效率度量指標的未來(lái)發(fā)展

　　很多時(shí)候，一個(gè)具有較好功率值的設備表面看來(lái)會(huì )比另外一個(gè)更好，但設計人員經(jīng)常忽略了選擇較好功率值的代價(jià)，而這些代價(jià)初期并不明顯。將能效/功率指標標準化可有效地解決這些問(wèn)題，而隨著(zhù)工程師更看重如何降低系統的功耗，將度量指標標準化也顯得越來(lái)越重要。

　　例如，當您的競爭對手拿您的最高端及最高性能的產(chǎn)品跟他最低端的產(chǎn)品進(jìn)行比較，他們的產(chǎn)品當然是功耗更低。所以能效的標準度量是很重要的，尤其對于復雜的功能而言。

　　宏觀(guān)層面

　　讓我們先從宏觀(guān)的角度觀(guān)察和考量一個(gè)典型的系統的度量指標。數據處理中心內的設備按照指定的規則將一個(gè)個(gè)位的數據從一個(gè)連接運送到另一個(gè)連接，這些規則可以是目的地的地址、優(yōu)先次序、安全保護等等。這些系統的性能一般都經(jīng)過(guò)調校，從而不會(huì )出現數據包丟失及瓶頸的問(wèn)題。然而，隨著(zhù)全球通信基建設備不斷地發(fā)展壯大，尤其在網(wǎng)絡(luò )上傳送視頻，這些數據處理中心對電力的需求正急劇增長(cháng)。

　　因此，很多制造商希望能想出降低整體能耗的方法?？墒?，問(wèn)題在于應該如何去公平地衡量功率。如果您只簡(jiǎn)單地使用一個(gè)瓦特表去衡量功率，您得到的結果只是設備在那一瞬間的功率大小，它不能告訴您任何關(guān)于系統整體運作的情況。在我們的舉例中，系統可能正在每秒運送成千上萬(wàn)個(gè)數據包，抑或已與網(wǎng)絡(luò )中斷通信。單純的功率指標就像是說(shuō)“我汽車(chē)的引擎每小時(shí)消耗5加侖的汽油”，但它沒(méi)有告訴您引擎的性能是什么樣。在這個(gè)宏觀(guān)的指標中，電力是唯一被度量的因素。

　　在比較系統的時(shí)候，更有效的方法是首先考量系統的功能。舉例來(lái)說(shuō)，該設備的運行是將數據包從一個(gè)連接運送到另一個(gè)連接。因此，度量設備的性能應以它的傳輸能力作為準則，也就是設備每秒可靠及無(wú)誤地傳送數據包的數量。一般來(lái)說(shuō)，這個(gè)數值都是測試或設計數據提供的最高值。系統的最高吞吐量為性能的高低確定了一個(gè)極限，該極限也就是數據處理中心采購經(jīng)理的選購指標。

　　方程式1表示范例系統在最高負載下的耗電量與數據包傳送數量的簡(jiǎn)化比率。系統性能以每單位時(shí)間的數據包數量計算，而功率的量度單位則以每單位時(shí)間(秒，s)所消耗的能量(焦耳，J)計算，并以W(瓦)表示。因此，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化之后的度量指標便是每傳送一個(gè)數據包(P)所需的能量(J/Ptransferred)。如果我們的范例系統在最高負載時(shí)每秒可傳送1億個(gè)數據包，同時(shí)提取300W的電力，那么最終的功率/性能比將會(huì )是3x10-6J每數據包，或是3mJ每數據包(3.0mJ/P)。

　　方程式 1 – 能量度量的簡(jiǎn)化式 ：

　　其中 EPT=效率以焦耳每封包作單位計算(J / p);P = 功率(瓦特);TP = 封包的傳輸速率以封包每秒作單位計算;s = 秒;p = 封包數量。

　　類(lèi)似的度量計算方法也可應用到典型及較低負載的情況中。舉例而言，兩個(gè)高性能系統可以擁有絕對一樣的峰值吞吐量，而且功耗同樣都是400W。在最高吞吐量的水平下，表面上它們的表現都是一樣的，可是其中一個(gè)可能具備帶寬調節功能(bandwidth throttling)，可以把未使用的系統部分轉給較輕負載使用。這就是所謂的“自適性功率減省(APR)”，能夠有效地節省正常運作的功耗。如果系統缺少APR，它在較低負載時(shí)便需消耗更多能量。在我們的例子中，具備APR功能的系統，其功耗在5000萬(wàn)數據包每秒的負載下可以降低到200W，達到4mJ/P的等級。相反地，如果系統沒(méi)有APR，它在相同吞吐量下的性能等級便只有8mJ/P。

　　設計人員的觀(guān)點(diǎn)

　　因此，如果您拿這些指標去比較系統，便可以決定哪一個(gè)系統的效率更高。那么，現在剩下來(lái)的問(wèn)題是這些指標對系統設計人員有何意義或啟發(fā)?如果工程人員的任務(wù)是在改善系統性能的同時(shí)降低功耗，他們便需要先了解所選組件的性能/能源度量特性。

　　美國國家半導體為其PowerWise品牌產(chǎn)品制定了一些能源/性能指標，這些指標可識別哪一個(gè)產(chǎn)品在指定能耗下的性能是最高的。設計人員可以選擇那些在指定能耗下表現最佳的組件，抑或可以選擇在指定性能級別下能耗最低的組件。

　　此外，設計人員也應該開(kāi)始考慮為系統體系結構添加自適性功能以降低功耗。毫無(wú)疑問(wèn)，即使在滿(mǎn)負載的情況下，系統仍很少會(huì )用盡所有功率，就像汽車(chē)不會(huì )全程都以250公里時(shí)速全速去行駛。在大多數的情況下，系統會(huì )按需要不斷在較低性能水平與較高性能水平之間循環(huán)。假如設備能夠通過(guò)負載轉移、卸除未使用的部分、調節時(shí)鐘頻率或其它的方法去達到較低的功率，系統便可節省更多功率。