Kio estas la diferenco inter C-statoj kaj P-statoj de la procesoro?

En modernaj procesoroj, energiadministrado ne estas ununura ŝaltilo, sed aro de kunordigitaj mekanismoj (C-statoj kaj P-statoj de la CPU, inter aliaj) kiujn la operaciumo, firmvaro kaj la procesoro mem uzas por ĝustigi la energikonsumon, temperaturon kaj rendimenton en reala tempo. Ĉi tiu artikolo distilas kaj organizas tiun amason da akronimoj por ke vi komprenu, kio okazas sub la kapuĉo kiam via komputilo ŝparas energion aŭ rapidiĝas.

Kvankam ĉiu fabrikanto kaj CPU-familio aldonas sian propran tuŝon, la fundamento estas komuna: ACPI difinas normajn "statojn" por la sistemo, aparatoj kaj procesoro. Ĉi tie vi vidos la diferencojn inter C-statoj kaj P-statoj, kiel ili rilatas al G/S/D-statoj, kian realmondan efikon ili havas sur latentecon, kial ludantoj kaj profesiaj aŭdiofiloj ofte malebligas profundan dormon, kaj kiaj praktikaj iloj estas haveblaj por uzo en Vindozo, Linukso kaj medioj kiel ESXi.

ACPI en nuksoŝelo

ACPI (Altnivela Agordo kaj Potenca Interfaco) estas la normo kiu aranĝas la potencon en komputiloj kaj serviloj, kaj kiu anstataŭigis APM per pli granda kontrolo kaj granularecoĜi naskiĝis el la mano de Intel, Microsoft kaj Toshiba en la 90-aj jaroj kaj evoluis por inkluzivi 64-bitan, plurprocesadon, modernajn busojn (PCIe, SATA, USB 3.x) kaj okazaĵdetekton (ekz., la ŝaltbutono).

Kvankam ACPI estas ĉefe uzata en la x86-familio, ĝi ankaŭ estis deplojita sur aliaj arkitekturoj. Tamen, sur porteblaj aparatoj ARM, proprietaj strategioj estas uzataj (kiel ekzemple big.LITTLE kaj heterogenaj aretoj) balanci efikecon kaj respondon depende de la ŝarĝo.

Tutmondaj kaj Suspendaj Ŝtatoj (G-Ŝtatoj kaj S-Ŝtatoj)

Tutmondaj statoj priskribas la kompletan staton de la sistemo. La plej grava estas G0/S0 (Funkcianta), kie la komputilo estas aktiva. Ĉe lastatempa aparataro estas S0ix (substatoj de S0) kiuj ebligas tre fajnajn dormreĝimojn kun parto de la SoC dormanta, precipe en tekokomputiloj.

• G0/S0: sistemo en funkciado.
• G1 (Dormanta): kovras S1, S2, S3 (suspendi al RAM) kaj S4 (vintrodormi al disko). S3 tenas la RAM-on funkciigita rekomenci rapide; S4 forigas memoron al nevolatila memoro.
• G2/S5 (Mola malŝalto)Logika malŝalto kun minimuma povumo por ebligi vekiĝon per okazaĵoj (klavaro, reto, ktp.).
• G3 (Mekanik-malŝaltita)Fizika malŝalto; nur la RTC pluvivas po baterio.

Memoru, ke La C-statoj de la procesoro loĝas ene de G0/S0Kiam la sistemo eniras G1, la CPU-pakaĵo estas malŝaltita kaj C-States ĉesas ludi.

Aparataj Ŝtatoj (D-Ŝtatoj)

ACPI ankaŭ difinas kiel flankaparatoj dormas aŭ vekiĝas. D0 estas ekvivalenta al "plena funkciado", D1/D2 estas interaj (aparat-dependa) kaj D3 disbranĉiĝas al Varma (kun helpa potenco, respondanta al la buso) aŭ Malvarma (tute malŝaltita, ne respondanta). Tio permesas, ekzemple, al retkarto veki la komputilon dum aliaj aparatoj restas dormantaj.

