Energy Efficient Microprocessor Design

این کار در سال 1995 به عنوان نتیجه ای از پروژه InfoPad آغاز شد که به ما نشان داد برای کاهش مصرف انرژی یک پایانه چند رسانه ای قابل حمل، باید کاری در مورد مصرف زیرسیستم ریزپردازنده انجام شود. طراحی InfoPad سعی داشت با انتقال محاسبات به شبکه یا با استفاده از مدارهای مجتمع بسیار بهینه شده، نیازهای این پردازنده هدف عمومی را کاهش دهد، اما علیرغم این تلاش ها همچنان مصرف کننده اصلی انرژی بود. دلایل این امر زمانی آشکار شد که تشخیص دادیم انرژی مورد نیاز برای انجام یک عملکرد در سخت افزار اختصاصی می تواند چندین مرتبه کمتر از انرژی مصرف شده در ریزپردازنده InfoPad باشد. بنابراین ما یک حمله تمام عیار به تمام جنبه های مصرف انرژی ریزپردازنده را آغاز کردیم [1 J. پس از تجزیه و تحلیل قابل توجه مشخص شد که اگرچه طراحی بهتر مدار و یک معماری خطی جریان به هدف ما در کاهش انرژی کمک می کند، اما بزرگترین دستاوردها با کارکرد در ولتاژهای کاهش یافته می‌توان یافت. برای گذرگاه‌ها و VO می‌توان این کار را بدون کاهش قابل توجه عملکرد پردازنده انجام داد، اما این یک راه‌حل ساده نیست که در هسته سیستم فرعی پردازنده (CPU و حافظه) اعمال شود.

This work began in 1995 as an outgrowth of the InfoPad project which showed us that in order to reduce the energy consumption of a portable multimedia terminal that something had to be done about the consumption of the microprocessor subsystem. The design of the InfoPad attempted to reduce the requirements of this general pur­ pose processor by moving the computation into the network or by the use of highly optimized integrated circuits, but in spite of these efforts it still was a major consumer of energy. The reasons for this became apparent as we determined that the energy required to perform a function in dedicated hardware could be several orders of magnitude lower than that consumed in the InfoPad microprocessor. We therefore set out on a full fledged attack on all aspects of the microprocessor energy consumption [1 J. After considerable analysis it became clear that though better circuit design and a stream­ lined architecture would assist in our goal of energy reduction, that the biggest gains were to be found by operating at reduced voltages. For the busses and VO this could be accomplished without significant degradation of the processor performance, but this was not a straightforward solution when applied to the core of the processor sub­ system (CPU and memory).