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克服高热是超频中的一个很重要的方面,超频以后,频率提高,晶体管工作越频繁,处理速度加快,但是高的频率也使功耗增大。我们来看公式:P=CfV2。公式显示了功耗P,CMOS 门电容C,开关频率f及供电电压V之间的关系。其中,CMOS门电容C为常量。开关频率f 和供电电压V可根据实际的应用要求而调整。供电电压V和开关频率f之间的关系为:V∝f。即更高的开关频率需要更高的供电电压支持。这也是晶体管加电压和超频的关系。这个公式只是CPU的动态功率,漏电流造成的静态功率并没有考虑。
从CMOS的角度来看,执行一个指令所需的功耗是相同的,所以降低CMOS频率不能减少耗电量,因为在高的时钟频率下,CPU仅仅是加快了完成工作的速度,但在空闲状态下停留的时间会更长。在实际工作中,CPU并非一直处于工作状态,即满负荷(full load),大约有40%的情况下空闲(no load),即空闲模式(IdleMode)。所以空闲状态的存在是只降低频率无法节约能耗的原因。如果电压随着频率一起降低,从公式P=CfV2可以看出,电压的平方V2与功耗P成正比,降低一点电压,功耗便大大减少。这样,每执行一条指令的能耗就随之降低。
但是在实际的超频过程中,我们都需要提高电压,来增强系统的稳定性。为什么我们需要提高电压呢?这还要从晶体管的角度来加以说明。
在超频的过程中适当的提高电压,之所以能使超频以后的CPU工作起来稳定一些,是因为加压后可以增加电流,从而为提高频率工作的晶体管正常工作提供足够的电流。同时提高电压以后,使晶体管的控制极工作电压提高,即0、1信号更清晰。MOSFET管的栅极到达晶体管的充电时间缩短,而且栅极电场强度增加,沟道的打开更迅速。但是电压不可以无限制提高的,过高的电压会将PN结击穿。
从这些分析我们不难看出,睿频加速技术要想实现自动超频,就要解决自动调整电压和控制CPU的温度升高。二者必须实时的实现良好互动并求得一个平衡,该技术才可谓成功。
那么英特尔是怎么实现的呢?我们来继续分析。
我们来看Nehalem处理器的Die晶体管排列图,最上面的是内存控制器。下面依次是四个SMT内核和L2缓存,最下面是L3缓存。左右是I/O接口和QPI总线。要想實时的控制这4个核心,关闭闲置的核心并将执行运算的核心超频,就需要有个单独的处理单元。这就是PCU(Power ControlUnit)电源控制单元。正是通过它,睿频加速技术技术才得以实现。
从图中我们可以看出来,在英特尔Neh a lem架构的处理器中,每个处理核心都带有自己的PLL同步逻辑单元,每个核心Co r e的时钟频率Frequency都是独立的,而且每个处理核心都是有自己单独的温度传感器Sensors。传感器实时的和PCU单元进行信息交换,便可以及时地控制核心温度。我们看到有个BCLK(Busclock f r equency,基准BCLK是133.33MHz,英特尔作为一个步进)CPU的核心频率,通过几次PLL后,就会加上几个步进的频率,得到超频后的频率。比如Core i7-860的核心频率是2.80GHz,超频以后,加上一个步进2800 133×1=2933(2.93GHz),加上四个步进2 8 0 0 1 3 3 ×4=3332(3.33GHz),加上五个步进2800 133×5=3465(3.46GHz)。PLL电路每上拉一次,核心频率就增加一个步进133.33MHz。
而Vcc是接入电路的电压,代表高电平。在核心超频时PCU将该核心的供电电路上拉到Vcc,即可以为该核心增加一个电压,比如0.1v。如果该核心需要关闭,只需要PCU关闭该核心的供电即可。这样的好处是在深度睡眠的时候,个别的处理核心几乎可以完全被关闭。而在之前的多核心处理器中,所有的处理核心都具备相同的核心电压,也就是说活跃的处理核心与不活跃的处理核心都要消耗相同的功耗。
PCU可以监控操作系统的性能,并且向其发出命令请求。因此它可以非常智能地决定系统的运行状态——是在高性能模式,还是在节电模式。