T-Ŝtatoj: Horloĝa Modulado, la Lasta Eliro

Aldone al P kaj C, ekzistas la horloĝmodulado (T-Statoj): speco de PWM kiu subpremas internajn horloĝpulsojn laŭ ŝablono (ekz., 1 el po 8), reduktante aktivecon sen ŝanĝi la reklamitan bazan frekvencon. Ĝi estas celita kiel termika aŭ kriza kontraŭrimedo (PROCHOT) kaj estas kontrolata per IA32_CLOCK_MODULATION, kun kaŭzoj/protokoloj en MSR_*_PERF_LIMIT_REASONS.

Kvankam iuj dokumentoj konsideras ĝin "sensignifa", en praktiko Ĝi daŭre aperas sur tekokomputiloj kun justa termika dezajno kaj sub daŭraj ŝarĝoj. Se vi vidas Vindozon raportantan "rapidon" sub la minimuma EIST, verŝajne estas T-Stato aktiva (horloĝa pordo).

M-Statoj: Memorŝparoj

ACPI ankaŭ provizas memorstatojn por redukti la energikonsumon de DRAM-subsistemo kiam la sistemo estas neaktiva. M0 estas normala operacioM1/M2 kaj aliaj reĝimoj devigas la memoron mem-refreŝigi kaj malrapidigi la tempigon, reduktante energion kun pli longaj vekiĝaj latencoj. Ĉi tiuj estas malpli videblaj al la uzanto, sed kontribuas al la ĝenerala ŝparo.

Procesoraj C-statoj: Dormi kun kapo

Ni nun traktu la temon de la artikolo: C-Statoj kaj P-Statoj. C-Statoj estas la neaktivaj statoj de la kerno aŭ pakaĵo. Ju pli alta la nombro, des pli profunda la dormo kaj pli grandaj ŝparoj, sed ankaŭ pli alta vekiĝa latenteco. Ili estas petataj per privilegiaj instrukcioj kiel HLT aŭ MWAIT (ĉi-lasta povas eksplicite peti Cx kaj substaton), kaj la kapabla mapado atingas la operaciumon per ACPI (_CST).

• C0: normala efektivigo. Jen kie P-Ŝtatoj ekvalidas.
• C1/C1E (Haltu): la kerno haltas, preskaŭ tuja reveno al C0; C1E plue reduktas konsumon.
• C2 (Halto-horloĝo)Horloĝsignaloj estas haltigitaj, reveno daŭras iom pli longe.
• C3 (Dormo/Profunda Dormo)L1/L2 estas forigitaj al la lasta kaŝmemoro (LLC) kaj la kernaj horloĝoj estas malŝaltitaj; nur la esenca stato de la nukleo estas konservita.
• C6 kaj pliLa kerno povas esti malŝaltita kaj ĝia kunteksto konservita en dediĉita SRAM, malaltigante la kernan tension al ~0 V; post eliro, la kerna stato estas restarigita. Kelkaj modeloj eksponas ĝis C10 sur lastatempaj platformoj.

Aldone al la C-statoj po nukleo (CC-statoj), ekzistas la ebeno de Pakaĵaj C-ŝtatoj (PC-ŝtatoj) kiuj malŝaltas komunajn blokojn (kiel la LLC) kiam ĉiuj kernoj permesas tion. Ekzistas malvalidaj kombinaĵoj (se kerno estas en C0, la pakaĵeto ne povas esti en PC6), kaj la CPU povas aŭtomate "promocii" aŭ "malpromocii" la tavolon surbaze de celaj latencoj kaj restadoj.

Latenteco gravas: C1 estas forlasita post nur kelkaj dekduoj da cikloj, dum C6/C7 povas kosti centojn da mikrosekundoj. Tial, prokrast-sentemaj ŝarĝoj (ludado, realtempa aŭdio, postulema retigado) suferas se la procesoro ofte falas en profundan dormon.

