Konsumtionen av Intel processorer är ett problem som har fått flera floder av bläck att flöda och som skapar förvirring för många av användarna. Därför har vi bestämt oss för att skriva en artikel för att förklara hur strömförbrukningen hos en processor fungerar och så att du kan se att det inte är ett ämne som vi kan kvalificera som svart eller vitt, utan med en gråskala.
Om vi tittar på de tekniska specifikationerna för Intel-processorer kommer vi att observera att flera olika energiförbrukningar är markerade, vilket leder till flera förvirringar hos många användare. Hur går övergången från den ena till den andra, vilka regler följer de och vad är skälen till att ha flera konsumtionsprofiler på samma CPU.
Energiförbrukning i en Intel-processor
Oavsett om vi pratar om en CPU eller en GPU idag är det man eftersträvar att de förbrukar minsta möjliga mängd energi, vilket också innebär att minska värmen de avger. För detta finns metoder som gör att klockhastigheterna och den spänning som används hela tiden fluktuerar. Och det är att vi inte alltid kommer att behöva all kraften hos en processor, eftersom vi kan köra en miljö med mycket låg arbetsbelastning där, för användaren, att köra processorn med högre hastighet inte innebär en synlig förbättring av prestanda.
Vi måste komma ihåg att konsumtionsformeln i en processor är följande:
Förbrukning = Kapacitans * Klockfrekvens * Spänning i kvadrat
Kapacitansen i en processor är en konstant, så de variabler som används för att fluktuera energiförbrukningen, mätt i watt (W), är klockfrekvens och spänning. Sambandet mellan de två är att ju högre klockhastighet vi vill uppnå, desto högre spänning behöver vi, detta gör att ökningen av förbrukningen inte blir linjär, utan snarare exponentiell.
Nu kan vi finna att samma klockhastighet kan nås av olika spänningar och det är idealiskt för konsumtionen att ha det lägsta värdet, även om detta inför tillfälliga ökningar av klockhastigheten är kontraproduktivt, eftersom det kan vara så att topphastigheten inte kan nås utan att använda ett högre värde.
Vad är ACPI-standarden?
För att förstå de olika förbrukningstillstånden för en Intel-processor måste vi först förstå hur ACPI-standarden fungerar, som står för Avancerat konfigurations- och strömgränssnitt ( ACPI ), vilket skulle översättas till avancerad konfiguration och strömgränssnitt. Detta ger operativsystemet följande funktioner:
- Utforska och upptäck nya komponenter eller kringutrustning anslutna till I/O-gränssnitt. Det som också tillåter Plug and Play och Hot Swapping.
- Styr energiförbrukningen, vilket gör att de kan variera klockhastigheten och spänningen som förbrukas av var och en av dem.
- Har möjlighet att försätta processorn och olika hårdvarukomponenter i viloläge.
- Det är nyckeln till att övervaka mjukvara och hårdvara.
Det är en befintlig standard för processorer sedan 1996 och definierar följande globala tillstånd för konsumtion på en PC:
- G0: datorn arbetar med hundra procent kapacitet.
- G1: systemet är i standby, så det är på och förbrukar så lite som möjligt
- G2: Systemet är inaktivt, men programexekveringen har stoppats helt, så det finns ingen bakgrundsexekvering.
- G3 : när detta tillstånd är aktiverat stängs hela datorn av.
I den här artikeln kommer vi att prata om vad som händer när datorn är i G0-läge och därför kommer vi inte att ta hänsyn till vilo- eller vilolägen som definieras genom C-States. Mer än något annat på grund av det faktum att vi anser att det är viktigt att bryta myten om hög konsumtion i Intel-processorer.
P-tillstånden och förbrukningen i Intel-processorer
För att P-tillstånden ska vara aktiva krävs att PC:n är i G0-tillståndet och därför C0, där vi pratar om att CPU:n kör och därför exekverar kod. Det vill säga den vanliga användningen av processorn där den har tillgång till all energi som strömförsörjningen kan ge den genom moderkort
Enligt den ursprungliga ACPI-standarden måste operativsystemet, som ansvarar för att hantera de olika processerna, ansvara för att hantera CPU-kraften, även om från och med Intel Sky Lake-arkitekturen gjordes viktiga förändringar och P -States inte längre kontrollerades av operativsystemet för att vara en hårdvaruenhet som ansvarar för att byta från ett tillstånd till ett annat, ta information från det interna MEMS för detta
Antalet P-tillstånd varierar beroende på processor och skalar från den lägsta klockhastigheten och med en enda kärna till den som använder alla kärnor med högsta möjliga klockhastighet. Vi måste ta hänsyn till att den totala klockhastigheten erhålls från en basfrekvens som kan multipliceras flera gånger, så att en slumpmässig klockhastighet inte tas, utan multiplikatorn kommer att variera efter behov.
