بوست راهی برای افزایش عملکرد بدون افزایش دما و توان مصرفی

منظور از عبارت بوست در ذکر سرعت تراشه‌ها، حالتی است که پردازنده‌ی اصلی، گرافیکی یا … با مصرف انرژی بیشتر، به سرعت‌های بالاتر می‌رسد و پس از کاهش بار پردازشی یا با افزایش بیش از حد دما و توان مصرفی، مجدداً به حالت معمول برمی‌گردد. بدین ترتیب بوست راهی برای افزایش عملکرد بدون افزایش توان مصرفی و دمای تراشه است.

چرا سرعت متغیر است؟ فلسفه‌ی پیدایش حالت بوست و …

سرعت کلاک بیشتر به معنی بالاتر بودن توان مصرفی است. البته اگر در مورد یک تراشه‌ی خاص صحبت کنیم و نه تراشه‌هایی با ابعاد، معماری و ساختار متفاوت.

بدیهی است اگر مکانیزمی برای افزایش سرعت در زمان لازم و کاهش آن در زمانی که سیستم بی‌کار است، وجود داشته باشد، توان مصرفی ثابت می‌ماند ولیکن سرعت عمل سخت‌افزار، به نظر بالاتر می‌رسد.

شاید تصور شود که اینتل تنها کمپانی است که از سرعت متغیر استفاده می‌کند اما سال‌هاست که سایرین هم روش مشابهی به سبک خویش در تراشه‌ها پیاده‌سازی کرده‌اند. موضوع فقط نوسان سرعت پردازنده‌ی اصلی نیست، در یک سیستم روی چیپ که شامل انواع پردازنده است و همین‌طور در APUهای ای‌ام‌دی که علاوه بر پردازنده‌ی اصلی، پردازنده‌ی گرافیکی مجتمع نیز دارند، توان مصرفی بین بلوک‌های مختلف پردازشی به تناسب نیاز توزیع می‌شود. با معرفی هر نسل جدید، توزیع هوشمندانه‌تر شده است.

نام‌های متفاوت اما استراتژی یکسان، سرعت متغیر برای حداکثر کردن عملکرد.

اینتل با فناوری توربو بوست و توربو برست (Turbo Burst که توربو بِرست تلفظ می‌شود، ویژه‌ی تراشه‌های کم‌مصرف مثل گروه اتم است) ، ای‌ام‌دی با Turbo Core در پردازنده‌ها و بوست در پردازنده‌های گرافیکی، انویدیا با کلمه‌ی بوست و کمپانی ARM که مغز متفکر دنیای تراشه‌های موبایل است با Intelligent Power Allocation یا تخصیص هوشمند توان مصرفی، همگی از سرعت متغیر برای بیشینه کردن عملکرد استفاده می‌کنند. مکانیزم یکسان است و جزئیات متفاوت.

روند کلی که طی سال‌های اخیر دنبال شده، افزایش محدوده‌ی دینامیکی است. در حال حاضر سرعت تراشه‌های کوآلکام از چند صد مگاهرتز تا چند گیگاهرتز تغییر می‌کند، گرافیک‌های انویدیا، اینتل و ای‌ام‌دی در حالت بی‌کار سرعتی در حد ۳۰۰ مگاهرتز دارند و حین اجرای بازی به ارقامی مثل ۱۰۰۰ مگاهرتز و بیشتر تغییر وضعیت می‌دهند.

بنابراین به سمتی می‌رویم که هسته‌ها گاهی کاملاً خاموش می‌شوند، گاهی سرعتشان بسیار کم است و گاهی بسیار زیاد!

توجه: محدوده‌ی دینامیکی یا Dynamic Range تنها در مقال صدا و بلندی آن، تصویر و روشنایی کم و زیاد آن و … کاربرد ندارد. هر نوع کمیت شامل سرعت کلاک، می‌تواند متغیر باشد. به بازه‌ی تغییرات از مقدار حداقل تا حداکثر محدوده‌ی دینامیکی گفته می‌شود.

هوشمندی بیشتر مکانیزم کنترل سرعت اینتل

اینتل برای کنترل کردن سرعت بوست فاکتورهایی مثل نوع بار پردازشی، تعداد هسته‌هایی که بار پردازشی بالایی دارند، جریان الکتریکی و توان مصرفی پردازنده و دمای آن به صورت لحظه به لحظه را دخیل می‌کند. توضیحات بیشتر در مقاله‌ی دانش‌نامه‌ی اینتوتک:

تکنولوژی Turbo Boost اینتل و سرعت متغیر پردازنده

اینتل توربو بوست (Intel Turbo Boost) چیست؟

تکنولوژی توربو بوست اینتل (Intel Turbo Boost) برای تغییر سرعت کلاک پردازنده و افزایش قدرت پردازشی و در عین حال بهینه‌سازی توان مصرفی طراحی شده است.

