Apa prabédan antarane C-States lan P-States saka CPU?

Ing prosesor modern, Manajemen daya ora ngalih siji, nanging pesawat saka mekanisme terkoordinasi (C-States lan P-States saka CPU, antara liya) sistem operasi, perangkat kukuh, lan CPU dhewe digunakake kanggo nyetel konsumsi daya, suhu, lan kinerja ing wektu nyata. Artikel iki nyaring lan ngatur akronim kasebut supaya sampeyan bisa ngerti apa sing kedadeyan nalika komputer sampeyan ngirit daya utawa nyepetake.

Sanajan saben pabrikan lan kulawarga CPU nambahake sentuhan dhewe, dhasar kasebut umum: ACPI nemtokake standar "negara" kanggo sistem, piranti, lan prosesor. Ing kene sampeyan bakal bisa ndeleng beda antarane C-States lan P-States, carane hubungane karo G / S / D-States, apa impact donya nyata ing latensi, kok tukang game lan audiophile profesional asring mateni turu jero, lan apa alat praktis kasedhiya kanggo nggunakake ing Windows, Linux, lan lingkungan kaya ESXi.

ACPI ing ringkesan

ACPI (Advanced Configuration and Power Interface) minangka standar sing ngatur daya ing PC lan server, lan iku diganti APM karo kontrol luwih lan granularity. Iku lair saka tangan Intel, Microsoft lan Toshiba ing 90s lan ngalami évolusi kanggo kalebu 64-dicokot, multiprocessing, bus modern (PCIe, SATA, USB 3.x) lan deteksi acara (contone, tombol daya).

Senajan ACPI utamané digunakake ing kulawarga x86, iku uga wis disebarake ing arsitektur liyane. Nanging ing piranti seluler ARM, strategi proprietary digunakake (kayata klompok gedhe.LITTLE lan heterogen) kanggo ngimbangi efisiensi lan respon gumantung saka beban.

Negara Global lan Suspensi (G-States lan S-States)

Negara-negara global nggambarake kahanan lengkap sistem kasebut. Sing paling penting yaiku G0/S0 (Makarya), ing ngendi komputer aktif. Ing hardware anyar ana S0ix (substate saka S0) sing ngidini mode turu sing apik banget karo bagean SoC turu, utamane ing laptop.

• G0/S0: sistem operasi.
• G1 (turu): isine S1, S2, S3 (nundha kanggo RAM) lan S4 (hibernate kanggo disk). S3 tetep RAM powered kanggo nerusake kanthi cepet; S4 flushes memori kanggo panyimpenan non-molah malih.
• G2/S5 (Soft-off): Logis mati kanthi daya minimal kanggo ngidini tangi-up dening acara (keyboard, jaringan, etc.).
• G3 (mekanik mati): Mati fisik; mung RTC urip saben baterei.

Ten presente que Prosesor C-States manggon ing G0/S0: Nalika sistem mlebu G1, paket CPU dipateni lan C-States mandheg muter.

Status Piranti (D-States)

ACPI uga nemtokake cara periferal turu utawa tangi. D0 padha karo "operasi lengkap", D1 / D2 iku penengah (gumantung piranti) lan cabang D3 dadi Panas (kanthi daya tambahan, nanggapi bis) utawa Kadhemen (mati, ora nanggapi). Iki ngidini, contone, kertu jaringan kanggo tangi komputer nalika piranti liyane tetep turu.

T-States: Modulasi Jam, Resor Terakhir

Saliyane P lan C, ana ing modulasi jam (T-States): jenis PWM sing nyuda pulsa jam internal ing pola (contone, 1 saka saben 8), nyuda kegiatan tanpa ngganti frekuensi basa sing diiklanake. Iki dimaksudaké minangka countermeasure termal utawa darurat (PROCHOT) lan kontrol liwat IA32_CLOCK_MODULATION, karo nimbulaké / log in MSR_*_PERF_LIMIT_REASONS.

Sanajan sawetara dokumen nganggep "ora relevan", ing praktik Iku tetep katon ing laptop kanthi desain termal sing adil lan ing beban sing tetep. Yen sampeyan ndeleng Windows nglaporake "kacepetan" ing ngisor EIST minimal, kemungkinan T-State aktif (gating jam).

M-States: Simpenan Memori

ACPI uga menehi negara memori kanggo ngurangi konsumsi daya subsistem DRAM nalika sistem meneng. M0 iku operasi normalM1/M2 lan mode liyane meksa memori kanggo refresh dhewe lan alon mudhun wektu, ngurangi daya karo latensi tangi maneh. Iki kurang katon kanggo pangguna, nanging nyumbang kanggo tabungan sakabèhé.