P-tillstånd gör processorer mer effektiva
Som du kan se i grafen ovan, som är ett illustrativt exempel, är energiförbrukningen för Intel-processorer i var och en av P-staterna nära relaterad till spänningen och kom ihåg att detta är relaterat till klockhastighet, men för att uppnå större effektivitet används en extra variabel.
Tja, varken mer eller mindre än den arbetsbelastning som CPU:n har och eftersom det är där vad den gör är att utföra instruktioner, så definieras arbetsbelastningen från början av mängden instruktioner den måste utföra. Det som händer idag är att vi har multitasking-miljöer där flera program och deras processer körs samtidigt och i flerkärniga system, så vi har olika arbetsbelastningar som är fördelade på de olika kärnorna.
Eftersom operativsystemet tilldelar dessa processer till de olika kärnorna, vet det vilken arbetsbelastning det har på var och en. Dock hålls inte vad varje instruktion gör utan också hur mycket var och en förbrukar när de utförs. Idag finns det inom CPU:n en serie hårdvaruenheter beställda för den. Denna teknik är nyckeln till att minska förbrukningen av Intel-processorer och göra dem mer effektiva beroende på vilka applikationer du kör.
Och vad definierar varje P-tillstånd? Jo, antalet aktiva kärnor, klockhastigheten och spänningen i var och en av dem, att ha en processor för spel är förstås som att ha en supersportbil och du vill inte att det ska finnas en hastighetsgräns, särskilt om du är konkurrerande eller i vårt fall kör en högpresterande applikation som spel.
Vad är PL1, PL2 och PL4 på Intel-processorer?
Den maximala förbrukningen av Intel-processorer markeras av Power Limit-konstanter som markerar gränsen i watt som en processor kan förbruka, där PL1 är den normala gränsen som CPU:n kan nå under 100 % av tiden.
När det gäller PL2 kommer många av er att ha observerat att det finns en Boost-frekvens, som i Intel-processorer kallas Turbo och är att analogin med en supersportbil är idealisk för att förstå detta, eftersom det ger processorn en extra kraft tid under en begränsad tid, öka din klockhastighet under samma tid, totalt upp till 100 sekunder.
PL4-läget å andra sidan motsvarar en mikroacceleration, på endast 10 mikrosekunder, alltså bara för ett fåtal instruktioner och för att nå hastigheter mycket längre, som på grund av hur höga de är, inte är hållbara för processorn på lång sikt. Det är inte ett vanligt använda läge och Intel har knappt dokumenterat det.
PL1 = PL2 på Intel Core 12, hur påverkar det förbrukningen?
En förändring som Intel har gjort i sin Alder Lake-S-arkitektur är det faktum att PL1 = PL2, ett uttalande som har orsakat mycket förvirring på grund av det faktum att i företagets tidigare CPU-arkitekturer varade PL2-läget i upp till 100 sekunder. förbrukningsgrafen gjorde en brygga där förbrukningen först växte progressivt, en bra tid bibehölls i PL2 och sedan gradvis minskade till PL1.
Låt oss säga att det finns en möjlighet i CPU:er med Alder Lake-S-arkitekturen att köra processorn i PL2-läge som om det vore PL1-läge och att de maximala klockhastigheterna kan nås utan tidsbegränsning. Vilket har uppenbara konsekvenser för processorns hållbarhet och förbrukning, men det är därför vi tidigare har förklarat P-Staterna.
Man måste komma ihåg att när det gäller förbrukningen av Intel-processorer är PL som tilldelas varje processor en gräns och detta uppnås inte alltid, så CPU:n kommer att variera sin klockhastighet och spänning efter sina behov och de kommer inte alltid att förbruka det max. Det finns till och med enheter som när de inte används stängs av eller deras klockhastighet sänks så att de förbrukar mindre.
