Tecnologias que auxiliam no baixo consumo das CPUs modernas

Quando os primeiros Pentium 4 surgiram no mercado, a Intel iniciou uma de suas piores fases: além de serem dotadas de uma performance modesta em comparação à sua arquitetura anterior, a combinação com o alto consumo de energia (resultado na grande ênfase na frequência de lcock), consagraram-na como a mais ineficiente arquitetura de processadores de todos os tempos! E a concorrente AMD, acompanhando (feliz) esta fase negra de sua concorrente, aproveitou a oportunidade para inaugurar uma nova era da TI, onde uma melhor relação performance/consumo e a economia de energia passaram a dar as cartas…

Tempos depois, com o lançamento do Pentium-M (e as seus derivados), a Intel redefiniu as suas prioridades, alinhando-se com as tendências tecnológicas em “fazer mais com menos” (em comparação à arquitetura antecessora, pode-se dizer por muito menos mesmo). E desde então, uma série de novas tecnologias, junto com outras tecnologias já existentes, foram aos poucos sendo acrescentados nas novas linhas de processadores, os quais tornaram-se fundamentais nestes tempos modernos. Vamos conhecê-las?

 

SpeedStep, Cool-n-Quiet e PowerNow!

Eis, uma das primeiras das funcionalidades implementadas nos novos processadores: a capacidade de reduzir a velocidade (clock) e a tensão de alimentação, em momentos de folga quando as CPUs não estão trabalhando à todo o vapor ou quando estão sendo alimentadas por baterias. Batizadas respectivamente de Intel SpeedStep (abreviado como EIST), AMD Cool-n-Quiet (desktops) e AMD PowerNow! (notebooks), estas tecnologias vêm recebendo melhorias contínuas, de forma a maximizar a economia de energia e a autonomia de baterias em portáteis.

Entretanto, o seu modo de funcionamento pode variar, de acordo com o fabricante: as implementações da Intel possuem mais “degraus” (valores de frequência tabelados) que as implementações da AMD. Para variar, as duas tecnologias da AMD (Cool-n-Quiet e PowerNow!) diferenciam-se apenas na aplicação, pois em portáteis o chaveamento deverá ser mais eficiente com o objetivo de preservar a autonomia, enquanto que nos PCs desktops, o desempenho não pode ser sacrificado.

 

EDAT – Enhanced Dynamic Acceleration Tecnology

Uma CPU moderna possui vários núcleos, os quais nem sempre estarão sendo utilizados. Então, faria mais sentido que estas unidades fossem desligadas, certo? E é justamente isto o que acontece! À partir da era dos processadores dual-core, a Intel desenvolveu a tecnologia EDAT (Enhanced Dynamic Acceleration Technology), dando-lhes a capacidade de desligarem as unidades inativas, deixando tão somente uma unidade à todo o vapor para processar as instruções correntes. O mesmo vale para os demais componentes integrados ao processador, os quais podem ser desligados quando estiverem sendo utilizados naquele momento.

 

Thermal Monitor (BIOS)

Ao alcançarem uma certa temperatura, as CPUs modernas realizam um chaveamento da velocidade (clock), para reduzir o consumo de energia e aumentar a sua dissipação térmica. Embora o funcionamento seja parecido com as tecnologias SpeedStep e Cool-n-Quit, aqui o conceito funciona de forma diferenciada: no caso anterior, a velocidade era reduzida em momentos de ociosidade; já neste caso, o aumento da temperatura para até determinados valores, será a variável principal que irá definir o momento certo da redução de clock.

Em geral, opção do BIOS responsável por ativar este recurso chama-se “Thermal Monitor”, que por sua vez pode ser acessada ou não, dependendo das implementações disponibilizadas pelos fabricantes. Queiram ou não, temos que considerar a possibilidade da ausência deste recurso, em placas-mãe de baixo custo.

 

Turbo Boost e Turbo Core

Devido ao recente desenvolvimento e implantação dos processadores multi-core, a grande maioria dos softwares disponíveis à um certo tempo, não conseguem utilizar todos os recursos computacionais destas CPUs. Em poucas palavras: tais programas utilizam apenas um core, mantendo os demais núcleos ociosos. Então, assim como estes núcleos podem ser desligados (o que nem sempre acontece), o núcleo em uso pode aproveitar a pouca dissipação térmica e ter a sua velocidade aumentada, através de um overclock previamente programado.

Tais capacidades fazem parte das tecnologias batizadas pelos nomes de Turbo Boost (Intel) e Turbo Core (AMD), além de se encontrarem disponíveis nas novas safras de produtos da Intel (família Core) e da AMD (família Bulldozer).

 

Ausência do CI Branch Prediction

Quando a Intel lançou a CPU de baixo consumo Atom, ela “desinovou” ao remover o circuito de Branch Prediction, um componente responsável por coordenar as instruções para serem processadas pelas unidades de processamento “fora-de-ordem” (out-of-order). Isto permite a execução constante de instruções, em contraste ao simples modo “em-ordem” (in-order), a qual requer que a próxima instrução somente seja executada quando a instrução anterior estiver finalizada, o que nem sempre é possível se esta última estiver aguardando um determinado resultado ou operação pendente.

Como tais circuitos são complexos e consomem bastante energia, a sua remoção auxilia bastante na economia de energia, embora a CPU perca bastante poder de processamento em cenários que sejam necessários. Basicamente, com o Atom a Intel voltou aos tempos do Pentium 1 com o objetivo de reduzir o consumo.

 

TDP Power Cap

Quando a AMD lançou a arquitetura Bulldozer, a capacidade de contar com recursos tecnológicos que economizem energia ao máximo, foi considerada uma dos principais atrativos das suas CPUs. Embora algumas destas tecnologias já existam em outras linhas de processadores, ela inovou ao conceber o TDP Power Cap, que possibilita o usuário ajustar o TDP máximo que o processador poderá alcançar. Seria como se regulássemos uma espécie de “termostato do CPU”!

Obviamente, as configurações mais conservadores (que utilizem TDP baixos) poderão impactar no desempenho geral do sistema, uma vez que irão delimitar o quanto tais CPUs poderão mandar ver. Entretanto, em cenários onde a economia será mais importante que a performance, este será apenas “um mero detalhe”… 😉

Lógico que apenas a simples adoção destas tecnologias, não irá resolver o problema do alto consumo de energia dos computadores atuais: melhorias que vão desde a projeção de um sistema de alimentação eficiente, passando por sistemas de refrigeração adequados, modos de gerenciamento de energia avançados, componentes e periféricos eficientes a sistemas operacionais que utilizem de forma racional todos os recursos computacionais disponíveis, serão fundamentais para garantir a melhor relação custo/benefício em relação ao consumo elétrico, especialmente sabendo que as novas arquiteturas dependerão muito destas variáveis para obterem a melhor performance geral possível.