Prosesor C-States: Turu karo sirah

Ayo saiki alamat topik artikel: C-States lan P-States. C-States minangka status idle saka kernel utawa paket. Sing luwih dhuwur nomer kasebut, luwih jero turu lan tabungan luwih, nanging uga latensi tangi luwih dhuwur. Dheweke dijaluk kanthi instruksi khusus kayata HLT utawa MWAIT (sing bisa njaluk Cx lan substatus kanthi jelas), lan pemetaan kemampuan tekan OS liwat ACPI (_CST).

• C0: eksekusi normal. Iki ngendi P‑States main.
• C1/C1E (Stop): inti mandeg, meh cepet bali kanggo C0; C1E nyuda konsumsi luwih.
• C2 (Stop-Clock): Sinyal jam wis mandegake, bali njupuk sethitik maneh.
• C3 (Sleep/Deep Sleep): L1 / L2 wis flushed kanggo cache pungkasan (LLC) lan jam inti dipateni; mung negara penting inti sing dilestarekake.
• C6 lan ndhuwur: Inti bisa powered mudhun lan konteks disimpen ing SRAM darmabakti, nggawa voltase inti mudhun kanggo ~ 0 V; sawise metu, negara inti dibalèkaké. Sawetara model mbukak nganti C10 ing platform anyar.

Saliyane ing C-States per nucleus (CC-states), ana bidang saka Paket C-States (PC-states) sing mateni blok sing dienggo bareng (kaya LLC) nalika kabeh intine ngidini. Ana kombinasi sing ora bener (yen inti ana ing C0, paket ora bisa ing PC6), lan CPU bisa kanthi otomatis "promote" utawa "demote" undakan adhedhasar latensi target lan residensi.

Latensi penting: C1 ditinggalake mung sawetara rolas siklus, nalika C6 / C7 bisa biaya atusan microseconds. Mula, beban sing sensitif tundha (game, audio wektu nyata, jaringan sing nuntut) nandhang sangsara yen prosesor kerep turu.

Kinerja P-States: Frekuensi lan Tegangan

Nalika C-States "turu nalika ora ana karya," P-States "nyetel jangkah nalika Ya, ana kerja, nanging ora entuk maksimal.". P0 minangka negara kinerja paling dhuwur (frekuensi / voltase paling dhuwur), banjur teka P1, P2 ... saben pasangan frekuensi-voltase mudhun. Tabel kasebut diumumake menyang OS liwat ACPI (_PSS) lan dikontrol dening MSR kaya IA32_PERF_CTL/IA32_PERF_STATUS.

Secara historis, sistem operasi njaluk P-States (EIST/SpeedStep ing Intel, PowerNow! ing AMD), nanging saiki wis umum Status Kinerja sing Dikontrol Hardware (HWP/Speed ​​Shift): OS nuduhake pilihan (kinerja / tabungan) lan CPU nemtokaken ing milliseconds titik pas, karo granularity saben-inti banget nggoleki.

Rincian kunci: P-States lan C-States minangka "orthogonal"Sampeyan bisa dadi P0 (frekuensi dhuwur) lan, yen ora aktif, ketik C6. Kosok baline, ing beban terus-terusan ing P2, ora ana C-States amarga inti dieksekusi (C0). Mulane iku apike kanggo misahake mental "frekuensi / voltase" (P) saka "meneng" (C).

Saka APM menyang ACPI: shift paradigma

APM minangka API sadurunge sing dikelola utamane saka BIOS lan driver. Iku ngidini Pateni periferal sing ora aktif lan nemtokake negara global sing prasaja, nanging CPU ana ing njaba kontrol langsung saka OS amarga alasan keamanan. ACPI berkembang dadi model sing luwih sugih, luwih standar, kanthi deskripsi tabel, kontrol granular, lan kolaborasi sing cedhak antarane perangkat kukuh, OS, lan hardware.

Carane mlebu lan metu saka C-States

Nalika panjadwal ora duwe utas siap, bakal nglakokake HLT utawa MWAIT kanthi tandha target C-State; Gangguan "break" turu lan bali inti kanggo C0. Cache pribadi disiram ing C3; konteks disimpen kanggo SRAM ing C6 lan voltase sudo kanggo nul. Sawetara CPU ngleksanakake Power Aware Interrupt Routing (PAIR) kanggo rute interrupts menyang inti wis aktif (kanggo nyimpen) utawa kanggo idle nganggur (kanggo kinerja), sing cocog.

