Zein da CPUaren C egoeren eta P egoeren arteko aldea?

Prozesadore modernoetan, energia kudeaketa ez da etengailu bakarra, baizik eta etengailu multzo bat. mekanismo koordinatuak (CPUren C-egoerak eta P-egoerak, besteak beste) sistema eragileak, firmwareak eta CPUak berak denbora errealean energia-kontsumoa, tenperatura eta errendimendua doitzeko erabiltzen dituztenak. Artikulu honek akronimo horien nahasketa laburbildu eta antolatzen du, ordenagailuak energia aurrezten duenean edo abiadura hartzen duenean zer gertatzen den uler dezazun.

Fabrikatzaile eta CPU familia bakoitzak bere ukitua gehitzen badu ere, oinarria komuna da: ACPI-k "egoera" estandarrak definitzen ditu sistemarentzat, gailuentzat eta prozesadorearentzat. Hemen ikusiko dituzu C-egoeren eta P-egoeren arteko desberdintasunak, nola erlazionatzen diren G/S/D-egoerekin, zer eragin duten latentzian, zergatik desgaitzen duten jokalariek eta audiofilo profesionalek askotan lo sakona, eta zer tresna praktiko dauden eskuragarri Windows, Linux eta ESXi bezalako inguruneetan erabiltzeko.

ACPI laburbilduz

ACPI (Advanced Configuration and Power Interface) ordenagailu eta zerbitzarietan energia orkestratzen duen estandarra da, eta hori APM kontrol eta granularitate handiagoarekin ordezkatu zuenIntel, Microsoft eta Toshiba-ren eskutik jaio zen 90eko hamarkadan eta 64 biteko prozesamendua, multiprozesaketa, bus modernoak (PCIe, SATA, USB 3.x) eta gertaeren detekzioa (adibidez, pizteko botoia) barne hartzeko eboluzionatu zuen.

ACPI batez ere x86 familian erabiltzen den arren, beste arkitektura batzuetan ere zabaldu da. ARM gailu mugikorretan, ordea, estrategia jabedunak erabiltzen dira (adibidez, big.LITTLE eta kluster heterogeneoak) kargaren araberako eraginkortasuna eta erantzuna orekatzeko.

Estatu Globalak eta Egonaldi Bereziak (G-Estatuak eta S-Estatuak)

Egoera globalek sistemaren egoera osoa deskribatzen dute. Garrantzitsuena hau da: G0/S0 (Lanean), non ordenagailua aktibo dagoen. Azken hardwarean badago S0ix (S0-ren azpiegoerak) SoC-aren zati bat lo dagoelarik, batez ere ordenagailu eramangarrietan, lo modu oso finak ahalbidetzen dituztenak.

• G0/S0: sistema martxan.
• G1 (Lo egitea): S1, S2, S3 (RAM memorian esekita) eta S4 (diskoan hibernatu) hartzen ditu barne. S3-k RAMa piztuta mantentzen du azkar berrekiteko; S4-k memoria biltegiratze ez-hegazkorrera hustutzen du.
• G2/S5 (Itzaltze leuna)Gertaeren bidez (teklatua, sarea, etab.) esnatzeko aukera emateko itzaltze logikoa energia gutxienarekin.
• G3 (Mekanikoki itzalita)Itzaltze fisikoa; bateria bakoitzeko RTC-ak bakarrik irauten du.

Gogoan izan Prozesadorearen C egoerak G0/S0 barruan daude.Sistemak G1 egoeran sartzen denean, CPU paketea itzaltzen da eta C-States-ek erreprodukzioa gelditzen du.

Gailuaren egoerak (D-egoerak)

ACPI-k periferikoak nola lo edo esnatzen diren ere definitzen du. D0 "eragiketa osoa"-ren baliokidea da, D1/D2 tartekoak dira (gailuaren araberakoa) eta D3 Beroan (energia lagungarriarekin, busari erantzuten) edo Hotzean (erabat itzalita, erantzuten ez duena) adarkatzen da. Horri esker, adibidez, sare-txartel batek ordenagailua esna dezake beste gailuak lo dauden bitartean.

