Cili është ndryshimi midis gjendjeve C dhe gjendjeve P të CPU-së?

Në procesorët modernë, menaxhimi i energjisë nuk është një çelës i vetëm, por një grup mekanizma të koordinuar (shtetet C dhe gjendjet P të CPU-së, ndër të tjera) që sistemi operativ, firmware-i dhe vetë CPU-ja përdorin për të rregulluar konsumin e energjisë, temperaturën dhe performancën në kohë reale. Ky artikull i distilon dhe i organizon ato akronime në mënyrë që të kuptoni se çfarë po ndodh nën kapuç kur kompjuteri juaj kursen energji ose shpejtohet.

Edhe pse çdo prodhues dhe familje CPU shton prekjen e vet, themeli është i përbashkët: ACPI përcakton "gjendjet" standarde për sistemin, pajisjet dhe procesorin. Këtu do të shihni ndryshimet midis gjendjeve C dhe gjendjeve P, si lidhen ato me gjendjet G/S/D, çfarë ndikimi kanë në latencën në botën reale, pse lojtarët dhe audiofilët profesionistë shpesh e çaktivizojnë gjumin e thellë dhe cilat mjete praktike janë të disponueshme për përdorim në Windows, Linux dhe mjedise si ESXi.

ACPI me pak fjalë

ACPI (Konfigurimi i avancuar dhe ndërfaqja e energjisë) është standardi që orkestron fuqinë në PC dhe servera, dhe që zëvendësoi APM-në me kontroll dhe detaje më të mëdhaLindi nga duart e Intel, Microsoft dhe Toshiba në vitet '90 dhe evoluoi për të përfshirë 64-bit, multiprocessing, bus-e moderne (PCIe, SATA, USB 3.x) dhe zbulimin e ngjarjeve (p.sh., butonin e ndezjes).

Edhe pse ACPI përdoret kryesisht në familjen x86, ai është vendosur edhe në arkitektura të tjera. Megjithatë, në pajisjet mobile ARM, përdoren strategji pronësore (siç janë big.LITTLE dhe klasteret heterogjene) për të balancuar efikasitetin dhe reagimin në varësi të ngarkesës.

Shtetet Globale dhe të Pezulluara (Shtetet G dhe Shtetet S)

Gjendjet globale përshkruajnë gjendjen e plotë të sistemit. Më e rëndësishmja është G0/S0 (Në punë), ku kompjuteri është aktiv. Në harduerin e fundit ka S0ix (nëngjendjet e S0) të cilat lejojnë modalitete shumë të mira gjumi me një pjesë të SoC në gjumë, veçanërisht në laptopë.

• G0/S0: sistemi në funksionim.
• G1 (Gjumi)Mbulon S1, S2, S3 (pezullim në RAM) dhe S4 (hibernim në disk). S3 e mban RAM-in të furnizuar me energji për të rifilluar shpejt; S4 e pastron memorien në memorien jo të paqëndrueshme.
• G2/S5 (Fikje e butë)Mbyllje logjike me fuqi minimale për të lejuar zgjimin nga ngjarjet (tastiera, rrjeti, etj.).
• G3 (Mekanikisht i fikur)Fikje fizike; vetëm RTC mbijeton për çdo bateri.

Mbani në mend se Gjendjet C të procesorit ndodhen brenda G0/S0Kur sistemi hyn në G1, paketa e CPU-së fiket dhe gjendjet C ndalojnë së luajturi.

Gjendjet e Pajisjes (Gjendjet D)

ACPI gjithashtu përcakton se si pajisjet periferike flenë ose zgjohen. D0 është ekuivalent me "funksionim të plotë", D1/D2 janë të ndërmjetme (varet nga pajisja) dhe D3 degëzohet në Hot (me energji ndihmëse, që i përgjigjet bus-it) ose Cold (plotësisht i fikur, nuk i përgjigjet). Kjo lejon, për shembull, një kartë rrjeti të zgjojë kompjuterin ndërsa pajisjet e tjera mbeten në gjumë.

