笔记本专用CPU的节能技术
秦时明月
2002-1-16 阅读次数：1209
笔记本电脑在使用电池时要考虑不过分降低整机性能又能最大程度节省能源的问题， INTEL AMD TRANSMETA这三家移动CPU生产厂家生产设计中都采用了一些节能技术。
INTEL
采用SPEEDSTEP技术的笔记本专用CPU比台式CPU设计成本要高出很多。采用SPEEDSTEP技术的笔记本电脑通过交流适配器供电时，CPU将处于正常工作电压下的全速工作状态，如果是依靠电池供电，CPU自动切换成低电压，低功耗，低运行速度的状态。因为对同一CPU而言，运行速度快，工作电压越高,功耗也越大;相反降频低后,工作电压降低,功耗和发热量也会降低如PIII650CPU,当其处于100MHz外频和6.5倍频正常工作状态时,标准工作电压为1.6V,标准功耗为14.4W;当系统用电池供电运行SPEEDSTEP后,工作状态是100MHZ外频和5倍频,工作电压也降到了1.35V,功耗只有7.9W.可见,在采用降频和降压两项措施后,处理器的功耗降低了一半。
SPEEDSTEP技术是是未来新一代便携笔记本电脑专用PIIICPU的基本特征。
在第一代SpeedStep技术中，处理器只提供了两种频率变换状态：高速状态全频率运行高速状态，以及电池节能降频运行状态，两种状态的切换可系统自动调节，也可以通过特殊软件手动调节变换。
第二代的SpeedStep技术提供灵活的自动处理器频率变换功能，变换状态种类也只有两种，但 两种状态下的运行频率调节更为灵活。根据笔者对Mobile Pentium
III 850的观察来看，在CPU配合Windows XP时，能提供最为完美的节能/性能方案。无论是否接AC电源，在刚进入系统时，处理运行于700MHz频率，随后，处理器开始辨认系统是否高速运作，如果高负荷运作，就自动调节到750、800或者850MHz工作，如果是低负荷运行，那么处理器将保持700MHz频率不变，若未接外接电源，处理器频率还会降到一个更低的水平，例如550MHz，或者是500MHz，尽可能节省能量。相比而言，第二代的SpeedStep技术频率档次更多，即使在外接电源时，也能尽可能降低处理器发热量，减少高频处理器笔记本的散热器使用次数以及因此带来的噪声。
第二代SpeedStep技术已经在Mobile Pentium III 700以上级别的处理器中开始使用，根据Intel提供的调查数据显示，使用第二代SpeedStep技术的Mobile
Pentium III的笔记本，比采用第一代SpeedStep技术处理器的笔记本平均可以延长20到30分钟的电池使用时间，尤其对超薄型、低能耗笔记本，则效果更佳。
AMD
AMD目前在K6-2+和K6-III+芯片上也采用了与INTEL的SPEEDSTEP技术类似的POWERNOW!技术,它有三种模式:高性能模式HIGH-PERFORMANCE MODE。电池节能模式BATTERYSAVERMODE和自动模式MUTO MODE。当使用交流电源时采用高性能模式,CPU芯片以最高标价称频率和标准内核电压运行。
使用电池时系统会切换到电池节能模式,CPU芯片以相对低的时候频率和相对低的内核电压运行,在这种情况下,CPU运行电压最低,频率降低百分之二十,这时电池寿命最长,可是性能比较低。自动模式就是由系统自动监视CPU资源的占用情况,这是POWERNOW的独特之处。在这种模式下,根据CPU的使用情况,自动调整时钟频率和内核电压,这样可以得到最佳的性能/电池寿命比,既得到了较长的使用时间,又不降低运行效率。
这项技术可以延长百分之三十的电池使用时间而不影响使用。模式设定一般在BIOS中设定或者通过一个控制软件在操作系统中实现,POWERNOW!技术可以让CPU在二十几种不同的频率下运行。像K6-2+高性能模式时是500MHZ,2V工作电压,功耗为12W;切换到电池节能模式时仅200MHZ到300MHZ,1.4V工作电压,功耗只有5W。
TRANSMETA
TRANSMETA 的Cruso CPU 采用的"LONGRUN"节能技术能够随时检测对CPU资源的需求,并且根据应用程序的实际需要动态地平衡地调整芯片的时钟频率和电压,这样既不会浪费能量也不会浪费电池的寿命。
从功能上讲,"LONGRUN"在电源管理方面更加灵活,功能更为强大。该技术不仅仅是判断是否使用了交流电源,而是在机器使用过程中根据目前所执行的软件任务对机器性能的要求自动地调整CPU的时钟频率,比如说如果您正在播放DVD影片,而播放DVD所需要的运算性能只要求当前CRUSOE
CPU标称频率的一半运行即可,那么LONGRUN技术会自动调整系统时钟频率为标称的一半。这时电能消耗可以说与执行的任务密切相关.
这里特别要指出的是:当时钟速度下降的时候,CPU所消耗的电能会以几何级数下降,而不是线性下降, 就是说,芯片时钟速度只需降低10%,功耗就可以降低30%.功耗和电压平方成正比,只要稍微降低电压,就可以显著降低功耗.CRUSOE TM5400使用这个技术后,运行普通的办公应用程序时候功耗小于1W,而停止键盘操作后功耗甚至小于8MW。执行数据密集型运算应用程序,平均功耗不超过2W。CRUSOE TM3120使用LINUX操作系统,在深度睡眠模式,使用功耗仅为20MW.在正常运行下每天消耗的电源也在1W以下,只有传统笔记本处理器功耗的四分之一。
相比较之下,PENTIUMIII就没有自动省电措施,不能根据当前的任务自动调节主频和功耗。根据有关报道,在播放同一张DVD影片时,PENTIUMIII只是根据你是否从使用AC电源适配器转向使用电池方式工作,如果是,处理器就会自动调整其电压和工作主频,而不考虑所执行任务对运算性能的实际需要来进行调整。显而易见,CRUSOE
CPU 所采用的这种技术是一种真正的节能技术,是今后笔记本电脑CPU节能技术发展的方向。