CPU功耗測量及其工程意義

徐俊達(dá)

摘要：分析了CPU功耗測量的基本原理，簡要分析了兩類CPU功耗測量軟件的特性，選擇測量工具對(duì)CPU的實(shí)時(shí)功耗進(jìn)行了測量、分析與比對(duì)，基于測試結(jié)果給出了降低CPU功耗的建議，最后給出了功耗測量的工程意義。

關(guān)鍵詞：CPU；功耗；測量

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）25-0265-02

CPU（Central Processing Unit） 是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心部件，其功耗對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及CPU自身的穩(wěn)定性都具有重要影響。由于CPU功耗是動(dòng)態(tài)變化的，通過測量工具找到影響CPU功耗的因素，并進(jìn)行有效控制，對(duì)實(shí)現(xiàn)綠色計(jì)算的目標(biāo)具有重要意義。本文將探討CPU功耗測量的方法，并在此基礎(chǔ)上分析降低不必要功耗的方法。

1 CPU功耗測量的原理

根據(jù)高中物理知識(shí)，功率P = U（電壓） × I （電流），即CPU的功耗（功率）等于流經(jīng)處理器核心的電流值與該處理器上的核心電壓值的乘積。通過測量程序讀取電壓寄存器和電路寄存器中的值即可測量CPU的功耗。

同時(shí)，根據(jù)計(jì)算機(jī)的工作原理，當(dāng)計(jì)算機(jī)執(zhí)行不同功能的指令時(shí)，需要啟動(dòng)CPU內(nèi)部不同功能部件的持續(xù)時(shí)間與其數(shù)量也不同，導(dǎo)致執(zhí)行不同程序時(shí)CPU的實(shí)際功耗也不盡相同。

2 CPU功耗測量工具及測量應(yīng)用

1） CPU功耗測量工具

CPU功耗測量工具比較多，大體上可分為兩類，一類是靜態(tài)功率估算工具，一類是實(shí)時(shí)功率測量工具。前者，通過選擇構(gòu)成計(jì)算機(jī)的不同組件的具體型號(hào)或數(shù)量，估算計(jì)算機(jī)的功率，典型代表是魯大師和CPU_Z。后者通過監(jiān)測CPU工作時(shí)的電流和電壓來測量CPU的實(shí)時(shí)功耗，其典型代表包括通用系統(tǒng)硬件檢測工具AIDA64和專用硬件檢測工具Intel_Power_Gadget。本文將使用后兩款軟件來測試CPU的功耗并進(jìn)行有效性比對(duì)。圖1和魯大師功率測試的界面，圖2是Intel Thermal Analysis功率測試界面。通過工作界面不難發(fā)現(xiàn)靜態(tài)功率測量與動(dòng)態(tài)功率測量的不同之處。

2） CPU功率的測量

本文的測試環(huán)境如表1所示。

為研究CPU功耗與程序執(zhí)行的關(guān)系，本文設(shè)置了空載，加載一、二、三個(gè)視頻應(yīng)用及壓力測試等五個(gè)場景，為避免由于工具選擇不當(dāng)而導(dǎo)致的測量結(jié)果誤差大甚至錯(cuò)誤，本文同時(shí)選擇了AIDA64和Intel_Power_Gadget進(jìn)行比對(duì)測試，測試結(jié)果如表2所示。

從表1測試的數(shù)據(jù)不難看出：

（1） CPU的實(shí)時(shí)功耗與運(yùn)行的程序密切相關(guān)，運(yùn)行的程序越多，CPU的功率也相應(yīng)增加。降低CPU的功率的最有效方法是減少不必要的程序。為進(jìn)一步證明這一點(diǎn)，在空載情況下，又停止金山殺毒軟件，發(fā)現(xiàn)功率從3W下降到2W。

（2） 兩款不同類型的測試軟件所測量的值比較接近，5個(gè)場景下的測量值誤差均在5%以內(nèi)，說明選測測試軟件對(duì)測試結(jié)果的影響不大，同時(shí)也說明測量結(jié)果的有效性。

3 工程意義

為降低CPU的功率，可從工程上采取如下措施：

1） 當(dāng)程序運(yùn)行完成后，應(yīng)及時(shí)退出，以減少未退出的進(jìn)程消耗電能；

2） 精簡計(jì)算機(jī)啟動(dòng)菜單欄的啟動(dòng)項(xiàng)，否則隨著計(jì)算機(jī)的啟動(dòng)將同步啟動(dòng)較多不常用的應(yīng)用，這將令CPU做很多無用功；

3） 應(yīng)養(yǎng)成經(jīng)常利用工具進(jìn)行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)清理，減少無關(guān)應(yīng)用導(dǎo)致的CPU功耗的增加。

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【通聯(lián)編輯：梁書】