T-egoerak: erlojuaren modulazioa, azken aukera

P eta C-z gain, badago erloju-modulazioa (T-egoerak)PWM mota bat, barneko erloju-pultsuak eredu batean kentzen dituena (adibidez, 8tik 1), iragarritako oinarrizko maiztasuna aldatu gabe jarduera murriztuz. Kontra-neurri termiko edo larrialdi gisa (PROCHOT) pentsatuta dago eta IA32_CLOCK_MODULATION bidez kontrolatzen da, MSR_*_PERF_LIMIT_REASONS-en kausak/erregistroak dituelarik.

Dokumentu batzuek “errelevantetzat” jotzen duten arren, praktikan Diseinu termiko egokia duten ordenagailu eramangarrietan agertzen jarraitzen du eta karga iraunkorren pean. Windows-ek EIST minimoaren azpitik "abiadura" bat adierazten badu, litekeena da T-State aktibo egotea (erloju-atxikipena).

M-egoerak: Memoria aurreztea

ACPI-k memoria-egoerak ere eskaintzen ditu DRAM azpisistemaren energia-kontsumoa murrizteko sistema inaktibo dagoenean. M0 funtzionamendu normala daM1/M2 eta beste modu batzuek memoria bere kabuz freskatzera behartzen dute eta denbora moteltzen dute, energia murriztuz esnatzeko latentzia luzeagoekin. Hauek erabiltzailearentzat gutxiago ikusten dira, baina aurrezpen orokorrean laguntzen dute.

Prozesadorearen C egoerak: Buruarekin lo

Orain artikuluaren gaia jorratuko dugu: C-egoerak eta P-egoerak. C-egoerak kernelaren edo paketearen inaktibo egoerak dira. Zenbaki zenbat eta handiagoa izan, orduan eta lo sakonagoa eta aurrezpen handiagoak, baina baita esnatzeko latentzia handiagoa ere. HLT edo MWAIT bezalako instrukzio pribilegiatuekin eskatzen dira (azken honek Cx eta azpiegoera esplizituki eska ditzake), eta gaitasunen mapaketa sistema eragilera iristen da ACPI (_CST) bidez.

• C0: exekuzio normala. Hemen sartzen dira jokoan P estatuak.
• C1/C1E (Gelditu): nukleoa gelditzen da, ia berehalako itzulera C0-ra; C1E-k kontsumoa gehiago murrizten du.
• C2 (Erlojuaren geldialdia)Erloju-seinaleak geldituta daude, itzulerak denbora gehiago behar du.
• C3 (Loa/Lo sakona)L1/L2 azken cache-ra (LLC) hustu da eta nukleoko erlojuak itzali egiten dira; nukleoaren funtsezko egoera bakarrik mantentzen da.
• C6 eta goragokoakNukleoa itzali eta bere testuingurua SRAM dedikatu batean gorde daiteke, nukleoaren tentsioa ~0 V-ra jaitsiz; irtetean, nukleoaren egoera berreskuratzen da. Modelo batzuek C10 arte jasaten dute plataforma berrietan.

Nukleo bakoitzeko C egoerez (CC egoerak) gain, nukleoaren planoa dago. Pakete C-egoerak (PC-egoerak) nukleo guztiek baimentzen dutenean bloke partekatuak (LLC bezala) desaktibatzen dituztenak. Baliogabeko konbinazioak daude (nukleo bat C0-n badago, paketea ezin da PC6-n egon), eta CPUak automatikoki maila "igo" edo "jaitsi" dezake helburuko latentzien eta egoitzen arabera.

Latentzia garrantzitsua da: C1 ziklo gutxi batzuetan bertan behera uzten da, C6/C7-k ehunka mikrosegundo kostatu daitezkeen bitartean. Beraz, atzerapenarekiko sentikorrak diren kargak (jokoak, denbora errealeko audioa, sare zorrotzak) kaltetu egiten dira prozesadorea maiz lo sakonean sartzen bada.