به عنوان مثال اگر دما بیش از حد بالا باشد و یا با وجود خنک کار کردن تراشه، توان مصرفی بیش از حد مجاز است، سرعت کلاک یک یا تمام هسته‌ها افت می‌کند.

در تبدیل‌شدنی‌ها گاهی جابجایی هوای داغ داریم و گاهی خیر.

در حال حاضر وسایل تبدیل‌شدنی محبوبیت نسبتاً خوبی پیدا کرده‌اند. تبلت‌ها با اضافه شدن یک کیبورد جداگانه و یا کیبوردی که با لولای خاص خود، جلوی تبلت قرار می‌گیرد، به اولترابوکی جمع و جور تبدیل می‌شوند. در این نوع وسایل همراه، فضا اندک است و نمی‌توان یک فن معمولی و حتی کوچک با حجم هوادهی بالا تعبیه کرد. نتیجه داغ شدن تراشه است، بدین ترتیب تراشه‌های ویژه‌ی وسایل ترکیبی و همین‌طور تراشه‌های ویژه‌ی گوشی و تبلت، از نظر توان مصرفی و مقدار گرمایی که تولید می‌شود، محدودیت‌های خاصی دارند.

اینتل برای کنترل کردن سرعت هسته‌ها و واحدهای پردازشی از Dynamic Platform and Thermal Framework یا به اختصار DPTF استفاده می‌کند و مرتباً DPTF را هوشمندتر و کارآمدتر کرده است. در DPFT 8.1.x و جدیدتر، یک تغییر جالب داریم و آن توجه به جهت قرار گرفتن وسایل همراه است!

معماری کنترل توان مصرفی و دمای تراشه اینتل، DPTF

معماری کنترل توان مصرفی و دمای تراشه اینتل، DPTF

اما چرا جهت قرارگیری مهم است؟

مجالی برای نوشتن مقاله‌ی “جهت بهینه‌ی قرار گرفتن لپ‌تاپ کدام است، صاف، مایل با شیب مثبت یا منفی و یا تفاوتی وجود ندارد؟” نداشتم اما تصویر زیر توضیح کوتاهی از روش انتقال حرارتی است.

مکانیزم انتقال حرارت زمانی که هیت‌سینک تراشه افقی و یا عمودی است.

مکانیزم انتقال حرارت زمانی که هیت‌سینک تراشه افقی و یا عمودی است.

زمانی که سطح داغ، عمودی قرار بگیرد، هوای مجاور سطح داغ شده و چگالی آن کم می‌شود و نتیجه حرکت آن به سمت بالاست. جابجایی هوای داغ و جایگزین شدن آن با هوای خنک، روش بسیار خوبی برای انتقال حرارت است.

درست همان‌طور که در فصل تابستان هوای گرم و آلوده‌ی سطح شهر تهران به بالا حرکت کرده و مشکل وارونگی هوا نداریم!
در سیستم خنک‌کاری اکتیو، با گردش یک فن، حرکت هوای داغ تسهیل می‌شود و این یعنی خنک‌کاری عالی.

اگر سطح داغ ما که همان تراشه و هیت‌سینک آن است، به صورت افقی قرار بگیرد و همین طور اگر هوای داغ نتواند به سمت بالا حرکت کند، نتیجه انتقال حرارت ضعیف‌تر است. اگر گردش هوا را متوقف کنیم، هوا با ضریب انتقال حرارت هدایتی پایینی که دارد، شبیه یک عایق عمل می‌کند. درست مثل شیشه‌های دو جداره که هوا را از حرکت زیاد باز می‌دارند. عکس این فرآیند در سیستم اکتیو است. سیستم اکتیو سیستمی است که خنک‌کاری با گردش هوای اجباری دنبال می‌شود و هوای گرم چاره‌ای جز حرکت ندارد، حتی اگر جهت حرکت به سمت پایین باشد!

در ترکیبی‌ها پدیده‌ی فوق مهم‌تر از دیگر انواع وسایل الکترونیکی است چرا که گاهی نمایشگر عمودی قرار گرفته و گاهی روی سطح میز به صورت افقی آرمیده است و در این آرمیدن، جابجایی هوای گرم دشوار است.

