Hacer procesadores multi-core reducir el consumo de energía?

Question

He estado leyendo algunos tutoriales sobre el consumo de energía en paralelo del sistema. He estado siguiendo este tutorial.

Tim Mattson (Intel): Introducción a la OpenMP: 02 parte 1 del Módulo 1, YouTube

Alrededor de las 3:50 min de este tutorial, el tutor menciona que.

digamos que si tengo un procesador que funciona a la frecuencia f.

La potencia de salida es de

$$ CV^2f $$

donde V es el voltaje, y C es la capacitancia.

Si tenemos los dos procesadores que operan en la frecuencia de f/2, y están conectados en paralelo. El total de la potencia de salida será P1 + P2. Y para cada procesador, voltaje será V (están en paralelo). Y la Capacitancia será 2C (C1+C2) en paralelo.

Por lo que la potencia total será de nuevo

$$ P = P1 + P2 = 2( CV^2 f/2) $$

volverá a ser igual

$$ CV^2f. $$

Pero el mentor menciona que el consumo de energía se redujo en un 40%.

¿Alguien puede explicar? Hacer procesadores multi-core reducir el consumo de energía por un valor tan alto?

Answer 1

De acuerdo con el video comenzando a las 5:05 no es, como escribir

$$ P = P1 + P2 = 2 ( C V^2 f/2 ) $$

pero

$$ P_{reduced} = 2.2 C ⋅ (0.6 V)^2 ⋅ f/2 $$

$$ = 2.2C ⋅ 0.36 V^2 ⋅ f/2 $$

$$ = (2.2 ⋅ 0.36 ⋅ 0.5) CV^2f $$

$$ = 0.396CV^2f. $$

La drástica disminuir la potencia del 40 % es causado por la disminución de la tensión a 60 %, donde V aparece en la V2 en la fórmula de poder deriva en el vídeo de antes:

$$ P = C V^2 f .$$

Nota: El color amarillo oscuro líneas en la imagen se muestra en el vídeo representan flujo de datos, no (con cable paralelo) fuente de alimentación.

Tim Mattson dice en 5:14:

[...] la frecuencia de las escalas de voltaje, pero usted sabe que [la fuga...], así que digamos que el voltaje va ni la mitad, digamos que va a .6.

De la Dinámica de escalado de la frecuencia:

Dinámica de escalado de la frecuencia (también conocido como CPU throttling) es una técnica en la arquitectura de la pc por el cual la frecuencia de un microprocesador se puede ajustar automáticamente "sobre la marcha", ya sea para conservar el poder o para reducir la cantidad de calor generado por el chip.

...

Dinámica de la escala de voltaje es otra técnica de conservación de la energía que se utiliza a menudo en conjunción con el escalado de la frecuencia, como la frecuencia con la que un chip puede ejecutar en está relacionada con la tensión de funcionamiento.

[Última énfasis por mí.]

De la Dinámica de la escala de voltaje:

Dinámica de la escala de voltaje es una técnica de gestión de energía en la arquitectura de la pc, donde el voltaje en un componente aumenta o disminuye, dependiendo de las circunstancias.

...

Undervolting se realiza con el fin de conservar el poder, [...]

Answer 2

Por fin tengo la respuesta por parte de los tutores a sí mismo. Quiero darle las gracias por su respuesta.

Estoy muy ocupado en este momento y no tienen el tiempo para cubrir esto en detalle tanto como me gustaría. Lo siento por eso.

Pero es muy simple, si das un paso atrás y pensar en ello. SI lo que me importa es la latencia, entonces nada pero con una alta frecuencia de obras. Pero si lo que me importa es el rendimiento, entonces si me cortan la frecuencia en la mitad pero el doble de la de los núcleos, puedo mantener el mismo rendimiento. En otras palabras, los dos núcleos que se patee el resultado es que cada segundo me da dos resultados por segundo. Que coincide con un solo núcleo que da dos resultados por segundo. El rendimiento es el mismo en ambos casos.

Entonces, ¿qué pasa con la energía? Así, dos núcleos funcionando a la mitad de la frecuencia que me da cada a F/2. Tengo que añadir más cables para tratar con los dos núcleos y los núcleos propios de aumentar el número de transistores que pasan a través. Por lo que la capacitancia más que se duplica. Supongamos por un factor de 2.2. En un circuito ideal que la frecuencia está estrechamente relacionado con el voltaje. Vamos a ser conservadores y decir que si me cortan la frecuencia en la mitad de mi tensión disminuye en un 60% (en lugar del ideal del 50%).

En otras palabras, estoy haciendo suposiciones en cuanto a los cambios en F, V y C, pero estoy haciendo mis conjeturas pesimista.

Conecte los números de la ecuación de poder

\$ P1 = C * V*V*F \$ ← El poder cuando se ejecuta en una rápida core \$ P2 = 2.2 C * (0.6*V)*(0.6*V)*(F/2) = 0.396*C*V*V*F = \$ \$ 0.396*P1 \$ ← el poder en un doble núcleo a velocidad media

Yendo a dos núcleos funcionando a la mitad de la frecuencia, puedo ahorrar el 40% de la potencia para el mismo rendimiento. Si sólo se preocupan de rendimiento, añadiendo núcleos y la reducción de la frecuencia en consecuencia ahorra energía. Ya podemos seguir metiendo transistores en un procesador (la ley de Moore se ha ralentizado ... pero no muerto), pero la potencia entregada a un socket es fijo, la industria no tiene ninguna opción pero para agregar núcleos. Por lo tanto, por todos los programadores necesitan para escribir código paralelo.

Y en Este enlace se explica la relación entre el voltaje y la frecuencia:

¿Cómo afecta el consumo de energía varía con la frecuencia del procesador en un típico equipo?

La esperanza ayuda a todos los que lean esto.