1 Elettronica per l’informatica 2 Contenuto dell’unità D Conversione dell’energia metodi di conversione, tipi di conversioni e schemi Alimentatori lineari componentistica e tecnologie riferimenti di tensione, regolatori e filtri Alimentatori a commutazione tecniche PWM, topologie buck, boost e buck-boost accumulatori e caricabatterie Pilotaggio di carichi tecniche di pilotaggio, attuatori, carichi induttivi Gestione della potenza Sistemi low-power, ottimizzazione potenza/prestazioni
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Elettronica per l’informatica
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Contenuto dell’unità D
Conversione dell’energiametodi di conversione, tipi di conversioni e schemi
Alimentatori linearicomponentistica e tecnologieriferimenti di tensione, regolatori e filtri
Alimentatori a commutazionetecniche PWM, topologie buck, boost e buck-boostaccumulatori e caricabatterie
Pilotaggio di carichitecniche di pilotaggio, attuatori, carichi induttivi
Gestione della potenzaSistemi low-power, ottimizzazione potenza/prestazioni
WLANTrasmissione: 1.5 W Ricezione: 1.3 WSleep time: 60 msWake-up time: 30 ms
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Metodi di gestione della potenza
ProcessoriFunzionamento normale: prestazioni massimeIdle: una routine software può fermare la CPU quando non viene utilizzata mentre comunquevengono monitorati gli interruptsSleep: shutdown completo di tutte le attività
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Ottimizzazione delle prestazioni
Misure effettuate su un HD Fujitsu
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Ottimizzazione delle prestazioni
Tecniche predittive per il controllo degli statiOsservazione dei carichi di lavoro su lunghi periodiPrevisione di periodi di IDLE
Transizione in SLEEP se il tempo predetto è lungo abbastanza da ammortizzare il costo di transizione (in termini di potenza dissipata)Adattamento in tempo reale delle stime se il carico di lavoro non e’ costantePRECISIONE!
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Ottimizzazione delle prestazioni
Strategie: il sistema di PM osserva lo stato del sistema e adotta una strategia di controllo (sequenza di comandi)
i comandi sono funzione dello stato del sistema (e non della sua storia precedente)
Per ogni stato del sistema si adotta una determinata strategiaPer ogni stato del sistema si adotta la probabilità di una determinata strategiaLa strategia non cambia durante il tempo
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Ottimizzazione delle prestazioni
Il sistema di PM è una cosa solo con l’OSL’OS conosce i task attivi e quelli in stand-byL’OS può decidere le strategie di PM
ACPI (Advanced Configuration and Power Interface) adottato da Intel, Microsoft, Toshiba
Open standard per sistemi di PM basati su OS
Supportato da tutti i più recenti PC (>2000)>W2000Stesse prestazioni contro un risparmio di 1.7X
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Gestione della potenza nei circuiti
Legge di MooreEnorme aumento della densità dei dispositiviimplementati su chipAumento delle frequenze di funzionamento
Diminuzione delle tensioni di alimentazione (5, 3.3, 2.5, 1.8, 1.5, 0.8?)Nonostante questo, aumento delle potenzedissipate su chip (+30% ogni anno)La capacità delle batterie aumenta del 10% ognianno
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Gestione della potenza nei circuiti
Architetture con tensione di alimentazionevariabile
Scalamento controllato e contemporaneo dellatensione di alimentazione e della frequenza di clock
Più tensioni di alimentazione possibili (valoridiscreti)Utilizzo di convertitori DC-DC ad alta efficienzaApplicazioni sia nel campo dell’elaborazione (PC, PDA, etc…) sia nel campo dell’elettronica di potenza (azionamenti, sistemi di controllo, etc…)
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Gestione della potenza nei circuiti
Un esempio: INTEL Xscale
Corrente assorbita in funzione di frequenza/tensione
333
400
466
533
600
666
733
333
400466
533
600666
733
0
100
200
300
400
500
600
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Frequenza (MHz)
Cor
rent
e (m
A)
Frequenza (Mhz)
Tensione (V)
333 1.0 400 1.1 466 1.2
533 1.25 600 1.3
666 1.4 733 1.5
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Gestione della potenza nei circuiti
Altri aspetti critici nell’ottimizzazione della potenzadissipata
Ottimizzazione della memoria (interna ed esterna)
Diminuzione degli accessi in memoriaPartizionamento cache/memoriaOttimizzazione del codiceSet istruzioni dedicato/ottimizzatoCompressione del codiceCodifica dei bus
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Sommario lezione D5
Gestione della potenza
Metodi di gestione della potenza
Ottimizzazione delle prestazioniGestione della potenza dissipata
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Verifica lezione D5
Cosa si intende per Power management?È sempre vantaggioso porre un sistema, una periferica o una parte di un circuito in uno stato di SLEEP?Da cosa dipende la potenza dissipata nei circuiti digitali in tecnologia CMOS?Su quali parametri si può agire per diminuire la potenza dissipata?Come agisce il controllo dinamico della tensione di alimentazione?
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Fonti
Power Aware Software Architecture, Rajesh K. Gupta University of California, IrvineSystem-Level Power Optimization, Luca Benini, ESSES 03System-Level Power Management, TajanaSimunic, Stanford University