क्यों काम करने वाले प्रोसेसर अधिक विद्युत शक्ति का उपयोग करते हैं?


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जब मैं कोडिंग शुरू करता हूं, तो कम से कम, जहां तक ​​मुझे पता है, प्रोसेसर सभी ने एक निश्चित मात्रा में बिजली का उपयोग किया है। प्रोसेसर "निष्क्रिय" जैसी कोई चीज नहीं थी।

इन दिनों बिजली के उपयोग को कम करने के लिए सभी प्रकार की प्रौद्योगिकियां हैं जब प्रोसेसर बहुत व्यस्त नहीं है, ज्यादातर गतिशील रूप से घड़ी की दर को कम करके।

मेरा सवाल यह है कि कम घड़ी दर पर चलने से कम बिजली का उपयोग क्यों होता है?

एक प्रोसेसर की मेरी मानसिक तस्वीर एक संदर्भ वोल्टेज की है (5V कहो) एक बाइनरी 1 का प्रतिनिधित्व करता है, और 0V का प्रतिनिधित्व करता है 0. इसलिए मुझे लगता है कि इस चिप को डिस्कनेक्ट करने वाले विभिन्न लॉजिक गेट्स के साथ पूरे चिप में लगातार 5V लगाया जा रहा है। जब "बंद", जिसका अर्थ है कि बिजली की एक निरंतर मात्रा का उपयोग किया जा रहा है। जिस दर पर ये द्वार चालू और बंद होते हैं, उसका उपयोग की गई शक्ति से कोई संबंध नहीं है।

मुझे कोई संदेह नहीं है कि यह एक निराशाजनक भोली तस्वीर है, लेकिन मैं कोई इलेक्ट्रिकल इंजीनियर नहीं हूं। क्या कोई समझा सकता है कि वास्तव में आवृत्ति स्केलिंग के साथ क्या हो रहा है, और यह कैसे बिजली बचाता है। क्या कोई अन्य तरीके हैं जो एक प्रोसेसर राज्य के आधार पर अधिक या कम बिजली का उपयोग करता है? उदाहरण यदि अधिक फाटक खुले हैं तो क्या यह अधिक शक्ति का उपयोग करता है?

मोबाइल / कम पावर प्रोसेसर उनके डेस्कटॉप चचेरे भाई से कैसे अलग हैं? क्या वे सिर्फ सरल हैं (कम ट्रांजिस्टर?), या क्या कुछ अन्य मौलिक डिजाइन अंतर है?


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आप गलत हैं, प्रोसेसर ने समय के साथ समान मात्रा में बिजली का उपयोग नहीं किया, यह हमेशा परिवर्तनशील था। चीजों को सरल बनाना, कोई यह मान सकता है कि बिजली केवल एक फ्लिप-फ्लॉप मान को स्विच करने पर खर्च की जाती है। इसलिए, प्रति सेकंड जितनी अधिक संगणना की जाती है, उतने ही आंतरिक रजिस्टर अपने मूल्यों को बदलते हैं, उतनी ही शक्ति खर्च होती है।

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अगर मुझे अपने इलेक्ट्रॉनिक्स को सही ढंग से याद है, तो अधिकांश "व्यर्थ" ऊर्जा (उर्फ "गर्मी") रिसाव है (उर्फ (छोटी) वर्तमान प्रवाह की मात्रा जहां कोई प्रवाह नहीं होना चाहिए)। ऐसा होता है अधिक है जब आप एक कर रहे हैं।) एक उच्च वोल्टेज और ख के प्रयोग से।) उच्च आवृत्तियों पर स्विचन। अधिकांश आधुनिक सीपीयू अपनी कम-शक्ति की स्थिति में वोल्टेज और आवृत्ति दोनों को कम करते हैं (और भले ही वे उनमें से सिर्फ एक को कम करते हैं, यह अभी भी एक लाभ है)।