Efikeco P-Statoj: Frekvenco kaj Tensio

Dum C-Ŝtatoj "dormas kiam ne estas laboro", P-Ŝtatoj "adaptas la ritmon kiam" Jes, estas laboro, sed ĝi ne postulas la maksimumon.". P0 estas la plej alta funkcia stato (plej alta frekvenco/tensio), poste venas P1, P2... ĉiu kun malkreskantaj frekvenco-tensiaj paroj. Ĉi tiuj tabeloj estas deklaritaj al la operaciumo per ACPI (_PSS) kaj kontrolitaj per MSR-oj kiel IA32_PERF_CTL/IA32_PERF_STATUS.

Historie la operaciumo petis P-ŝtatojn (EIST/SpeedStep ĉe Intel, PowerNow! ĉe AMD), sed hodiaŭ estas ofte... Aparatar-kontrolitaj Funkciaj Statoj (HWP/Rapidŝanĝo)La operaciumo indikas preferon (rendimento/ŝparado) kaj la procesoro decidas en milisekundoj la precizan punkton, kun tre fajna po-kerna detaleco.

Ŝlosila detalo: P-ŝtatoj kaj C-ŝtatoj estas "ortogonalaj"Vi povas esti ĉe P0 (alta frekvenco) kaj, kiam vi fariĝas neaktiva, eniri C6. Male, sub daŭra ŝarĝo ĉe P2, ne ekzistas C-statoj ĉar la kerno efektivigas (C0). Tial estas bona ideo mense apartigi "frekvencon/tension" (P) de "neaktiva" (C).

De APM al ACPI: paradigmoŝanĝo

APM estis la antaŭa API administrata ĉefe el BIOS kaj peliloj. Ĝi permesis Malŝalti neaktivajn flankaparatojn kaj difini simplajn tutmondajn statojn, sed la procesoro (CPU) estis ekster la rekta kontrolo de la operaciumo pro sekurecaj kialoj. ACPI evoluis al pli riĉa, pli normigita modelo, kun tabelaj priskriboj, detala kontrolo kaj proksima kunlaboro inter firmvaro, operaciumo kaj aparataro.

Kiel eniri kaj eliri el la C-Ŝtatoj

Kiam la planilo ne havas pretajn fadenojn, ĝi efektivigas HLT aŭ MWAIT kun sugesto pri la cela C-Stato; Interrompoj "rompas" dormon kaj redonu la kernon al C0. Privataj kaŝmemoroj estas malplenigitaj ĉe C3; kunteksto estas konservita al SRAM ĉe C6 kaj tensio estas malaltigita al nulo. Kelkaj procesoroj efektivigas Potenckonscian Interrompan Vojigon (PAIR) por sendi interrompojn al jam aktivajn kernojn (por konservi) aŭ por malaktivigi kernojn (por plenumo), laŭbezone.

Turbo, TDP kaj potencolimoj

Procesoroj difinas TDP-on, kiun la malvarmiga sistemo devas povi disipi daŭre (PL1: sekura averaĝa potenco). Supre, pli potencaj fenestroj povas eniri (PL2, kaj aldonaj niveloj kiel PL3/PL4 depende de la platformo) dum limigitaj periodoj. Se ekzistas termika kaj elektra kapspaco, la kerno povas superi la bazan frekvencon per Turbo, eĉ nesimetria formo (pli da turbo kun malpli da aktivaj kernoj).

Kiam temperaturoj superas la sojlon aŭ la VRM/potenco postulas tion, PROCHOT povas esti aktivigita kaj enigu T-staton aŭ frekvencan eltondadon por protekti la peceton. Ĉi tiu konduto estas ofta en maldikaj tekokomputiloj.