Errendimendu P-egoerak: Maiztasuna eta Tentsioa

C-Estatuak “lanik ez dagoenean lo” dauden bitartean, P-Estatuak “erritmoa egokitzen dute lanik ez dagoenean”. Bai, badago lana, baina ez da ahalik eta etekin handiena ateratzenP0 errendimendu-egoera gorena da (maiztasun/tentsio gorena), eta gero datoz P1, P2… bakoitza maiztasun-tentsio bikote txikiagoekin. Taula hauek sistema eragileari ACPI (_PSS) bidez deklaratzen zaizkio eta IA32_PERF_CTL/IA32_PERF_STATUS bezalako MSR-ek kontrolatzen dituzte.

Historikoki sistema eragileak P-Estatuak eskatzen zituen (EIST/SpeedStep Intel-en, PowerNow! AMD-en), baina gaur egun ohikoa da Hardwareak kontrolatutako errendimendu-egoerak (HWP/Abiadura-aldaketa)Sistema eragileak lehentasun bat adierazten du (errendimendua/aurrezkia) eta CPUak milisegundotan erabakitzen du puntu zehatza, nukleo bakoitzeko granularitate oso finarekin.

Xehetasun gako bat: P-Estatuak eta C-Estatuak "ortogonalak" diraP0-n (maiztasun handia) egon zaitezke eta, inaktibo bihurtzen zarenean, C6-n sartu. Alderantziz, P2-n karga jarraitua dagoenean, ez dago C egoerarik, nukleoa exekutatzen ari delako (C0). Horregatik komeni da mentalki "maiztasuna/tentsioa" (P) "geldialditik" (C) bereiztea.

APMtik ACPIra: paradigma aldaketa bat

APM BIOS eta kontrolatzaileetatik kudeatzen zen aurreko APIa zen. Itzali periferiko inaktiboak eta definitu egoera global sinpleak, baina CPUa segurtasun arrazoiengatik sistema eragilearen kontrol zuzenetik kanpo zegoen. ACPI eredu aberatsago eta estandarizatuago batera eboluzionatu zuen, taula deskribapenekin, kontrol xehearekin eta firmwarearen, sistema eragilearen eta hardwarearen arteko lankidetza estuarekin.

Nola sartu eta irten C estatuetan

Planifikatzaileak haririk prest ez duenean, HLT edo MWAIT exekutatzen du C egoeraren aholku batekin; Etenaldiek loa “hausten” dute eta itzuli nukleoa C0-ra. Cache pribatuak C3-n husten dira; testuingurua SRAM-en gordetzen da C6-n eta tentsioa zerora jaisten da. CPU batzuek Power Aware Interrupt Routing (PAIR) inplementatzen dute etenak bideratzeko dagoeneko aktibo dauden nukleoak (gordetzeko) edo nukleo inaktiboetarako (errendimendurako), dagokionean.

Turbo, TDP eta potentzia mugak

Prozesadoreek hozte-sistemak modu iraunkorrean xahutu ahal izan behar duen TDP bat definitzen dute (PL1: batez besteko potentzia segurua). Goian, potentzia handiagoko leihoak sar daitezke (PL2, eta PL3/PL4 bezalako maila gehigarriak plataformaren arabera) denbora mugatu baterako. Altuera termiko eta elektrikoa badago, nukleoak oinarrizko maiztasuna gainditu dezake Turbo bidez, nahiz eta forma asimetrikoa (turbo gehiago nukleo aktibo gutxiagorekin).

Tenperaturak atalasea gainditzen duenean edo VRM/potentziak eskatzen duenean, PROCHOT aktibatu daiteke eta sartu T-State edo maiztasun-mozketa txipa babesteko. Portaera hau ohikoa da ordenagailu eramangarri meheetan.

 

Windows: Energia-planak, irakurketak eta kontagailuak

Windows-en eskaintzak "Energia Aurrezteko" bezalako planak, “Orekatua” eta “Errendimendu Handia”. Lehenengoak joera du P-Estatuak oldarkorki jaitsi eta lasai lo eginHirugarrenak maiztasun altuak mantentzen ditu eta latentzia jaitsierak saihesten ditu eraginkortasunaren kaltetan. "Orekatua"-k erdibide bat bilatzen du.