T-Stats: Modulimi i Orës, Mjeti i Fundit

Përveç P dhe C, ekziston edhe modulimi i orës (T-States): një lloj PWM që shtyp pulset e brendshme të orës në një model (p.sh., 1 nga çdo 8), duke zvogëluar aktivitetin pa ndryshuar frekuencën bazë të reklamuar. Është menduar si një kundërmasë termike ose emergjente (PROCHOT) dhe kontrollohet nëpërmjet IA32_CLOCK_MODULATION, me shkaqe/logime në MSR_*_PERF_LIMIT_REASONS.

Edhe pse disa dokumente e konsiderojnë atë "të parëndësishme", në praktikë Vazhdon të shfaqet në laptopë me një dizajn termik të mirë. dhe nën ngarkesa të vazhdueshme. Nëse shihni që Windows raporton një "shpejtësi" nën EIST minimale, ka të ngjarë që gjendja T të jetë aktive (gating i orës).

M-Stats: Kursime të Memories

ACPI gjithashtu siguron gjendje memorieje për të zvogëluar konsumin e energjisë së nënsistemit DRAM kur sistemi është në gjendje joaktive. M0 është funksionim normalModalitetet M1/M2 dhe të tjera e detyrojnë memorien të vetë-rifreskohet dhe të ngadalësojë kohën, duke zvogëluar energjinë me vonesa më të gjata zgjimi. Këto janë më pak të dukshme për përdoruesin, por kontribuojnë në kursimet e përgjithshme.

Gjendjet C të procesorit: Gjumi me kokën në gjumë

Le të trajtojmë tani temën e artikullit: Gjendjet-C dhe Gjendjet-P. Gjendjet-C janë gjendjet joaktive të kernelit ose paketës. Sa më i lartë numri, aq më i thellë është gjumi dhe kursime më të mëdha, por edhe vonesë më të lartë zgjimi. Ato kërkohen me udhëzime të privilegjuara si HLT ose MWAIT (kjo e fundit mund të kërkojë në mënyrë të qartë një Cx dhe nënstatus), dhe hartëzimi i aftësive arrin në sistemin operativ nëpërmjet ACPI (_CST).

• C0: ekzekutim normal. Këtu hyjnë në lojë gjendjet P.
• C1/C1E (Ndalo): bërthama ndalet, kthim pothuajse i menjëhershëm në C0; C1E e zvogëlon më tej konsumin.
• C2 (Stop-Ora)Sinjalet e orës ndalen, kthimi zgjat pak më shumë.
• C3 (Gjumi/Gjumi i Thellë)L1/L2 pastrohet në memorjen e fundit të memorjes (LLC) dhe orët kryesore çaktivizohen; vetëm gjendja thelbësore e bërthamës ruhet.
• C6 dhe më lartBërthama mund të fiket dhe konteksti i saj të ruhet në SRAM të dedikuar, duke e ulur tensionin e bërthamës në ~0 V; pas daljes, gjendja e bërthamës rikthehet. Disa modele ekspozojnë deri në C10 në platformat e fundit.

Përveç gjendjeve C për bërthamë (gjendjet CC), ekziston edhe rrafshi i Paketa C-Shtetet (PC-Shtetet) që çaktivizojnë blloqet e përbashkëta (si LLC) kur të gjitha bërthamat e lejojnë këtë. Ka kombinime të pavlefshme (nëse një bërthamë është në C0, paketa nuk mund të jetë në PC6), dhe CPU mund ta "promovojë" ose "ulë" automatikisht nivelin bazuar në vonesat dhe vendbanimet e synuara.

Latencia ka rëndësi: C1 braktiset vetëm në disa dhjetëra cikle, ndërsa C6/C7 mund të kushtojë qindra mikrosekonda. Prandaj, ngarkesat e ndjeshme ndaj vonesës (lojërat, audio në kohë reale, rrjetëzimi me kërkesa të larta) vuajnë nëse procesori bie shpesh në gjumë të thellë.

Gjendjet P të Performancës: Frekuenca dhe Tensioni

Ndërsa gjendjet-C janë "në gjumë kur nuk ka punë", gjendjet-P janë "përshtatja e ritmit kur Po, ka punë, por nuk merr maksimumin“. P0 është gjendja me performancën më të lartë (frekuenca/voltazhi më i lartë), pastaj vijnë P1, P2… secila me çifte frekuencë-voltazh në rënie. Këto tabela deklarohen në sistemin operativ nëpërmjet ACPI (_PSS) dhe kontrollohen nga MSR si IA32_PERF_CTL/IA32_PERF_STATUS.