 

Vindozo: Potencaj Planoj, Legadoj kaj Nombriloj

Vindozaj ofertoj planoj kiel "Energiŝparado", “Ekvilibra” kaj “Alta Efikeco”. La unua emas pli malaltaj P-ŝtatoj agreseme kaj dormu profundeLa tria konservas altajn frekvencojn kaj evitas falojn de latenteco je la kosto de efikeco. "Ekvilibra" provas mezan vojon.

En Task Manager, "rapideco" estas sinteza metriko kiu averaĝas po kerno kaj konsideras moduladan devon se estas T-Statoj. Ĝi povas superi la bazon (Turbo) aŭ fali sub la minimuman EIST (gating). Por altnivela telemetrio, la nombrilo "\Processor Information(_Total)\% Processor Performance" reflektas la procenton de efika rendimento laŭ CPU.

Ekzistas iloj por diagnozi aŭ ĝustigi: CPU-Z (bazaj datumoj), HWiNFO (sensiloj), Akcelilhaltigo (horloĝoj, C-statoj po kerno kaj PROCHOT/modulada kontrolo), aŭ ParkControl (agordado de kerna parkumado/C-Statoj) kiuj tuŝas kaŝitajn parametrojn de energiplano (powercfg permesas redakti "IDLE_PROMOTE/DEMOTE", ktp.).

Linukso: cpupower, turbostat kaj CoreFreq

En Linukso, iloj kiel CPU-potenco montri regantojn, frekvencintervalojn kaj transirlatentecojn; turbstato montras MSR-ojn, kialojn de kerna perf-limo (MSR_CORE_PERF_LIMIT_REASONS), kaj loĝejojn laŭ C-Ŝtato; kaj KernaFrekvenco provizas detalan vidon de absolutaj frekvencoj, C-statoj kaj Turbo po kerno/pakaĵo.

Praktika nuanco: ĉe iuj komputiloj, la pelilo intel_idle povas ignori BIOS-limigojn super C-Statoj kaj uzi sian propran tabelon. En aliaj, la firmvaro "ŝlosas" la plej profundan C-Staton permesitan por la operaciumo per MSR.

BIOS/UEFI kaj Profiloj: Kiu Vere Estras?

En la BIOS/UEFI-agordoj ili kutime aperas ŝlosilaj ŝaltiloj: EIST/SpeedStep, TurboBoost kaj CPU C-StatojPlie, multaj serviloj permesas al vi elekti potencajn profilojn: "Maksimuma Elfaro" (ĉio je sia plej bona nivelo, kun minimumaj latencoj) aŭ "Operaciumo Kontrolita/Propra", kie la hipervizoro aŭ operaciumo regas P/C-Statojn. Elektante "Operaciumo-Kontrolan Reĝimon" delegas la inteligentecon al la operaciumo.

Se vi uzas hipervizorojn kiel ESXi, estas bona ideo kombini Reĝimo de OS-Kontrolo en BIOS kun la plano "Alta Rendimento" de la hipervizoro kiam la celo estas premi rendimenton (ekzemple kun NSX-T, Randaj Nodoj, aŭ latentec-sentemaj funkcioj). En tiu scenaro, vi vidos P-Staton 0 pli ofte kaj C-Statojn limigitajn al C0/C1; kun "Ekvilibra" plano, la gastiganto pli dependos de pli malaltaj P-Statoj kaj pli profundaj C-Statoj.

Por resumi ĉi tiun tutan C-Ŝtatojn kaj P-Ŝtatojn ĥaoson: ACPI difinas la kadron, C-Ŝtatoj ŝparas energion kiam ne estas laboro, P-Ŝtatoj ĝustigas altan/malaltan rapidumon sub ŝarĝo, T-Ŝtatoj savas la tagon en ekstrema varmo, kaj M-Ŝtatoj rabas vatojn de memoro. La ŝlosilo estas elekti la ĝustan profilon por via uzo., mezuru per la ĝustaj iloj kaj, se necese, starigu prudentajn limojn al la profundo de ripozo.