效率度量指標(biāo)的未來發(fā)展

　　很多時候，一個具有較好功率值的設(shè)備表面看來會比另外一個更好，但設(shè)計人員經(jīng)常忽略了選擇較好功率值的代價，而這些代價初期并不明顯。將能效/功率指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化可有效地解決這些問題，而隨著工程師更看重如何降低系統(tǒng)的功耗，將度量指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化也顯得越來越重要。

　　例如，當(dāng)您的競爭對手拿您的最高端及最高性能的產(chǎn)品跟他最低端的產(chǎn)品進(jìn)行比較，他們的產(chǎn)品當(dāng)然是功耗更低。所以能效的標(biāo)準(zhǔn)度量是很重要的，尤其對于復(fù)雜的功能而言。

　　宏觀層面

　　讓我們先從宏觀的角度觀察和考量一個典型的系統(tǒng)的度量指標(biāo)。數(shù)據(jù)處理中心內(nèi)的設(shè)備按照指定的規(guī)則將一個個位的數(shù)據(jù)從一個連接運送到另一個連接，這些規(guī)則可以是目的地的地址、優(yōu)先次序、安全保護(hù)等等。這些系統(tǒng)的性能一般都經(jīng)過調(diào)校，從而不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)包丟失及瓶頸的問題。然而，隨著全球通信基建設(shè)備不斷地發(fā)展壯大，尤其在網(wǎng)絡(luò)上傳送視頻，這些數(shù)據(jù)處理中心對電力的需求正急劇增長。

　　因此，很多制造商希望能想出降低整體能耗的方法?？墒?，問題在于應(yīng)該如何去公平地衡量功率。如果您只簡單地使用一個瓦特表去衡量功率，您得到的結(jié)果只是設(shè)備在那一瞬間的功率大小，它不能告訴您任何關(guān)于系統(tǒng)整體運作的情況。在我們的舉例中，系統(tǒng)可能正在每秒運送成千上萬個數(shù)據(jù)包，抑或已與網(wǎng)絡(luò)中斷通信。單純的功率指標(biāo)就像是說“我汽車的引擎每小時消耗5加侖的汽油”，但它沒有告訴您引擎的性能是什么樣。在這個宏觀的指標(biāo)中，電力是唯一被度量的因素。

　　在比較系統(tǒng)的時候，更有效的方法是首先考量系統(tǒng)的功能。舉例來說，該設(shè)備的運行是將數(shù)據(jù)包從一個連接運送到另一個連接。因此，度量設(shè)備的性能應(yīng)以它的傳輸能力作為準(zhǔn)則，也就是設(shè)備每秒可靠及無誤地傳送數(shù)據(jù)包的數(shù)量。一般來說，這個數(shù)值都是測試或設(shè)計數(shù)據(jù)提供的最高值。系統(tǒng)的最高吞吐量為性能的高低確定了一個極限，該極限也就是數(shù)據(jù)處理中心采購經(jīng)理的選購指標(biāo)。

　　方程式1表示范例系統(tǒng)在最高負(fù)載下的耗電量與數(shù)據(jù)包傳送數(shù)量的簡化比率。系統(tǒng)性能以每單位時間的數(shù)據(jù)包數(shù)量計算，而功率的量度單位則以每單位時間(秒，s)所消耗的能量(焦耳，J)計算，并以W(瓦)表示。因此，經(jīng)過簡化之后的度量指標(biāo)便是每傳送一個數(shù)據(jù)包(P)所需的能量(J/Ptransferred)。如果我們的范例系統(tǒng)在最高負(fù)載時每秒可傳送1億個數(shù)據(jù)包，同時提取300W的電力，那么最終的功率/性能比將會是3x10-6J每數(shù)據(jù)包，或是3mJ每數(shù)據(jù)包(3.0mJ/P)。

　　方程式 1 – 能量度量的簡化式 ：

　　其中 EPT=效率以焦耳每封包作單位計算(J / p);P = 功率(瓦特);TP = 封包的傳輸速率以封包每秒作單位計算;s = 秒;p = 封包數(shù)量。

　　類似的度量計算方法也可應(yīng)用到典型及較低負(fù)載的情況中。舉例而言，兩個高性能系統(tǒng)可以擁有絕對一樣的峰值吞吐量，而且功耗同樣都是400W。在最高吞吐量的水平下，表面上它們的表現(xiàn)都是一樣的，可是其中一個可能具備帶寬調(diào)節(jié)功能(bandwidth throttling)，可以把未使用的系統(tǒng)部分轉(zhuǎn)給較輕負(fù)載使用。這就是所謂的“自適性功率減省(APR)”，能夠有效地節(jié)省正常運作的功耗。如果系統(tǒng)缺少APR，它在較低負(fù)載時便需消耗更多能量。在我們的例子中，具備APR功能的系統(tǒng)，其功耗在5000萬數(shù)據(jù)包每秒的負(fù)載下可以降低到200W，達(dá)到4mJ/P的等級。相反地，如果系統(tǒng)沒有APR，它在相同吞吐量下的性能等級便只有8mJ/P。

　　設(shè)計人員的觀點

　　因此，如果您拿這些指標(biāo)去比較系統(tǒng)，便可以決定哪一個系統(tǒng)的效率更高。那么，現(xiàn)在剩下來的問題是這些指標(biāo)對系統(tǒng)設(shè)計人員有何意義或啟發(fā)?如果工程人員的任務(wù)是在改善系統(tǒng)性能的同時降低功耗，他們便需要先了解所選組件的性能/能源度量特性。

　　美國國家半導(dǎo)體為其PowerWise品牌產(chǎn)品制定了一些能源/性能指標(biāo)，這些指標(biāo)可識別哪一個產(chǎn)品在指定能耗下的性能是最高的。設(shè)計人員可以選擇那些在指定能耗下表現(xiàn)最佳的組件，抑或可以選擇在指定性能級別下能耗最低的組件。

　　此外，設(shè)計人員也應(yīng)該開始考慮為系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)添加自適性功能以降低功耗。毫無疑問，即使在滿負(fù)載的情況下，系統(tǒng)仍很少會用盡所有功率，就像汽車不會全程都以250公里時速全速去行駛。在大多數(shù)的情況下，系統(tǒng)會按需要不斷在較低性能水平與較高性能水平之間循環(huán)。假如設(shè)備能夠通過負(fù)載轉(zhuǎn)移、卸除未使用的部分、調(diào)節(jié)時鐘頻率或其它的方法去達(dá)到較低的功率，系統(tǒng)便可節(jié)省更多功率。