了解使用英特尔 SpeedStep® 技术降低功耗的最优策略。

作者：Rajshree Chabukswar

随着行业不断向移动计算推进，诸如电池寿命等资源对于系统可用性日益重要。本文分析了不同 DVD 播放软件的功耗，并提出了降低功耗的建议。在本研究中，针对各种不同的 DVD 播放软件进行分析，并使其在多种可用配置下运行。我们提供了关于在播放 DVD-ROM 内容时降低功耗的最优策略建议。

测试方法

为了解功耗的影响，本文研究了三款 DVD 播放软件；在一种情况下，采用最大节能模式，在另一种情况下，使用非节能模式。本分析采用的工作负荷是 MobileMark* 2005 性能指标评测工具所提供的 DVD 内容标准定义。

DVD 功率分布图

在查看各种案例分析之前，不妨看看 DVD 空闲时、读取时和加速时的功率分布图。

如上图所示，DVD 加速时将产生最大功耗。因此，减少加速情况将实现节能。同时，持续读取 DVD 几乎会耗用 2.5W 功率。空闲状态下，功耗最低。

该特定软件可为移动平台提供三种模式。这些模式可以节约更多功耗（与启用非节能模式运行应用相比较而言）。

下面是运行 DVD 播放软件时的不同模式：

1. 非节能模式：处理数据的同时读取数据。播放过程中，全程访问 DVD。
2. 节能模式：对数据进行缓冲以减少 DVD 加速次数和减速次数。仅在特定时间段内处理缓冲的数据。根据 DVD 每次加速时所缓冲的数据总量，将节能模式分为三种模式。在此研究中，我们集中关注最高级别的节能模式：主动节能/最大节能。

下面显示这些模式下 DVD 的即时功耗曲线。第一张图中是使用非节能模式时收集的数据。由于不对数据进行缓冲，整个视频播放期间一直在读取 DVD 数据，导致整个运行期间都产生高功耗。

在下图中，进行了数据缓冲。这导致 DVD 读取访问降低，从而实现了节能。与其他两种模式相比，“主动模式”中缓冲的数据最多。

为验证播放软件确实通过预先读取进行了数据缓冲，我们进行一个实验，捕获 1 号 DVD 播放软件工具中的所有 ReadFile() 调用。日志表明当 DVD 活动不活跃时，没有发生 ReadFile() 调用。该时间等于处理时间（DVD 功率接近 0W），如前面的图所示。

下面显示 MobileMark 工作负荷在不同模式下的 DVD 和平台功耗的总体分布图：

	DVD 耗能	CPU 耗能	平台耗能
无功耗节省	869.84	663.92	6618.76
显著/最大功耗节省	263.41	762.99	6039.41

* 能耗以 mWHr 为单位

如图所示，与不缓冲数据（非节能）相比，缓冲数据（主动缓冲、平均缓冲和保守缓冲）可以减少 DVD 加速次数和减速次数，从而节约大量 DVD 功耗。例如，与非节能模式相比，主动模式（最节能模式）下可节约 70% 左右的 DVD 功耗。这相当于节约大约 10% 的平台级功耗。

第二例研究讨论了另外一款行业领先的 DVD 播放软件。它提供独特的移动特性，可以增强移动平台上 DVD 播放的电池寿命。在该软件提供的三种模式中，下面的方式对本研究最有意义。

1. 最大性能/非节能模式：无论系统电源方案如何设置，处理器都将以最大可用速度运行。
2. 最大节能模式：根据所选定的能耗策略，处理器以最优速度运行。

对该软件所执行的分析表明，与 1 号 DVD 播放软件工具不同，它不在媒体播放时缓冲/读取数据，因此，对于 20 分钟的工作负荷而言，三种模式下的 DVD 能耗几乎相同。而且，根本原因表明处理器运行频率随最大性能/非节能模式而变化。该软件更改系统电源方案并以最大可用频率运行，且在运行结束后还原为原电源方案，从而实现了这一点。