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@ एसके-तर्क: कई ऐतिहासिक प्रोसेसर ईसीएल लॉजिक का उपयोग करते हैं, जो कि घड़ी की दर चाहे जितनी भी हो, लगभग उतनी ही मात्रा में बिजली की खपत करता है। सीमौर क्रे ने ECL का उपयोग करने के लिए CDC 8600, Cray-1, Cray X-MP, Cray Y-MP, Cray T90 को डिजाइन किया। विकिपीडिया ईसीएल तर्क लेख अन्य कंपनियों से कुछ अधिक सूचीबद्ध करता है। क्या आप कह रहे हैं कि वे मशीनें कभी अस्तित्व में नहीं थीं, या आप कह रहे हैं कि वे प्रोसेसर के रूप में नहीं गिनते हैं?
दाविदश्री

प्रोसेसर भी हॉल्ट इंस्ट्रक्शन का उपयोग करके बिजली की बचत करते हैं। ऑपरेटिंग सिस्टम कर्नेल प्रोसेसर को जगाने के लिए टाइमर सेट कर सकता है और प्रोसेसर को सो जाने के निर्देश को निष्पादित कर सकता है।
Oskar Skog

जवाबों:


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जिस दर पर ये द्वार चालू और बंद होते हैं, उसका उपयोग की गई शक्ति से कोई संबंध नहीं है।

यह वह जगह है जहाँ आप गलत हैं। मूल रूप से, प्रत्येक गेट एक अविश्वसनीय छोटे समाई के साथ संधारित्र है। "कनेक्ट" और "डिस्कनेक्ट" करके इसे चालू और बंद करना वोल्टेज को गेट के अंदर या बाहर एक अविश्वसनीय रूप से छोटे विद्युत चार्ज को स्थानांतरित करता है - यही वह अलग तरह से कार्य करता है।

और एक चलती विद्युत आवेश एक धारा है, जो शक्ति का उपयोग करती है। अरबों फाटकों से उन सभी छोटे धाराओं को प्रति सेकंड अरबों बार स्विच किया जा रहा है जो काफी थोड़ा जोड़ते हैं।


स्मृति में यही हो रहा है - स्मृति। प्रोसेसर से मेमोरी (कैश) SRAM का उपयोग करता है जो कैपेसिटर के साथ लागू नहीं होता है ...

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@ m3th0dman: मैं कैपेसिटर बनने के इरादे वाले तत्वों के बारे में बात नहीं कर रहा हूं। हर ट्रांजिस्टर, सीपीयू के अंदर के हर तत्व में एक समाई होती है।

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जैसा कि एसके-लॉजिक की टिप्पणी बताती है कि वास्तव में एक स्थिर स्थिति के बजाय फ्लिप-फ्लॉप स्विच करने पर सबसे अधिक शक्ति खर्च होती है।

गतिशील रूप से कम करने के लिए दो मुख्य चीजें हैं जो आप IIRC कर सकते हैं।

  1. अगर एक चिप के पूरे क्षेत्रों को देखा नहीं जा रहा है, तो आप संभावित रूप से उन क्षेत्रों के लिए पूरी तरह से बिजली बंद कर सकते हैं

  2. घड़ी का पेड़ अपने आप में सिस्टम में सबसे बड़ी बिजली नालियों में से एक है, मोटे तौर पर यह एक सिस्टम का सबसे तेज़ स्विचिंग हिस्सा है। इसलिए घड़ी के पेड़ में शक्ति कम करना महत्वपूर्ण है।


घड़ी का पेड़ क्या है?
अकलतरा

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@ कुलतार उन सभी पंक्तियों की कुल संख्या है जो प्रोसेसर के प्रत्येक तत्व को घड़ी संकेत वितरित करते हैं जिन्हें घड़ी के साथ सिंक्रनाइज़ करने की आवश्यकता होती है।
माइकल बोर्गवर्ड

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इलेक्ट्रॉनिक सर्किट द्वारा उपभोग की जाने वाली शक्ति के दो घटक हैं:

