Узнайте об оптимальной стратегии уменьшения энергопотребления с помощью технологии Intel SpeedStep®

 

Раджшри Чабаксвар (Rajshree Chabukswar)

 

По мере того как отрасль движется в направлении развития мобильных вычислительных устройств, такие ресурсы, как срок службы батареи, приобретают все большую важность для удобства использования систем. В этом документе анализируется энергопотребление различных программ воспроизведения DVD-дисков, а также даются рекомендации по снижению энергопотребления. Для этого исследования были проанализированы различные программы воспроизведения DVD и выполнены с помощью нескольких доступных конфигураций. Мы даем свои рекомендации по оптимальному сокращению энергопотребления при воспроизведении содержимого DVD-диска.

 

Методология тестирования

 

Здесь рассматриваются три разные программы воспроизведения DVD-дисков, для того чтобы лучше изучить эффект энергопотребления. В одном случае — в режиме максимального энергосбережения, а в другом — без использования режима энергосбережения. Рабочая нагрузка, использованная для анализа, является стандартной для DVD-содержимого, поставляемого вместе со средством эталонного испытания MobileMark* 2005.

 

Профиль энергопотребления DVD

Прежде чем рассматривать различные примеры внедрения, давайте обратимся к профилю энергопотребления DVD в нерабочем состоянии, во время чтения и вращения.

 

Как свидетельствует цифры, приведенные выше, наибольшее энергопотребление происходит при вращении DVD-диска. Следовательно, сокращение количества событий вращения позволит снизить энергопотребление. Продолжительное считывание данных с DVD-диска также приводит к потреблению почти 2,5 Вт. В нерабочем состоянии наблюдается самое низкое энергопотребление.

 

 

Данное конкретное ПО обеспечивает три режима для мобильных платформ. Эти режимы позволяют сэкономить больше энергии (по сравнению с выполнением приложения с отключенным режимом энергосбережения).

Здесь предлагаются разные режимы при воспроизведении DVD-дисков.

1. Без использования режима энергосбережения: данные считываются по мере обработки. Во время воспроизведения доступ к DVD-диску осуществляется на 100%.
2. С использованием режима энергосбережения: данные помещаются в буфер для сокращения времени ускорения и замедления вращения DVD-диска. Данные, помещенные в буфер, обрабатываются через определенные промежутки времени. Режимы энергосбережения подразделяются на три разных режима на основе общего количества помещаемых в буфер данных при каждом вращении DVD-диска. В этом исследовании мы сосредоточили основное внимание на режиме наибольшего энергосбережения: агрессивный/максимальное энергосбережение.

Расположенный ниже рисунок отражает ситуацию при буферизации данных. Это приводит к сокращению количества доступов для чтения DVD-диска, что, в свою очередь приводит к экономии энергии. "Агрессивный" позволяет поместить в буфер наибольшее количество данных по сравнению с двумя другими режимами.

 

 

Расположенный ниже рисунок отражает ситуацию при буферизации данных. Это приводит к сокращению количества доступов для чтения DVD-диска, что, в свою очередь приводит к экономии энергии. "Агрессивный" позволяет поместить в буфер наибольшее количество данных по сравнению с двумя другими режимами.

 

 

Чтобы убедиться в том, что программа воспроизведения действительно помещает данные в буфер с помощью предварительного считывания, был проведен эксперимент по учету всех вызовов ReadFile() со стороны средства воспроизведения DVD №1. Записи в журнале указывали на то, что при низкой активности DVD вызовы ReadFile() отсутствуют. Это время равняется времени обработки (с энергией DVD, близкой к 0W), как показано на предыдущих графиках.

Общий профиль энергопотребления DVD и платформы в различных режимах рабочей нагрузки средства MobileMark показан ниже:

	DVD Energy	CPU Energy	Platform Energy
No Power Saving	869.84	663.92	6618.76
Aggresive/Max Power Saving	263.41	762.99	6039.41

* Энергия в мВт/ч

Как уже говорилось выше, буферизация данных (агрессивная, средняя и консервативная) для сокращения ускорений и замедлений вращения DVD-диска позволяет сэкономить значительное количество энергии DVD по сравнению с режимом без буферизации данных (без энергосбережения). Например, при агрессивном режиме экономия энергии DVD достигает ~70% (наибольшее энергосбережение) по сравнению с режимом, не предусматривающим экономию энергии. Такая экономия приводит к ~10% энергосбережению на уровне платформы.

Во втором примере внедрения рассматривается еще один образец ПО для воспроизведения DVD от ведущего производителя. Это ПО содержит специальные средства для мобильных устройств, позволяющие продлить срок службы батареи при воспроизведении DVD-дисков на мобильных платформах. Из трех режимов работы, предлагаемых в этом ПО, наибольший интерес для изучения представляют следующие.

1. Максимальная производительность/режим без энергосбережения. Процессор разгоняется до максимально возможной скорости, вне зависимости от используемой системой схемы энергопотребления.
2. Режим максимального энергосбережения. Процессор работает с оптимальной скоростью с учетом выбранной политики энергопотребления.

Анализ данного ПО, показал, что в отличие от программного средства для воспроизведения DVD-дисков № 1, оно не выполняет буферизацию и чтение данных во время воспроизведения мультимедийного содержимого; следовательно, энергопотребление DVD практически одинаково во всех трех режимах при 20-минутной рабочей нагрузке. Более того, анализ основных причин показал, что рабочая частота процессора меняется в режиме максимальной производительности/без энергосбережения. Программа добивается этого за счет изменения схемы электропитания системы для работы с максимально возможной частотой и восстановления исходной схемы электропитания после завершения работы.