Historikisht, sistemi operativ kërkonte gjendjet P (EIST/SpeedStep në Intel, PowerNow! në AMD), por sot është e zakonshme që Gjendjet e Performancës të Kontrolluara nga Pajisjet (HWP/Shpejtësia e Zhvendosjes)Sistemi operativ tregon një preferencë (performancë/kursim) dhe CPU-ja vendos në milisekonda pikën e saktë, me një granularitet shumë të imët për çdo bërthamë.

Një detaj kyç: Gjendjet-P dhe gjendjet-C janë "ortogonale"Mund të jesh në P0 (frekuencë e lartë) dhe, pasi të bëhesh joaktiv, të hysh në C6. Anasjelltas, nën ngarkesë të qëndrueshme në P2, nuk ka gjendje C sepse bërthama është duke u ekzekutuar (C0). Kjo është arsyeja pse është një ide e mirë të ndash mendërisht "frekuencën/voltazhin" (P) nga "boshe" (C).

Nga APM në ACPI: një ndryshim paradigme

APM ishte API-ja e mëparshme e menaxhuar kryesisht nga BIOS dhe drajverët. Ajo lejonte Çaktivizoni pajisjet periferike joaktive dhe përcaktoni gjendje të thjeshta globale, por CPU ishte jashtë kontrollit të drejtpërdrejtë të sistemit operativ për arsye sigurie. ACPI evoluoi në një model më të pasur dhe më të standardizuar, me përshkrime tabelash, kontroll të detajuar dhe bashkëpunim të ngushtë midis firmware-it, sistemit operativ dhe harduerit.

Si të hyni dhe të dilni nga Shtetet C

Kur planifikuesi nuk ka fije të gatshme, ai ekzekuton HLT ose MWAIT me një aludim të gjendjes C të synuar; Ndërprerjet e “prishin” gjumin dhe kthejnë bërthamën në C0. Memorjet private të memorjes pastrohen në C3; konteksti ruhet në SRAM në C6 dhe voltazhi ulet në zero. Disa CPU zbatojnë Power Aware Interrupt Routing (PAIR) për të drejtuar ndërprerjet në bërthamat tashmë aktive (për të ruajtur) ose për të lënë bërthamat në gjendje të papërdorshme (për performancën), sipas rastit.

Turbo, TDP dhe kufijtë e fuqisë

Procesorët përcaktojnë një TDP që sistemi i ftohjes duhet të jetë në gjendje ta shpërndajë në mënyrë të qëndrueshme (PL1: fuqi mesatare e sigurtSipër, dritaret me energji më të lartë mund të hyjnë (PL2, dhe nivele shtesë si PL3/PL4 në varësi të platformës) për periudha të kufizuara. Nëse ka hapësirë ​​termike dhe elektrike, bërthama mund të tejkalojë frekuencën bazë nëpërmjet Turbo, madje formë asimetrike (më shumë turbo me më pak bërthama aktive).

Kur temperaturat tejkalojnë pragun ose VRM/fuqia e kërkon këtë, PROCHOT mund të aktivizohet dhe futni T-Gjendje ose prerje frekuence për të mbrojtur çipin. Kjo sjellje është e zakonshme në laptopët e hollë.

Windows: Planet e energjisë, leximet dhe numëruesit

Ofertat e Windows plane si "Kursimi i Energjisë", “I ekuilibruar” dhe “Performancë e lartë”. E para tenton të ulin P-statet në mënyrë agresive dhe flenë mirëE treta ruan frekuenca të larta dhe shmang rëniet e latencës në kurriz të efikasitetit. "Balanced" përpiqet të gjejë një zgjidhje të mesme.

Në Task Manager, "shpejtësia" është një metrikë sintetike që mesatarizon për bërthamë dhe merr në konsideratë detyrën e modulimit nëse ka gjendje T. Mund të kalojë bazën (Turbo) ose të bjerë nën minimumin EIST (gating). Për telemetri të avancuar, numëruesi “\Processor Information(_Total)\% Processor Performance” pasqyron përqindjen e performancës efektive nga CPU-ja.

