إدارة الطاقة

📅 آخر تحديث: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

إدارة الطاقة هي ميزة في بعض الأجهزة الكهربائية، وخاصة آلات النسخ ، وأجهزة الكمبيوتر ، ووحدات المعالجة المركزية ، ووحدات معالجة الرسومات ، وملحقات الكمبيوتر مثل الشاشات والطابعات ، حيث تقوم بإيقاف تشغيل الطاقة أو تحويل النظام إلى حالة استهلاك منخفض للطاقة عند عدم النشاط. في مجال الحوسبة، يُعرف هذا باسم إدارة طاقة الكمبيوتر الشخصي ، وهو مبني على معيار يُسمى ACPI الذي حل محل ...

APM . جميع أجهزة الكمبيوتر الحديثة تدعم ACPI.

الدوافع

تُعد إدارة طاقة أجهزة الكمبيوتر الشخصية مرغوبة لأسباب عديدة، ولا سيما:

انخفاض استهلاك الطاقة يعني أيضًا انخفاض تبديد الحرارة ، مما يزيد من استقرار النظام، وتقليل استخدام الطاقة، مما يوفر المال ويقلل من التأثير على البيئة.

تقنيات على مستوى المعالج

يمكن إدارة الطاقة للمعالجات الدقيقة على مستوى المعالج بأكمله، أو في مكونات محددة، مثل ذاكرة التخزين المؤقت والذاكرة الرئيسية.

بفضل تقنيتي تغيير الجهد والتردد الديناميكيتين ، يُمكن تعديل جهد نواة المعالج ، أو سرعة الساعة ، أو كليهما، لتقليل استهلاك الطاقة، على حساب انخفاض محتمل في الأداء. ويتم ذلك أحيانًا في الوقت الفعلي لتحقيق التوازن الأمثل بين استهلاك الطاقة والأداء.

أمثلة:

بالإضافة إلى ذلك، يمكن للمعالجات إيقاف تشغيل الدوائر الداخلية بشكل انتقائي ( بوابات الطاقة ). على سبيل المثال:

قامت تقنية Intel VRT بتقسيم الشريحة إلى قسم 3.3 فولت للإخراج/الإخراج وقسم أساسي بجهد 2.9 فولت. ويؤدي انخفاض جهد النواة إلى تقليل استهلاك الطاقة.

الحوسبة غير المتجانسة

يمكن لبنية big.LITTLE الخاصة بـ ARM نقل العمليات بين النوى "الكبيرة" الأسرع والنوى "الصغيرة" الأكثر كفاءة في استهلاك الطاقة.

مستوى نظام التشغيل: وضع الإسبات

عندما يدخل نظام الكمبيوتر في وضع الإسبات، فإنه يحفظ محتويات ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) على القرص الصلب ويوقف تشغيل الجهاز. عند إعادة التشغيل، يعيد تحميل البيانات. يسمح هذا للنظام بالبقاء مطفأً تمامًا أثناء وضع الإسبات. يتطلب ذلك وضع ملف بحجم ذاكرة الوصول العشوائي المثبتة على القرص الصلب، مما قد يستهلك مساحة حتى في غير وضع الإسبات. يتم تفعيل وضع الإسبات افتراضيًا في بعض إصدارات ويندوز ، ويمكن تعطيله لاستعادة مساحة القرص هذه.

في وحدات معالجة الرسومات

تُستخدم وحدات معالجة الرسومات ( GPUs ) جنبًا إلى جنب مع وحدة المعالجة المركزية (CPU) لتسريع الحوسبة في مجالات متنوعة تشمل العلوم ، والتحليلات ، والهندسة ، والتطبيقات الاستهلاكية والتجارية . [ 4 ] إلا أن هذه الميزة لها بعض العيوب، إذ تأتي القدرة الحاسوبية العالية لوحدات معالجة الرسومات على حساب استهلاك عالٍ للطاقة . وقد أُجريت أبحاث كثيرة حول مشكلة استهلاك الطاقة في وحدات معالجة الرسومات، واقتُرحت العديد من التقنيات لمعالجة هذه المشكلة. يُعد تغيير الجهد الديناميكي / تغيير التردد الديناميكي (DVFS) وبوابة الساعة من التقنيات الشائعة الاستخدام لتقليل استهلاك الطاقة الديناميكي في وحدات معالجة الرسومات.