 

 

Поскольку данные не помещаются в буфер, профиль энергопотребления DVD в обоих режимах по сути одинаковый. В обоих режимах происходит постоянное считывание данных с DVD-диска, что приводит к большому энергопотреблению. На расположенном ниже рисунке показано мгновенное энергопотребление DVD в режиме максимальной производительности (без энергосбережения) и в режиме максимального энергосбережения.

Поскольку анализ показывает изменение операционной частоты процессора при работе в режиме максимальной производительности по сравнению с режимом максимального энергосбережения, мгновенный профиль энергопотребления процессора изменяется в этих режимах.

На расположенном ниже рисунке показано мгновенное энергопотребление процессора в режиме максимальной производительности (без энергосбережения), которое в некоторых случаях достигает пика в ~24 Вт.

 

 

В то время как на другом рисунке (см. ниже) мгновенное энергопотребление процессора в режиме максимального энергосбережения не превышает ~7 Вт:

 

Поскольку общий уровень использования процессора при воспроизведении DVD в этих двух режимах составляет всего 10-15%, работа с максимальной частотой скорее всего не требуется даже в режиме максимальной производительности (без энергосбережения). Если нужна максимальная рабочая частота, технология Intel SpeedStep® позволяет автоматически наращивать ее по мере роста потребностей. Это также гарантирует сохранение производительности для пользователей в тех случаях, когда требуется высокая частота процессора. Если ПО изменяет рабочую частоту, энергопотребление процессора увеличивается на ~25% в режиме максимальной производительности (без энергосбережения).

Общий профиль энергопотребления DVD, платформы и процессора показан на данном рисунке.

	DVD Energy	Platform Energy	CPU Energy
Max Perf/No Power Saving	897.82	10143.56	3329.53
PowerSaving mode	895.57	7509.18	1064.02

 

* Энергия в мВт/ч

 

 

В третьем исследовании приведены результаты анализа одного из наиболее часто используемых пользовательских приложений для воспроизведения DVD-дисков. Оно имеет два режима работы: включенный режим оптимизации использования батареи (максимальное энергосбережение) и отключенный (без энергосбережения).

Эта программа не помещает данные в буфер в режиме максимального энергосбережения, но рабочая частота не меняется, так же, как в случае программного средства для воспроизведения DVD № 2.

Мгновенное энергопотребление для DVD и процессора в режимах включенной оптимизации использования батареи (максимальное энергосбережение) и отключенной (без энергосбережения) показано на рисунке ниже.

Поскольку данные не помещаются в буфер в режиме оптимального использования батареи (режим максимального энергосбережения), профиль мгновенного энергопотребления DVD в обоих режимах имеет похожие характеристики, как показано на рисунке ниже.

 

 

Мгновенные профили энергопотребления процессора в этих двух режимах имеют некоторые отличия. На рисунке ниже показано энергопотребление процессора в режиме отключенной оптимизации использования батареи (без энергосбережения). Обратите внимание, что большинство пиков находятся рядом с линией 5 Вт:

 

 

На рисунке ниже показаны результаты, полученные в режиме включенной оптимизации использования батареи (максимальное энергосбережение). Обратите внимание, что большинство пиков находятся рядом с линией 2-3 Вт:

Такая разница приводит к более уровню энергопотребления процессора и платформы при включенном режиме оптимизации использования батареи по сравнению с отключенным.

Общее энергопотребление процессора несколько выше при отключенной оптимизации использования батареи (без энергосбережения) по сравнению с включенной (максимальное энергосбережение), что приводит к ~22% экономии энергии процессора, когда включен режим оптимизации. Вследствие этого на уровне платформы энергосбережение достигает ~5%.

	DVD Energy	CPU Energy	Platform Energy
Power Optimized Perf Enabled	780.93	703.25	6202.04
Power Optimized Perf Disabled	781.04	554.87	6023.57

 

* Энергия в мВт/ч

 

 

В этом документе проведен сравнительный анализ энергопотребления DVD, процессора и платформы при использовании трех программ воспроизведения DVD, рассмотренных выше.

Приведенные ниже цифры показывают сравнительную энергию DVD. В то время как ПО для воспроизведения DVD № 1 выполняет буферизацию данных в режиме максимального энергосбережения, оно показывает довольно низкий уровень энергопотребления. ПО для воспроизведения DVD № 2 и ПО для воспроизведения DVD № 3 не имеют заметных отличий.

 

Приведенные ниже цифры показывают сравнительное энергопотребление процессора. Поскольку ПО для воспроизведения DVD № 2 повышает рабочую частоту до максимума в режиме максимальной производительности (без энергосбережения), оно потребляет намного больше энергии:

 

 

 

Проведенное исследование показало, что технология буферизации, реализованная в ПО для воспроизведении DVD № 1, сокращает энергопотребление DVD на 70%, а общее энергопотребление платформы — на 10% по сравнению с другими технологиями.

Всегда для сбережения энергии рекомендуется сокращать количество ускорений и замедлений вращения DVD, а также доступов для чтения.

Также не рекомендуется изменять в ПО схему энергопотребления, чтобы разогнать процессор до максимально возможной частоты. Поскольку технология Intel SpeedStep автоматически изменяет рабочую частоту по мере роста потребностей в обработке, она позволяет увеличивать ее по мере необходимости.

 

 

Rajshree Chabukswar is an Application Engineer in Intel's Mobile Application Enabling group, working on client enabling. Prior to working at Intel, she obtained an MS in Computer Engineering at Syracuse University.