afirmação que tem causado muita confusão devido ao fato de que nas arquiteturas de CPU anteriores da empresa o modo PL2 durava até 100 segundos nos quais o gráfico de consumo fez uma ponte em que o consumo primeiro cresceu progressivamente, um bom tempo foi mantido no PL2 e depois diminuiu progressivamente para o PL1.
Digamos que exista a possibilidade em CPUs com arquitetura Alder Lake-S rodarem o processador no modo PL2 como se fosse o modo PL1 e que as velocidades máximas do clock possam ser atingidas sem limite de tempo. O que tem consequências óbvias na durabilidade e consumo do CPU, mas é por isso que explicamos anteriormente os P-States.
Deve-se ter em mente que no que diz respeito ao consumo dos processadores Intel, os PL atribuídos a cada processador são um limite e nem sempre este é atingido, portanto a CPU irá variar sua velocidade de clock e voltagem de acordo com suas necessidades e nem sempre consumirá esse máximo. Existem até unidades que, quando não estão em uso, são desligadas ou sua velocidade de clock é reduzida para que consumam menos.