Zereginen kudeatzailean, "abiadura" metrika sintetikoa da nukleo bakoitzeko batez bestekoak hartzen ditu eta modulazio-betebeharra kontuan hartzen du T-egoerak badaude. Oinarrizko balioa (Turbo) gainditu dezake edo EIST minimoaren azpitik erori (gating). Telemetria aurreraturako, “\Processor Information(_Total)\% Processor Performance” kontagailuak CPUaren araberako errendimendu eraginkorraren ehunekoa islatzen du.

Diagnostikatzeko edo doitzeko utilitateak daude: CPU-Z (oinarrizko datuak), HWiNFO (sentsoreak), Azeleragailu-geldialdia (erlojuak, nukleo bakoitzeko C-egoerak eta PROCHOT/modulazio kontrola), edo ParkControl (nukleoaren aparkalekuaren doikuntza/C-egoerak) energia-planaren parametro ezkutuak ukitzen dituztenak (powercfg-ek "IDLE_PROMOTE/DEMOTE" editatzeko aukera ematen du, etab.).

Linux: cpupower, turbostat eta CoreFreq

Linuxen, tresnak bezalakoak CPUaren potentzia erakutsi gobernadoreak, maiztasun-tarteak eta trantsizio-latentziak; turbostatoa MSR-ak, nukleoaren errendimenduaren mugaren arrazoiak (MSR_CORE_PERF_LIMIT_REASONS) eta egoitzak C-Estatuaren arabera erakusten ditu; eta CoreFreq maiztasun absolutuen, C egoeren eta Turboaren ikuspegi zehatza eskaintzen du nukleo/pakete bakoitzeko.

Ñabardura praktiko bat: ordenagailu batzuetan, gidariak intel_idle-k BIOS murrizketak alde batera utzi ditzake C-egoeren gainetik eta beren taula propioa erabiltzen dute. Beste batzuetan, firmwareak sistema eragilearentzat baimendutako C-egoera sakonena "blokeatzen" du MSR bidez.

BIOS/UEFI eta Profilak: Nork du benetan agintea?

BIOS/UEFI ezarpenetan agertzen dira normalean giltza-etengailuak: EIST/SpeedStep, TurboBoost eta CPU C-StatesGainera, zerbitzari askok energia-profilak aukeratzeko aukera ematen dute: "Errendimendu maximoa" (dena bere onenean, latentzia minimoekin) edo "Sistema eragileak kontrolatua/pertsonalizatua", non hiperbisoreak edo sistema eragileak P/C egoerak gobernatzen dituen. "Sistema eragilearen kontrol modua" hautatzeak adimena sistema eragileari delegatzen dio.

ESXi bezalako hiperbisoreak erabiltzen badituzu, ideia ona da konbinatzea BIOSeko OS kontrol modua "Errendimendu Handia" planarekin hiperbisorearen helburua errendimendua murriztea denean (adibidez, NSX-T, Edge Nodes edo latentziarekiko sentikorrak diren funtzioekin). Egoera horretan, P-Egoera 0 maizago ikusiko duzu eta C-Egoerak C0/C1-era mugatuta; "Orekatua" den plan batekin, ostalariak P-Egoera baxuagoetan eta C-Egoera sakonagoetan oinarrituko da gehiago.

C-States eta P-States nahaspila hau guztia laburbiltzeko: ACPI-k markoa definitzen du, C-States-ek energia aurrezten dute lanik ez dagoenean, P-States-ek martxa altua/baxua doitzen dituzte kargapean, T-States-ek eguna salbatzen dute bero handian, eta M-States-ek watt-ak kentzen dizkiote memoriari. Gakoa zure erabilerarako profil egokia aukeratzea da., neurtu tresna egokiekin eta, beharrezkoa bada, ezarri muga zentzuzkoak atsedenaldiaren sakonerari.