Рассеивание тепла процессорами: причины, влияние на производительность, переход к многоядерным чипам и оптимизация многопоточного ПО. Энергоэффективность CPU.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Выделение тепловой энергии компьютерными процессорами.
Production of waste heat by computer processors
Рассеяние мощности процессора или блока обработки данных — это процесс, при котором компьютерные процессоры потребляют электрическую энергию и рассеивают её в виде тепла из-за сопротивления в электронных схемах.
Processor power dissipation or processing unit power dissipation is the process in which computer processors consume electrical energy, and dissipate this energy in the form of heat due to the resistance in the electronic circuits.
Частоты тактовых сигналов и многоядерные чипы
Исторически сложилось так, что производители процессоров последовательно увеличивали тактовую частоту и уровень параллелизма команд, благодаря чему однопоточный код выполнялся быстрее на новых процессорах без изменений. Однако в последнее время, чтобы управлять энергопотреблением процессоров, производители склоняются к многоядерным конструкциям, поэтому для полного использования такого оборудования программное обеспечение необходимо разрабатывать с использованием многопоточности или многопроцессности. Многие парадигмы многопоточной разработки вносят дополнительные накладные расходы и не обеспечивают линейного увеличения скорости пропорционально количеству процессоров. Это особенно заметно при доступе к общим или взаимозависимым ресурсам из-за конкуренции за блокировки. Этот эффект усиливается с увеличением числа процессоров. В последнее время компания IBM изучает способы более эффективного распределения вычислительной мощности, имитируя принципы распределения в человеческом мозге.
Historically, processor manufacturers consistently delivered increases in clock rates and instruction level parallelism, so that single threaded code executed faster on newer processors with no modification. More recently, in order to manage CPU power dissipation, processor makers favor multi core chip designs, thus software needs to be written in a multi threaded or multi process manner to take full advantage of such hardware. Many multi threaded development paradigms introduce overhead, and will not see a linear increase in speed when compared to the number of processors. This is particularly true while accessing shared or dependent resources, due to lock contention. This effect becomes more noticeable as the number of processors increases. Recently, IBM has been exploring ways to distribute computing power more efficiently by mimicking the distributional properties of the human brain.
Перегрев процессора
Процессоры могут быть повреждены перегревом, но производители защищают их операционными механизмами защиты, такими как троттлинг и автоматическое отключение. Когда температура ядра превышает заданный порог троттлинга, процессор может снизить энергопотребление для поддержания безопасного уровня температуры, а если процессор не может поддерживать безопасную рабочую температуру посредством троттлинга, он автоматически отключается, чтобы предотвратить необратимые повреждения.
Processors can be damaged from overheating, but vendors protect processors with operational safeguards such as throttling and automatic shutdown. When a core exceeds the set throttle temperature, processors can reduce power to maintain a safe temperature level and if the processor is unable to maintain a safe operating temperature through throttling actions, it will automatically shut down to prevent permanent damage.