Turbo, TDP lan watesan daya

Prosesor nemtokake TDP yen sistem pendinginan kudu bisa dibubarake kanthi terus-terusan (PL1: daya rata-rata aman). Ndhuwur, jendhela daya sing luwih dhuwur bisa mlebu (PL2, lan tingkat tambahan kayata PL3/PL4 gumantung ing platform) kanggo wektu winates. Yen ana headroom termal lan electrical, inti bisa ngluwihi frekuensi basa liwat Turbo, malah wangun asimetris (luwih turbo karo inti aktif luwih sithik).

Nalika suhu ngluwihi ambang utawa VRM / daya nuntut, PROCHOT bisa diaktifake lan ketik T-State utawa clipping frekuensi kanggo nglindhungi chip. Prilaku iki umum ing laptop tipis.

 

Windows: Rencana Daya, Wacan, lan Penghitung

Windows nawakake rencana kaya "Hemat Energi", "Imbang" lan "Kinerja Dhuwur". Sing pisanan cenderung ngisor P-States agresif lan turu soundlyKatelu njaga frekuensi dhuwur lan ngindhari penurunan latensi kanthi biaya efisiensi. "Imbang" nyoba tengah.

Ing Task Manager, "kacepetan" minangka metrik sintetik sing rata-rata saben inti lan nganggep tugas modulasi yen ana T-Negara. Bisa ngluwihi basa (Turbo) utawa mudhun ing ngisor EIST minimal (gating). Kanggo telemetri majeng, counter "\ Informasi Prosesor (_Total) \% Kinerja Prosesor" nuduhake persentase kinerja efektif dening CPU.

Ana utilitas kanggo diagnosa utawa nyetel: CPU-Z (data dhasar), HWiNFO (sensor), ThrottleStop (jam, C-States saben inti lan PROCHOT / kontrol modulasi), utawa ParkControl (inti parking tuning/C-States) sing ndemek paramèter rencana daya sing didhelikake (powercfg ngidini nyunting "IDLE_PROMOTE/DEMOTE", lsp.).

Linux: cpupower, turbostat lan CoreFreq

Ing Linux, alat kaya daya CPU nuduhake gubernur, rentang frekuensi lan latensi transisi; turbostat nampilake MSRs, alesan watesan perf inti (MSR_CORE_PERF_LIMIT_REASONS), lan residensi dening C-State; lan CoreFreq menehi tampilan rinci frekuensi Absolute, C-States lan Turbo saben inti / paket.

A nuansa praktis: ing sawetara komputer, driver intel_idle bisa nglirwakake watesan BIOS liwat C-States lan nggunakake tabel dhewe. Ing liyane, firmware "ngunci" C-State paling jero sing diidini kanggo OS liwat MSR.

BIOS / UEFI lan Profil: Sapa Sing Kuwasa?

Ing setelan BIOS / UEFI biasane katon ngalih tombol: EIST / SpeedStep, TurboBoost lan CPU C-StatesKajaba iku, akeh server ngidini sampeyan milih profil daya: "Kinerja Maksimum" (kabeh paling apik, kanthi latensi minimal) utawa "OS Controlled / Custom," ing ngendi hypervisor utawa OS ngatur P / C-States. Milih "Mode Kontrol OS" delegasi intelijen menyang sistem operasi.

Yen sampeyan nggunakake hypervisors kaya ESXi, iku apike kanggo gabungke Mode Kontrol OS ing BIOS kanthi rencana "Kinerja Tinggi". saka hypervisor nalika goal punika remet kinerja (contone karo NSX-T, Edge Nodes, utawa fungsi latency-sensitif). Ing skenario, sampeyan bakal weruh P-State 0 luwih kerep lan C-States winates kanggo C0 / C1; karo "Imbang" rencana, inang bakal luwih gumantung ing P-States ngisor lan C-States tuwa.

Kanggo ngringkes kabeh iki C-States lan P-States kekacoan: ACPI nemtokake pigura, C-Negara ngirit daya nalika ora ana karya, P-Negara nyetel dhuwur / kurang pindah ing mbukak, T-Negara nyimpen dina ing panas banget, lan M-Negara cukur brengos watt mati memori. Tombol iku kanggo milih profil tengen kanggo nggunakake., ngukur karo alat sing bener lan, yen perlu, nyetel watesan sing wicaksana ing ambane istirahat.