اینتل از این پس سرعت تراشه و بخش‌های مختلف را با در نظر گرفتن دمای حسگر یا حسگرهایی که در نقاط مختلف بدنه و به ویژه نزدیک به سطح قرار دارند (T Skin) و همین‌طور جهت قرار گرفتن وسایل همراه، تعیین می‌کند. در نمودار زیر مشاهده می‌کنید که با ثابت بودن دمای بدنه، Max Cooling یا حداکثر توان خنک‌کاری از ۳ وات تا ۶٫۵ وات متغیر است:

DPTF اینتل و در نظر گرفتن ظرفیت خنک‌کاری وسایل در حالت‌های مختلف قرارگیری

DPTF اینتل و در نظر گرفتن ظرفیت خنک‌کاری وسایل در حالت‌های مختلف قرارگیری

هر چه عمود‌تر، بهتر! حتی کمی بیشتر از ۹۰ درجه!

زمانی که تبلت عمودی باشد، حتی اگر سطح پشت آن داغ شده باشد هم ممکن است تراشه خنک‌تر کار کند و سرعت هسته‌ها بالاتر از حالت افقی باشد. در حقیقت وقتی تبلت افقی است، هیت‌سینک، لایه‌های فلزی و بدنه‌ی فلزی حرارت تراشه را به اطراف پراکنده می‌کنند اما گردش هوا بسیار کم و ضعیف است و از این رو ممکن است به جز نقاط اطراف تراشه، بقیه‌ی نقاط خنک به نظر برسد. نتیجه این است که دمای پوسته یا T Skin پایین است ولیکن دمای تراشه نسبتاً زیاد است و باید سرعت هسته، محدود شود.

اثر جهت قرار گرفتن تبلت بر عملکرد

از تمام حرف و حدیث‌ها و توضیحی که پیرامون سیستم انتقال حرارت دادم بگذریم، به هر حال شاید دو روش انتقال حرارت هدایتی و جابجایی برایتان نامفهوم و مبهم مانده باشد. بهتر است ببینیم DPTF 8.1 اینتل، در دنیای واقعی چه قدر عملکرد را با در نظر گرفتن وضعیت قرارگیری نمایشگر تغییر می‌دهد.

در نمودار زیر بنچ‌مارک‌های یک تبلت خاص را شاهد هستیم که برای زمان نسبتاً طولانی مشغول کار است. رنگ سبز مربوط به زاویه‌ی افقی و قرار گرفتن روی میز است و رنگ زرد استفاده به صورت لپ‌تاپی است. زاویه کاملاً عمود نیست و ممکن است اختلاف بیش از این هم باشد!

عملکرد تبلت تبدیل‌شدنی با تراشه‌ی اینتلی در زوایای مختلف قرارگیری

عملکرد تبلت تبدیل‌شدنی با تراشه‌ی اینتلی در زوایای مختلف قرارگیری

همان‌طور که می‌بینید در تمام بنچ‌مارک‌ها، تفاوت عملکرد تبلت موردبحث، بیش از ۱۳ درصد و به طور متوسط ۴۰ درصد است! تفاوت بسیار زیادی است. به قول اینتل اگر بخواهید یک فایل ویدیویی را تبدیل کنید، در سه حالت تبلت افقی، لپ‌تاپی و تبلت قرار گرفته روی داک اکتیو، زمان لازم به صورت زیر است:

سرعت تبدیل فایل ویدیویی با کمک تبلت تبدیل‌شدنی اینتلی در زوایای مختلف قرارگیری

سرعت تبدیل فایل ویدیویی با کمک تبلت تبدیل‌شدنی اینتلی در زوایای مختلف قرارگیری

دقت کنید که اگر تبلت به صورت لپ‌تاپی استفاده شود، ظرفیت انتقال حرارت ۶۶ درصد بیشتر است و اگر آن را روی داک اکتیو که در حقیقت سیستم خنک‌کاری اکتیو (شامل فن) دارد قرار دهیم، ظرفیت انتقال حرارت ۹۷ درصد بیشتر خواهد شد. بنابراین با دو برابر شدن ظرفیت انتقال حرارت، پردازنده هم کار خود را بسیار سریع‌تر انجام می‌دهد و سرعت تبدیل نزدیک به ۲٫۸ برابر خواهد بود!!

بازگشت به دانش‌نامه
لينک کوتاه:

FacebookTwitterGoogle


تبلیغات

×