  • रिसाव, जो कम या ज्यादा आवृत्ति स्थिर से स्वतंत्र है और प्रौद्योगिकी और कार्यशील वोल्टेज पर निर्भर करेगा;
  • स्विचिंग पावर, जो आवृत्ति पर निर्भर करती है (यह विभिन्न कैपेसिटेंस, ट्रांजिस्टर और तारों को लोड और अनलोड करने के कारण है)

खपत कम करने के लिए, प्रोसेसर डिजाइनर कई तकनीकों का उपयोग करते हैं:

  • लोड के आधार पर आवृत्ति को संशोधित करना (यह केवल स्विचिंग पावर पर कार्य करेगा)
  • जब वे आवश्यक नहीं हों तो सर्किट के कुछ हिस्सों को पावर या पावर को कम करना

इन तकनीकों का एक परिणाम यह है कि आपके भार के आधार पर, आप बिजली की खपत POV से बेहतर हो सकते हैं, या तो आवृत्ति को कम कर सकते हैं या पूरी गति से "स्प्रिंट" कर सकते हैं और फिर सर्किट का सबसेट काट सकते हैं।


यह भी संभव है कि रिसाव को कम करने के लिए आवृत्ति कम करने से ऑपरेटिंग वोल्टेज को कम करने की अनुमति मिलती है (क्योंकि ट्रांजिस्टर थोड़ा धीमा हैं)।
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कम घड़ी दर पर चलने से निश्चित कार्य करने के लिए आवश्यक ऊर्जा प्रभावित नहीं होती है। यदि आप रिसाव के लिए खाते हैं, तो यह आवश्यक ऊर्जा को बढ़ा सकता है और पूरी तरह से बंद करने में सक्षम है।

जहां कम घड़ी की दर से ऊर्जा की बचत होती है, वह ऑपरेटिंग वोल्टेज को कम करने में भी सक्षम होता है। वोल्टेज को कम करने से अक्सर लंबे समय तक सक्रिय रहने की आवश्यकता के लिए क्षतिपूर्ति करने के लिए पर्याप्त शक्ति की बचत होती है।


मैं शॉन सहमत नहीं हूँ। घड़ी की दर कम करने से संपूर्ण घड़ी-श्रृंखला में शामिल सभी परजीवी स्विचिंग नुकसान कम हो जाते हैं, जो एक विशिष्ट सीपीयू में बड़े पैमाने पर होता है। मेरी एटम नेटबुक 1GHz पर चलती है, अगर मैं सीपीयू को 500MHz तक नीचे फेंकता हूं तो यह कूलर चलाता है और नेत्रहीन आपूर्ति से कम शक्ति खींचता है, और यह कार्य को प्रभावित करता है - इसे पूरा होने में दोगुना समय लगता है।
rdtsc

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@rdtsc सावधान अब। सीन ऊर्जा लिखते हैं , शक्ति नहीं ।
पाइप

@rdtsc आप शक्ति और ऊर्जा को भ्रमित कर रहे हैं। पहले क्रम में, एक विशिष्ट कार्य को निश्चित संख्या में घड़ी चक्र की आवश्यकता होगी। इस बारे में सोचें कि दो अलग-अलग ऑपरेटिंग बिंदुओं पर एक बैटरी आपके कार्य का जवाब कैसे देगी।
शॉन होउलहिन

आह हाँ। अभी भी यहां पहले कप कॉफी पर काम कर रहे हैं। :) मुझे इसे मापना होगा, लेकिन मुझे लगता है कि उपयोग की जाने वाली ऊर्जा वास्तव में कम घड़ी की दर के साथ थोड़ी अधिक होगी , क्योंकि एक आधुनिक सीपीयू में प्रति सेकंड को संभालने के लिए कई आवधिक घटनाएं होती हैं। धीमी घड़ी के लिए इनमें से अधिक होंगे, और कार्य को पूरा करने के लिए अधिक समय का मतलब होगा।
rdtsc

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