Как Skylake экономит энергию

С новыми энергосберегающими функциями Intel делает свои процессоры Skylake подходящими для мобильных устройств. Мы расскажем в деталях, как они работают.

Шестое поколение процессоров Intel Core, известное под названием Skylake, может использоваться в вычислительных устройствах разных типов — от планшетов до настольных компьютеров. По сравнению с предшественником Broadwell у вас будет, например, на час больше времени, чтобы смотреть фильмы на ноутбуке без подзарядки, получая при этом более качественное изображение. Для выполнения таких обещаний Intel всерьез взялась за дело и реализовала несколько новых интересных энергосберегающих функций.



В Skylake Intel опирается на традиционные методы для реализации функций экономии энергии внутри процессора. Одну из них можно назвать просто: «отключить все ненужное». Технология Power Gate отключает все ненужные компоненты от питания. Новшеством является то, что Skylake управляет специфическими «доменами питания» (Power Domains) и использует очень много маленьких «энергетических шлюзов» (транзисторов Power Gate). Они определяют, насколько обширно программы используют функциональные единицы процессора и используют ли вообще.

Следуя принципу «лучше меньше, да лучше», Skylake уменьшает ассоциативность L2-кеша с восьмикратной до четырехкратной — так резервируется меньше областей для промежуточного запоминания, что приводит к небольшой потере производительности, но экономит энергию. Кроме того, используемый еще в Broadwell преобразователь напряжения снова перенесен на материнскую плату, что снижает нагрев процессора. Такие вычислительные операции, как декодирование видео, ускоряются на аппаратном уровне видеоядром, и это тоже экономит электроэнергию.

Однако все эти энергосберегающие функции несколько меркнут в сравнении с теми усовершенствованиями, которые возможны в сочетании с Windows 10. Важнейшей функцией является Speed Shift. Преемник технологии Speed Step встраивается в Windows 10, начиная со сборки 10586. Речь идет о том, как процессоры переходят к выполнению следующей операции, и прежде всего о том, кто это контролирует — центральный процессор или операционная система.


Исторически процессоры Intel поддерживают несколько режимов работы (P-state) в зависимости от того, сколько ресурсов требуется для решения вычислительной задачи. Уровни P-state определяют тактовую частоту и рабочее напряжение, при этом статус Р0 означает, что процессор работает в режиме максимальной производительности, а затем мощность уменьшается с P1 и P2 до Pn.

В течение примерно 30 миллисекунд быстродействие может быть увеличено, если этого требует программа. При этом Windows определяет, какой P-статус использует процессор между 1 и n. И только последнюю каплю мощности (ускорение в режиме автоматического разгона в режиме Р0) контролирует сам процессор.

В рамках Speed Shift операционная система Windows 10 передает контроль за данным процессом центральному процессору. Windows больше не определяет самостоятельно P-state, а только указывает, когда требуется минимальное и максимальное быстродействие. При этом на какой именно частоте работать, определяет центральный процессор. Преимущество такой технологии состоит в том, что алгоритм переключения аппаратного обеспечения работает гораздо быстрее, чем Speed Step. Со Speed Shift переход с одного уровня быстродействия на другой происходит в течение всего одной миллисекунды. Для пользователя это ощутимую снижает время отклика, то есть ОС быстрее реагирует на его запросы. Кроме того, это экономит электроэнергию, так как система быстрее переключается в энергосберегающий режим.




Второй новой энергосберегающей функцией, работающей в тесной связке с Windows 10, является Duty Cycle Control. Е е идея состоит в следующем: существует уровень мощности, начиная от которого уже нецелесообразно замедлять работу процессора, иначе у пользователя сложится впечатление, что система больше не работает плавно. С Duty Cycle Control процессор очень быстро (каждые 800 микросекунд) переключается на более высокую частоту, отрабатывает назначенные задачи и потом ненадолго полностью отключается, только для того чтобы затем снова начать работать еще быстрее. В итоге получается, что задачи решаются быстрее, и при этом экономится еще больше энергии, чем при более медленной и продолжительной обработке.

Важной функцией для пользователей, которые почти никогда не выключают свои устройства, является режим ожидания. Здесь Skylake расширяет возможности операционной системы Windows 10. Microsoft называет это «современным режимом ожидания». Сюда входит три режима: уже известный режим S3 (Suspend to RAM), который дополняет режим Connected Standby (S0), начиная с Windows 8. При этом компьютер также потребляет очень мало энергии, но быстрее приходит в рабочее состояние и даже принимает сообщения в режиме сна. Со Skylake теперь появляется и третья опция — Disconnected Standby. В нем компьютер также быстро реагирует (время перехода в активную стадию составляет 500 мс), но в отличие от Connected Standby не нуждается в SSD и специальном сетевом аппаратном обеспечении на материнской плате.