Обзор
PC Week Labs изучает асинхронную логику в связи с продолжительностью работы батарей
Питер Коффи (PC Week Labs)
Запихнуть побольше энергии в батареи ноутбука становится все труднее, однако можно создавать компьютеры, которые расходуют ее экономнее.
Технология создания электронных схем, известная как асинхронная логика, дает разработчикам ПК шанс продлить жизнь батарей. Схемы, созданные по асинхронной технологии, имеют гораздо больше транзисторов, чем обычные цифровые устройства, однако отличаются от последних существенно более низким энергопотреблением.
Некоторые из идей асинхронной технологии уже находят свое применение в массовом производстве ПК: части процессора и микросхем обрамления могут отключаться или работать в режиме сниженного энергопотребления без полной перестройки этих устройств, которую подразумевает асинхронный подход.
Скорее всего, асинхронная технология будет поначалу внедряться именно в материнских платах, а не в ЦПУ, особенно по мере того, как портативные устройства все больше будут нагружаться функциями мультимедиа и связи.
Что это дает?
Полностью асинхронная технология противопоставляется принципу с тактовым управлением (clock-driven circuits), на котором основаны сегодняшние схемы, они расходуют большую часть потребляемой энергии на “бег на месте” (и рассеивают полезную энергию в виде тепла).
В тактовых цифровых схемах тактовый импульс оповещает другие части схемы о том, что они теперь могут поменять свое состояние: например, поместить адрес памяти на адресную шину или выполнить очередную команду программы.
В интервалах между тактовыми импульсами элементам тактовой схемы разрешено делать практически что угодно. Проектировщику схемы достаточно обеспечить своевременную готовность всех частей к работе на следующем такте.
Такой образ действий покажется глупым всякому, кто не занимается созданием цифровых схем. Представьте себе офис, в котором сотрудники через каждые 60 секунд хватаются за телефонную трубку, чтобы проверить, не звонит ли кто-нибудь.
Люди считают более эффективным не трогать телефон, пока он не зазвонит сам, и уже тогда отвечать на звонок чем-нибудь вроде “Алло?”.
Аналогичным образом асинхронные схемы основаны на принципе электронных транзакций или согласования обменов (handshakes). Каждый модуль в случае необходимости требует внимания со стороны другого модуля и получает подтверждение, что необходимые задачи выполнены, при этом не предполагается, что все остальные модули маршируют под бой одного барабана.
Либо дешевизна, либо экономичность
Cледует добиваться компромисса между эффективностью использования энергии и сложностью разработки дополнительных компонентов для согласования обменов и обеспечения корректности сигналов на каждой стадии работы схемы.
Один производитель бытовой электроники, исследуя возможности коррекции ошибок в цифровых магнитофонах, провел сравнительный анализ, показавший, что асинхронная микросхема требует такого числа транзисторов, что важнейшая для схем площадь кристалла будет вдвое больше, чем у обычных цифровых устройств.
В перспективе это будет означать двукратное повышение расходов на производство подобного чипа, но при этом асинхронная технология позволит снизить потребление энергии на 80%.
Пониженное энергопотребление может компенсировать более высокую стоимость асинхронных микросхем, снижая требуемую мощность батарей либо повышая срок их службы.
Некоторые транзисторы, например используемые в ЖК-дисплеях с активной матрицей, активны большую часть времени, и потому внедрение асинхронной технологии здесь не принесет выгоды.
Асинхронные устройства, кроме того, труднее тестируются, так как обладают гораздо большим числом возможных состояний, чем схемы, в которых все элементы работают совместно.