PCU的调节是非常灵活的,当应用负载提高时,系统可以在TDP允许范围内对核心主频进行超频:如果4个CPU内核中有一个或两个核心检测到负荷不高,那么其功耗将会被切断,也就是将相关核心的工作电压设置为0,而节省下来的电力就会被用来提升高负荷内核的电压,从而提升核心频率最终提升性能。当然不仅限于这一种状态,也可以是关闭一个核心或者是关闭三个核心。这样就可以让CPU的能耗曲线更为接近应用负载曲线(负载高时,频率高、能耗高。负载低时,频率低、能耗低),让每一份的电源能耗都用到实处。
张弛有度—睿频加速技术的工作流程
睿频加速技术自动超频技术是一种新的性能控制思路,与以前一味的降低主频以达到控制能耗的想法不同,睿频加速技术自动超频技术的主旨在于:在不超过总TDP的前提下,尽量挖掘CPU的性能潜力。明白了睿频加速技术的工作原理,下面我们来看看睿频加速技术是如何工作的。
下图就是睿频加速技术的工作模式图解:1代表在TDP的限制下,四个核心共同工作。2代表当应用负载只在两个核心上,那么可以把另外两个核心关闭,并把节省下的电力提供给剩余的两个核心。这样系统就可以关闭两个核心,同时在TDP的允许范围内对两个核心主频进行超频,让它们达到更高的频率。
下图中3代表当应用负载只在一个核心上,那么可以关闭其余的三个核心,省下的电力可以提供给剩余的这个核心,同时在TDP的允许范围内对该核心主频进行进一步超频。4代表当负载全部回到四个核心上,那么之前关闭的三个核心全部打开,并在TDP的允许范围内对全部核心超频。
从上面的分析我们可以看出,睿频加速技术自动超频技术不仅提供了比上一代产品更精细的电源管理模式以及更高的电源管理效率,并且还提供了强大的性能挖掘模式,以更好的满足用户的应用处理需求,做到了节能与高效并举。
立竿见影—睿频加速技术的测试
以Core i7 920为例我们来看打开和关闭睿频加速技术的区别。在BIOS中关闭睿频加速技术后,CPU则为默认频率。在BIOS中开启睿频加速技术后,自动提升了133MHz,随着运算量的增加,会自己按照133MHz的倍数提升。这就是睿频加速技术自动超频技术的效果了。在进行了简单的Super π测试以后发现。关闭睿频加速技术后,进行104万位计算需要15秒的时间,而打开睿频加速技术后,只需要12.9秒。这个提升还是比较大的。可见通过睿频加速技术技术带来的性能提升是比较明显的,而且相比常规的手动超频而言,睿频加速技术在功耗和性能方面达到了一个很好的平衡。
从CMOS的角度来看,执行一个指令所需的功耗是相同的,所以降低CMOS频率不能减少耗电量,因为在高的时钟频率下,CPU仅仅是加快了完成工作的速度,但在空闲状态下停留的时间会更长。在实际工作中,CPU并非一直处于工作状态,即满负荷(full load),大约有40%的情况下空闲(no load),即空闲模式(IdleMode)。所以空闲状态的存在是只降低频率无法节约能耗的原因。如果电压随着频率一起降低,从公式P=CfV2可以看出,电压的平方V2与功耗P成正比,降低一点电压,功耗便大大减少。这样,每执行一条指令的能耗就随之降低。
但是在实际的超频过程中,我们都需要提高电压,来增强系统的稳定性。为什么我们需要提高电压呢?这还要从晶体管的角度来加以说明。
在超频的过程中适当的提高电压,之所以能使超频以后的CPU工作起来稳定一些,是因为加压后可以增加电流,从而为提高频率工作的晶体管正常工作提供足够的电流。同时提高电压以后,使晶体管的控制极工作电压提高,即0、1信号更清晰。MOSFET管的栅极到达晶体管的充电时间缩短,而且栅极电场强度增加,沟道的打开更迅速。但是电压不可以无限制提高的,过高的电压会将PN结击穿。
从这些分析我们不难看出,睿频加速技术要想实现自动超频,就要解决自动调整电压和控制CPU的温度升高。二者必须实时的实现良好互动并求得一个平衡,该技术才可谓成功。
那么英特尔是怎么实现的呢?我们来继续分析。
我们来看Nehalem处理器的Die晶体管排列图,最上面的是内存控制器。下面依次是四个SMT内核和L2缓存,最下面是L3缓存。左右是I/O接口和QPI总线。要想實时的控制这4个核心,关闭闲置的核心并将执行运算的核心超频,就需要有个单独的处理单元。这就是PCU(Power ControlUnit)电源控制单元。正是通过它,睿频加速技术技术才得以实现。