تقنيات DVFS

تُظهر التجارب أن سياسة تغيير تردد المعالج الديناميكي التقليدية (DVFS) قادرة على خفض استهلاك الطاقة لوحدات معالجة الرسومات المدمجة مع تدهور معقول في الأداء. [ 5 ] كما يجري استكشاف اتجاهات جديدة لتصميم مُجدولات DVFS فعّالة للأنظمة غير المتجانسة. [ 6 ] يُقدّم GreenGPU [ 7 ] بنيةً غير متجانسة لوحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات ، تستخدم DVFS بشكل متزامن لكلٍ من وحدة معالجة الرسومات ووحدة المعالجة المركزية. تم تنفيذ GreenGPU باستخدام إطار عمل CUDA على منصة اختبار فعلية مزودة بوحدات معالجة رسومات Nvidia GeForce ووحدات معالجة مركزية AMD Phenom II. أظهرت التجارب أن GreenGPU يحقق توفيرًا في الطاقة بنسبة 21.04% في المتوسط ، ويتفوق على العديد من النماذج الأساسية المصممة جيدًا. بالنسبة لوحدات معالجة الرسومات الشائعة الاستخدام في جميع أنواع التطبيقات التجارية والشخصية، توجد العديد من تقنيات DVFS المدمجة في وحدات معالجة الرسومات نفسها، ومنها AMD PowerTune و AMD ZeroCore Power، وهما تقنيتان لتغيير التردد الديناميكي لبطاقات رسومات AMD . أظهرت الاختبارات العملية أن إعادة ضبط تردد معالج الرسوميات GeForce GTX 480 يمكن أن يحقق انخفاضًا في استهلاك الطاقة بنسبة 28% مع انخفاض الأداء بنسبة 1% فقط في مهمة معينة. [ 8 ]

تقنيات التحكم في الطاقة

أُجريت أبحاثٌ كثيرةٌ حول خفض استهلاك الطاقة الديناميكي باستخدام تقنيات تغيير الجهد الديناميكي (DVFS). مع ذلك، ومع استمرار تصغير حجم التكنولوجيا، سيصبح تسرب الطاقة عاملاً رئيسياً. [ 9 ] يُعدّ التحكم في الطاقة تقنيةً شائعةً في الدوائر الإلكترونية لإزالة التسرب عن طريق إيقاف تشغيل جهد التغذية للدوائر غير المستخدمة. يُؤدي التحكم في الطاقة إلى زيادة استهلاك الطاقة؛ لذا، يجب أن تبقى الدوائر غير المستخدمة في وضع الخمول لفترةٍ كافيةٍ لتعويض هذه الزيادة. تُوفّر تقنيةٌ معماريةٌ دقيقةٌ جديدةٌ [ 10 ] للتحكم في طاقة ذاكرة التخزين المؤقت لوحدات معالجة الرسومات (GPUs) أثناء التشغيل طاقة التسرب. استنادًا إلى تجارب أُجريت على 16 حمل عملٍ مختلفٍ لوحدات معالجة الرسومات، بلغ متوسط ​​توفير الطاقة الذي حققته التقنية المقترحة 54%. تُعدّ وحدات التظليل (Shaders) أكثر مكونات وحدة معالجة الرسومات استهلاكًا للطاقة، وتُحقق تقنية التحكم في الطاقة لإيقاف تشغيل وحدات التظليل التنبؤية [ 11 ] خفضًا في التسرب يصل إلى 46% في معالجات التظليل. تستغل تقنية إيقاف تشغيل وحدات التظليل التنبؤية تباين حمل العمل عبر الإطارات للقضاء على التسرب في مجموعات وحدات التظليل. تسعى تقنية أخرى تُسمى "خط أنابيب الهندسة المؤجلة" إلى تقليل التسرب في وحدات الهندسة ذات الوظائف الثابتة من خلال الاستفادة من عدم التوازن بين حسابات الهندسة وحسابات الأجزاء عبر الدفعات، مما يُزيل ما يصل إلى 57% من التسرب في هذه الوحدات. ويمكن تطبيق طريقة بسيطة للتحكم في استهلاك الطاقة تعتمد على مهلة زمنية على وحدات التنفيذ غير المُظللة، مما يُزيل 83.3% من التسرب فيها في المتوسط. وتُسبب التقنيات الثلاث المذكورة أعلاه تدهورًا طفيفًا جدًا في الأداء، أقل من 1%. [ 12 ]

