211service.com
Appspecifika processorer för att bekämpa mörkt kisel
En processor etsad med kretsar skräddarsydda för de mest använda apparna på Android-telefoner kan hjälpa till att förlänga enhetens batteritid. Forskare vid University of California, San Diego har skapat programvara som skannar operativsystemet och en samling av de mest populära apparna och sedan genererar en processordesign som är skräddarsydd efter deras krav. Resultatet kan bli 11 gånger effektivare än dagens typiska smarttelefonchip för allmänna ändamål, säger Michael Taylor, som leder GreenDroid projekt med kollegan Steven Swanson.
Leva längre: Mikroprocessorer designade kring de mest använda apparna kan göra smarta telefoner mer energieffektiva.
Chipdesign för mobiltelefoner behöver tänkas om av två anledningar, säger Taylor. Den ena är att förbättra deras användning av den begränsade energin som finns tillgänglig för en telefon, och den andra är att attackera ett problem som kallas mörkt kisel, vilket är inställt på att göra konventionella chipdesigner ännu mindre effektiva.
Mörk kisel är en del av ett mikrochip som lämnas oanvänt. Även om det är ovanligt i dag, förväntas mörkt kisel bli nödvändigt om två eller tre år, eftersom ingenjörer inte kommer att kunna minska chipsens driftspänning ytterligare för att kompensera för ökningar i energiförbrukning och spillvärme som produceras av mindre, snabbare chips.
Att driva krympande transistorer med lägre spänningar var traditionellt escape-ventilen som möjliggjorde mer beräkningskraft utan mer värmeeffekt, säger Taylor, men nu finns det ingenstans att ta vägen. Driftspänningar har krupit nära en fundamental gräns vid vilken transistorer slutar fungera praktiskt taget. Det betyder att snart, när transistorer fortsätter att bli mindre, kommer varje generation chips att vara mindre effektiv än den tidigare, säger han. Om du fortsatte att använda hela chippet skulle varje generation generera dubbelt så mycket värme som den tidigare. Att hålla energianvändningen konstant kräver att endast vissa delar av ett chip slås på samtidigt.
Taylor och Swansons GreenDroid-design kringgår detta genom att omge en processors huvudkärna – den del av ett chip som exekverar instruktioner – med 120 mindre som var och en tar hand om en kod som ofta behövs av apparna som används mest på en telefon. Varje kärnas kretsar efterliknar strukturen hos koden som de är baserade på, vilket gör dem upp till 10 000 gånger mer effektiva än en processorkärna för allmänt bruk som utför samma uppgift. Om du fyller chipet med mycket specialiserade kärnor, så kan den del av chipet som lyser upp samtidigt vara den mest energieffektiva för just den uppgiften, säger Taylor.
Istället för att manuellt översätta källkod till processorkärnor, har UCSD-teamet utvecklat programvara för att göra det. De registrerar beräkningskraven från Android OS när de kör populära appar för bland annat e-post, kartor, video och webbradiotjänsten Pandora, och från den informationen genererar mjukvaran GreenDroid-chipdesignen.
Eftersom cirka 70 procent av den koden delas mellan flera appar eller delar av operativsystemet, kan en GreenDroids specialiserade kärnor hantera mycket av en telefons mest energikrävande arbete. Detaljerade simuleringar av en komplett GreenDroid-processor bevisar dess överlägsna effektivitet, säger Taylor. Vi skickar iväg den första designen för att tillverkas i juni och har designat ett kort så att vi kan koppla in det, installera Android och appar och sedan jämföra med konventionell design, säger han.
Att ha en anpassad processor tillverkad är extremt dyrt och sällsynt i akademin. Chipet kommer att använda transistorer som är mindre än de som för närvarande finns på marknaden, med funktionsstorlekar så små som 28 nanometer. Processorer med 32 nanometer funktioner har först nyligen nått marknaden och det är i nästa generation, på 22 nanometer, som mörkt kisel förväntas bli en allvarlig utmaning.
Kevin Squadron , professor vid University of Virginia, säger att UCSD-strategin passar bra med smarta telefoner, eftersom appar är tätt integrerade med en smart telefons operativsystem. De gör klokt i att rikta in sig på Android, säger han, för på en telefon är operativsystemet ansvarigt för en stor del av det arbete som processorn gör. Det betyder att varje användare av varje telefon kommer att dra nytta av sina specialiserade kärnor. Telefoner med GreenDroid-liknande processorer kan förväntas hålla längre än konventionella telefoner med samma batteri, eller ha samma livslängd med en snyggare design, säger han.
Den specialiserade hårdvaran i detta tillvägagångssätt har dock nackdelar som gör den mindre användbar för icke-mobila enheter, säger Skadron. Det är mer utmanande med en PC eller server, eftersom operativsystemet har mindre effekt på vad processorn gör. Applikationerna utöver det är viktigast, och de varierar mycket mer mellan användare.
Den nackdelen med specialisering kan också gälla telefoner - till exempel om nya appar dyker upp som inte liknar de som används för att skapa en GreenDroid-design. För mobiltelefoner är vi inte så oroliga, eftersom folk byter ut dem så snabbt, säger Taylor. Och eftersom uppgraderingar av appar och operativsystem tenderar att vara evolutionära snarare än revolutionerande, säger han, är det osannolikt att många av ett GreenDroid-chips specialiserade kärnor skulle bli helt värdelösa under en smart telefons korta livstid. Taylor och Swanson lade till funktioner till sin design som tillåter en liten justering av bevarandekärnor för att passa ny kod, men vissa uppgraderingar kommer att vara för stora för det. Om det händer, skulle din telefon inte sluta fungera, men dess energieffektivitet skulle sjunka, säger Taylor och noterar att den här utsikten förmodligen inte skulle besvära tillverkarna för mycket ändå.