Verlustleistung und Energiemanagement VO Hardware - Software Codesign Markus Grössing

Überblick Einführung und Motivation Methoden zur Reduktion der Leistungsaufnahme Literatur/Diskussion

Verlustleistung Definition: Die pro Zeiteinheit aufgenommene Energie ist gleich der abgegebenen Wärmemenge einer CPU und ist identisch mit seiner Verlustleistung, da er auf keine andere Art Energie speichern oder wandeln kann. Somit sind 100 % der aufgenommenen Leistung bei einem Prozessor Verlustleistung, da er die aufgenommene Energie nur in Form von Wärme abzugeben vermag. Wikipedia

Auswirkungen Verlustleistung Wärme Akkulaufzeit HW-Wearout Kühlung Größe/Gewicht des Akkus Lüftergeräusch Größe des Kühlers

Statische Leistungsaufnahme Leckströme~ V DD Dynamische Leistungsaufnahme durch Laden- und Entladen von Kapazitäten ~ V DD 2 Dynamische Leistungsaufnahme durch Kurzschlußströme ~ V DD 3 Ursachen von Verlustleistung

Dynamisches Anpassen von Taktfrequenz und Kernspannung Taktfrequenz und Kernspannung werden lastabhängig angepasst Umschaltung erfolgt in Sekundenbruchteilen und ist für den Anwender transparent Anwendungen: Intel-SpeedStep Technologie PowerNow! (AMD Mobil) Cool'n'Quiet (AMD Mobil, Workstations, Server)

Multiple Spannungsversorgung Leistungsaufnahme kann signifikant durch Spannungsreduktion verringert werden, aber Vergrößerung der Schaltdelays Verlangsamung Lösung: Versorgung des kritischen Pfades mit normaler Betriebsspannung Module abseits des kritischen Pfades werden mit verringerter Spannung betrieben Ersparnis: bis zu 50%

Code Compression Selten verwendete Instruktionen werden komprimiert, um Speicherzugriffe zu minimieren Oft verwendete Befehle werden in kürzere Pseudo-Instructions codiert Verwendung mehrfacher Look-ahead Tables weniger Häufige Speicherzugriffe Reduktion des Stromverbrauches bis ~50%

Rendezvous - Protokolle Anwendung in wireless embedded Systems wann immer möglich Sleep Mode Aktivität nur wenn notwendig Rendezvous Server Beaconing Client Beaconing

Trade Off Power-Consumption – Fault Tolerance Anwendungen wie Herzschrittmacher, Defibrilatoren, Smart-Card,... müssen sowohl fehlertolerant als auch sparsam sein. Leistungsaufnahme vs. MTTF z.B.: P = 102µW MTTF: 36 Jahre P = 20µW MTTF: 12 Jahre

Literatur Short Circuit Power Consumption of Glitches, Dirk Raabe, Wolfgang Nebel Low Power Rendezvous in Embedded Wireless Networks, Terry Todd, Frazer Bennett, Alen Jones Determining Schedules for Reducing Power Consumption Using Multiple Supply Voltages, Noureddine Chabini, El Mostapha Aboulhamid, Yvon Savaria Trading Off Transient Fault Tolerance and Power Consumption in Deep Submicron (DSM) VLSI Circuits, Atul Maheshwari, Wayne Burleson, Russell Tessier Power consumption management on FPGAs, Andrés David García García, Luis Fernando González Pérez, Reynaldo Félix Acuña Designing a High Performance and Low Energy-Consuming Embedded System with considering Code Compressed Environments, Ching-Wen Chen, Chang-Jung Ku, Chih- Hung Chang Efficient Power Management Strategy of FPGAs Using a Novel Placement Technique, Kostas Siozios, Dimitrios Soudris, Antonios Thanailakis