تقنيات توفير طاقة الشاشة

تُستخدم تقنية توفير الطاقة للشاشة في بعض أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف الذكية. تعمل هذه التقنية على تغيير سطوع الإضاءة الخلفية وإزاحة شاشة LCD بشكل ديناميكي لتقليل استهلاك الطاقة. ومن أمثلة هذه التقنية تقنية توفير الطاقة للشاشة من إنتل (DPST). [ 13 ]

وضع توفير الطاقة

قد تتضمن أنظمة تشغيل الهواتف المحمولة، مثل iOS و Android و Windows Phone، وضع توفير الطاقة لزيادة عمر البطارية. وقد يقوم هذا الوضع بتقليل سطوع الشاشة، أو إيقاف التطبيقات غير المستخدمة أو التي تعمل في الخلفية مؤقتًا، أو إغلاقها، وما إلى ذلك.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "تقنية AMD PowerNow! مع إدارة طاقة مُحسّنة" . AMD . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 أبريل 2009 .
  2. ↑ "IBM EnergyScale للأنظمة القائمة على معالجات POWER6" . IBM . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 أبريل 2009 .
  3. ↑ "نظرة عامة على تقنية AMD Cool'n'Quiet" . AMD . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 أبريل 2009 .
  4. ↑ "ما هي الحوسبة باستخدام وحدة معالجة الرسومات؟" . إنفيديا.
  5. ↑ " إطار عمل لتغيير الجهد والتردد الديناميكي لوحدات معالجة الرسومات المدمجة منخفضة الطاقة "، Daecheol You et al.، رسائل الإلكترونيات (المجلد: 48، العدد: 21)، 2012.
  6. ↑ " تأثيرات تغيير الجهد والتردد الديناميكي على وحدة معالجة الرسومات K20 "، رونغ جي وآخرون، المؤتمر الدولي الثاني والأربعون للمعالجة المتوازية، الصفحات 826-833، 2013.
  7. ↑ " GreenGPU: نهج شامل لكفاءة الطاقة في البنى غير المتجانسة لوحدات معالجة الرسومات ووحدات المعالجة المركزية "، كاي ما وآخرون، المؤتمر الدولي الحادي والأربعون للمعالجة المتوازية، الصفحات 48-57، 2012.
  8. ↑ " تحليل الطاقة والأداء للأنظمة المعجلة بواسطة وحدة معالجة الرسومات "، يوكي آبي وآخرون، مؤتمر USENIX حول الحوسبة والأنظمة الواعية للطاقة، الصفحات 10-10، 2012.
  9. ↑ " تحديات تصميم توسيع نطاق التكنولوجيا "، بوركار، إس.، IEEE Micro (المجلد: 19، العدد: 4)، 1999.
  10. ↑ " بوابات الطاقة أثناء التشغيل في ذاكرة التخزين المؤقت لوحدات معالجة الرسومات لتوفير الطاقة المتسربة "، يو وانغ وآخرون، مؤتمر ومعرض التصميم والأتمتة والاختبار في أوروبا (DATE)، 2012
  11. ↑ " تقنية إيقاف تشغيل تنبؤية لمعالجات تظليل وحدة معالجة الرسومات "، بو-هان وانغ وآخرون، رسائل هندسة الحاسوب (المجلد: 8، العدد: 1)، 2009
  12. ↑ " استراتيجيات التحكم في الطاقة على وحدات معالجة الرسومات "، بو-هان وانغ وآخرون، معاملات ACM في هندسة وتحسين التعليمات البرمجية (TACO) المجلد 8 العدد 3، 2011
  13. ↑ بهوميك، أشينتيا ك.؛ برينان، روبرت ج. (29 مايو 2007). "تقنيات خفض استهلاك الطاقة على مستوى النظام لأجهزة الحوسبة والاتصالات المحمولة" . الصفحات 1-5 . doi : 10.1109/PORTABLE.2007.19 – عبر IEEE Xplore.