由于不缓冲数据，因而两种模式下的 DVD 功耗分布图看起来基本相同。两种模式都持续从 DVD 驱动器中读取数据，导致产生较高的功耗。下图显示最大性能模式（非节能模式）和最大节能模式下 DVD 的即时功耗。

分析表明，与最大节能模式相比，以最大性能模式运行时，处理器的运行频率发生变化，因此，在这些模式下，CPU 的即时功耗分布图也相应变化。

下图显示最大性能（非节能）模式下 CPU 的即时功耗，它的峰值曾几次高达 24W 左右。

而下图显示最大节能模式下 CPU 的即时功耗，其峰值最高约为 7W:

由于使用这些模式时 DVD 播放的整体 CPU 利用率大约为 10-15%，因此，即使采用最大性能（非节能）模式，也可能并不需要全频率运行。如果需要最大运行频率，英特尔 SpeedStep® 技术可以随需求增长自动改变频率。这也可以确保需要高 CPU 频率时用户体验不受影响。通过软件更改运行频率，在最大性能（非节能）模式下，CPU 功耗大约会增加 25%。

下面显示 DVD、平台和 CPU 功耗的总体分布图。

	DVD 耗能	平台耗能	CPU 耗能
最大性能/无功耗节省	897.82	10143.56	3329.53
节能模式	895.57	7509.18	1064.02

* 能耗以 mWHr 为单位

第三例研究描述了对最常用的一个 DVD 播放应用所执行的分析。它提供两种模式：启用电池优化性能（最大节能）或禁用电池优化性能（非节能）。

该软件在最大节能模式下不缓冲数据，但运行频率不改变（在 2 号 DVD 播放软件中，运行频率改变）。

下面显示在启用电池优化性能（最大节能）模式下与禁用电池优化性能（非节能）模式下对 DVD 和 CPU 即时功耗进行的比较。

由于在启用电池优化性能（最大节能）模式下不缓冲数据，因此，两种模式下的 DVD 即时功耗分布图所显示的特征非常类似，如下图所示。

这些模式下的 CPU 即时功耗分布图稍有差异。下图表明禁用电池优化性能（非节能）模式下的 CPU 功耗。注意，大多数峰值都接近 5W 线：

下图表明启用电池优化性能（最大节能模式）时的结果。注意，大多数峰值都接近 2-3W 线:

由于存在这种差别，与禁用电池优化性能模式相比，启用电池优化性能模式下，CPU 和平台功耗较低。

与启用电池优化性能（最大节能）时相比，禁用电池优化性能（非节能）时的整体 CPU 功耗稍高，而启用电池优化性能时，CPU 功耗可节约 22% 左右。从而节约了大约 5% 的平台级功耗。

	DVD 耗能	CPU 耗能	平台耗能
功率优化型功能启用	780.93	703.25	6202.04
功率优化型功能禁用	781.04	554.87	6023.57

* 能耗以 mWHr 为单位

本文通过上述三款 DVD 播放软件演示了 DVD、CPU 及平台的功耗比较。

下图显示 DVD 能耗的比较。由于 1 号 DVD 播放软件工具在最大节能模式下执行数据缓冲，因此，它显著降低了功耗。2 号 DVD 播放软件工具和 3 号 DVD 播放软件工具没有大的差别。

下图显示 CPU 能耗的比较。由于 2 号 DVD 播放软件工具在最大性能（非节能）模式下会将其运行频率更改为最大频率，因此其能耗显著增加：

上述研究表明，与其他技术相比，1 号 DVD 播放软件工具所执行的缓冲技术使 DVD 功耗降低 70%，总体平台功耗降低 10%。

为了节能，始终建议减少 DVD 加速次数、减速次数以及读取访问次数。

同时，不建议为了在软件中以最高可用频率来运行处理器而更改电源方案。由于英特尔 SpeedStep 技术会自动随处理需求增长更改运行频率，因而它可按需提高频率。

Rajshree Chabukswar 是英特尔移动应用支持部门的一名应用工程师，主要从事客户支持的工作。加入英特尔前，她刚获得 Syracuse 大学计算机工程的硕士学位。