Ka shërbime për të diagnostikuar ose rregulluar: CPU-Z (të dhëna bazë), HWiNFO (sensorë), Ndaloni mbytjen (ora, gjendjet C për bërthamë dhe kontrolli PROCHOT/modulimi), ose ParkControl (akordimi i parkimit bazë/Gjendjet C) që prekin parametrat e fshehur të planit të energjisë (powercfg lejon modifikimin e “IDLE_PROMOTE/DEMOTE”, etj.).

Linux: cpupower, turbostat dhe CoreFreq

Në Linux, mjete si Cpuppower tregoni rregullatorët, diapazonin e frekuencave dhe vonesat e tranzicionit; turbostat shfaq MSR-të, arsyet e limitit të performancës bazë (MSR_CORE_PERF_LIMIT_REASONS) dhe vendbanimet sipas C-State; dhe CoreFreq ofron një pamje të detajuar të frekuencave absolute, gjendjeve C dhe Turbo për bërthamë/paketë.

Një nuancë praktike: në disa kompjuterë, shoferi intel_idle mund të injorojë kufizimet e BIOS-it mbi gjendjet C dhe përdorin tabelën e tyre. Në të tjerat, firmware-i "bllokon" gjendjen C më të thellë të lejuar për sistemin operativ nëpërmjet MSR.

BIOS/UEFI dhe Profilet: Kush është vërtet përgjegjës?

Në cilësimet BIOS/UEFI ato zakonisht shfaqen çelësat: EIST/SpeedStep, TurboBoost dhe gjendjet CPUPër më tepër, shumë servera ju lejojnë të zgjidhni profilet e fuqisë: "Performancë Maksimale" (çdo gjë në formën e saj më të mirë, me vonesa minimale) ose "E Kontrolluar nga Sistemi Operativ/E Personalizuar", ku hipervizori ose sistemi operativ kontrollon gjendjet P/C. Zgjedhja e "Mënyrës së Kontrollit të Sistemit Operativ" ia delegon inteligjencën sistemit operativ.

Nëse përdorni hipervizorë si ESXi, është një ide e mirë të kombinoni Modaliteti i Kontrollit të Sistemit Operativ në BIOS me planin "Performancë e Lartë" të hipervizorit kur qëllimi është të shtrydhet performanca (për shembull me NSX-T, Edge Nodes ose funksione të ndjeshme ndaj latencës). Në atë skenar, do ta shihni P-Gjendjen 0 më shpesh dhe C-Gjendjet e kufizuara në C0/C1; me një plan "të ekuilibruar", hosti do të mbështetet më shumë në P-Gjendjet më të ulëta dhe C-Gjendjet më të thella.

Për ta përmbledhur të gjithë këtë rrëmujë midis gjendjeve C dhe gjendjeve P: ACPI përcakton kuadrin, gjendjet C kursejnë energji kur nuk ka punë, gjendjet P rregullojnë marshin e lartë/të ulët nën ngarkesë, gjendjet T kursejnë energji në nxehtësi ekstreme dhe gjendjet M kursejnë vat nga memorien. Gjëja kryesore është të zgjidhni profilin e duhur për përdorim., matni me mjetet e duhura dhe, nëse është e nevojshme, vendosni kufij të arsyeshëm për thellësinë e pushimit.

Artikulli i lidhur:

Modern Standby shkarkon baterinë gjatë gjumit: si ta çaktivizoni atë.

Daniel Terrasa

Redaktor i specializuar në çështjet e teknologjisë dhe internetit me më shumë se dhjetë vjet përvojë në media të ndryshme dixhitale. Unë kam punuar si redaktor dhe krijues i përmbajtjes për kompanitë e tregtisë elektronike, komunikimit, marketingut online dhe reklamave. Kam shkruar gjithashtu në faqet e internetit të ekonomisë, financave dhe sektorëve të tjerë. Puna ime është edhe pasioni im. Tani, përmes artikujve të mi në Tecnobits, Përpiqem të eksploroj të gjitha të rejat dhe mundësitë e reja që bota e teknologjisë na ofron çdo ditë për të përmirësuar jetën tonë.