从图中我们可以看出来,在英特尔Neh a lem架构的处理器中,每个处理核心都带有自己的PLL同步逻辑单元,每个核心Co r e的时钟频率Frequency都是独立的,而且每个处理核心都是有自己单独的温度传感器Sensors。传感器实时的和PCU单元进行信息交换,便可以及时地控制核心温度。我们看到有个BCLK(Busclock f r equency,基准BCLK是133.33MHz,英特尔作为一个步进)CPU的核心频率,通过几次PLL后,就会加上几个步进的频率,得到超频后的频率。比如Core i7-860的核心频率是2.80GHz,超频以后,加上一个步进2800 133×1=2933(2.93GHz),加上四个步进2 8 0 0 1 3 3 ×4=3332(3.33GHz),加上五个步进2800 133×5=3465(3.46GHz)。PLL电路每上拉一次,核心频率就增加一个步进133.33MHz。
而Vcc是接入电路的电压,代表高电平。在核心超频时PCU将该核心的供电电路上拉到Vcc,即可以为该核心增加一个电压,比如0.1v。如果该核心需要关闭,只需要PCU关闭该核心的供电即可。这样的好处是在深度睡眠的时候,个别的处理核心几乎可以完全被关闭。而在之前的多核心处理器中,所有的处理核心都具备相同的核心电压,也就是说活跃的处理核心与不活跃的处理核心都要消耗相同的功耗。
PCU可以监控操作系统的性能,并且向其发出命令请求。因此它可以非常智能地决定系统的运行状态——是在高性能模式,还是在节电模式。
PCU的调节是非常灵活的,当应用负载提高时,系统可以在TDP允许范围内对核心主频进行超频:如果4个CPU内核中有一个或两个核心检测到负荷不高,那么其功耗将会被切断,也就是将相关核心的工作电压设置为0,而节省下来的电力就会被用来提升高负荷内核的电压,从而提升核心频率最终提升性能。当然不仅限于这一种状态,也可以是关闭一个核心或者是关闭三个核心。这样就可以让CPU的能耗曲线更为接近应用负载曲线(负载高时,频率高、能耗高。负载低时,频率低、能耗低),让每一份的电源能耗都用到实处。
张弛有度—睿频加速技术的工作流程
睿频加速技术自动超频技术是一种新的性能控制思路,与以前一味的降低主频以达到控制能耗的想法不同,睿频加速技术自动超频技术的主旨在于:在不超过总TDP的前提下,尽量挖掘CPU的性能潜力。明白了睿频加速技术的工作原理,下面我们来看看睿频加速技术是如何工作的。
下图就是睿频加速技术的工作模式图解:1代表在TDP的限制下,四个核心共同工作。2代表当应用负载只在两个核心上,那么可以把另外两个核心关闭,并把节省下的电力提供给剩余的两个核心。这样系统就可以关闭两个核心,同时在TDP的允许范围内对两个核心主频进行超频,让它们达到更高的频率。
下图中3代表当应用负载只在一个核心上,那么可以关闭其余的三个核心,省下的电力可以提供给剩余的这个核心,同时在TDP的允许范围内对该核心主频进行进一步超频。4代表当负载全部回到四个核心上,那么之前关闭的三个核心全部打开,并在TDP的允许范围内对全部核心超频。
从上面的分析我们可以看出,睿频加速技术自动超频技术不仅提供了比上一代产品更精细的电源管理模式以及更高的电源管理效率,并且还提供了强大的性能挖掘模式,以更好的满足用户的应用处理需求,做到了节能与高效并举。
立竿见影—睿频加速技术的测试
以Core i7 920为例我们来看打开和关闭睿频加速技术的区别。在BIOS中关闭睿频加速技术后,CPU则为默认频率。在BIOS中开启睿频加速技术后,自动提升了133MHz,随着运算量的增加,会自己按照133MHz的倍数提升。这就是睿频加速技术自动超频技术的效果了。在进行了简单的Super π测试以后发现。关闭睿频加速技术后,进行104万位计算需要15秒的时间,而打开睿频加速技术后,只需要12.9秒。这个提升还是比较大的。可见通过睿频加速技术技术带来的性能提升是比较明显的,而且相比常规的手动超频而言,睿频加速技术在功耗和性能方面达到了一个很好的平衡。