自動低功耗狀態

自動低功耗狀態（Automated Low Power States），可自動把處理器和記憶體置入最低功耗狀態，從而在不影響性能的情況下滿足當前工作負載的運行需求。相比最初的英特爾四核處理器，英特爾至強 5500 系列處理器使電源管理能力提高了 5 倍：運行狀態增加 5 倍，閒置功耗降低 5 倍，從低功耗狀態來回切換的速度提高了 5 倍。

基本定義

英特爾通過以相同功耗提供更出色的性能進一步降低了數據中心的功耗。下一個挑戰是幫助數據中心自始至終在所有工作負載中更有效地利用能源。英特爾至強5500系列處理器為 IT 管理部門更新已有數據中心或設計新的數據中心奠定了堅實的基礎，可在減少能耗和占地空間的同時顯著提升性能。數據中心的效率始於核心 — 藉助高能效處理器與子系統充分利用每個機架式、基座式或刀片式伺服器。CPU 是最耗能的伺服器的部件之一，因此藉助高效處理器更新伺服器基礎設施可帶來巨大的效益。英特爾至強5500 系列處理器採用英特爾智慧型節能技術（英特爾智慧型功效管理 ），可將閒置功耗降低達50%。 通過將基於單核處理器的舊式伺服器更換為更加節能的全新伺服器，能夠藉助更少的伺服器實現業務增長，並進一步提高 IT 性能。一般來說，可以在短短 8 個月內，能源及其它運營成本效益所節省的成本即可抵消新伺服器的購買成本。

英特爾智慧型節能技術（Intelligent Power Technology）之一

常用的低功耗設計技術

低功耗設計足一個複雜的綜合性課題，就流程而言，包括功耗建模、評估以及最佳化等；就設計抽象層次而言，包括自系統級至版圖級的所有抽象層次。同時，功耗最佳化與系統速度和面積等指標的最佳化密切相關，需要折中考慮。

動態電壓調節

動態功耗與工作電壓的平方成正比，功耗可隨著工作電壓的降低以二次方的速度降低，因此降低工作電壓是降低功耗的有力措施。但是，僅僅降低工作電壓會導致傳播延遲加大，執行時間變長。然而，系統負載是隨時間變化的，因此並不需要微處理器所有時刻都保持高性能。動態電壓調節DVS(Dynarnic Voltage Scaling)技術降低功耗的主要思路是根據晶片工作狀態改變功耗管理模式，從而在保證性能的基礎上降低功耗。在不同模式下，工作電壓可以進行調整。為了精確地控制DVS，需要採用電壓調度模組來實時改變工作電壓，電壓調度模組通過分析當前和過去狀態下系統工作情況的不同來預測電路的工作負荷。

門控時鐘和可變頻率時鐘

在微處理器中，很大一部分功耗來自時鐘。時鐘是惟一在所有時間都充放電的信號，而且很多情況下引起不必要的門的翻轉，因此降低時鐘的開關活動性可以對降低整個系統的功耗產生很大的影響。門控時鐘包括門控邏輯模組時鐘和門控暫存器時鐘。門控邏輯模組時鐘對時鐘網路進行劃分，如果在當前的時鐘周期內，系統沒有用到某些邏輯模組，則暫時切斷這些模組的時鐘信號，從而明顯地降低開關功耗。門控暫存器時鐘的原理是當暫存器保持數據時，關閉暫存器時鐘，以降低功耗。然而，門控時鐘易引起毛刺，必須對信號的時序加以嚴格限制，並對其進行仔細的時序驗證。

另一種常用的時鐘技術就是可變頻率時鐘。它根據系統性能要求，配置適當的時鐘頻率以避免不必要的功耗。門控時鐘實際上是可變頻率時鐘的一種極限情況(即只有零和最高頻率兩種值)，因此，可變頻率時鐘比門控時鐘技術更加有效，但需要系統內嵌時鐘產生模組PLL，增加了設計複雜度。Intel公司推出的採用先進動態功耗控制技術的Montecito處理器，就利用了變頻時鐘系統。該晶片內嵌一個高精度數字電流表，利用封裝上的微小電壓降計算總電流；通過內嵌的一個32位微處理器來調整主頻，達到64級動態功耗調整的目的，大大降低了功耗。

並行結構與流水線技術

並行結構的原理是通過犧牲面積來降低功耗。將一個功能模組複製為n(n≥2)個相同的模組，這些模組並行計算後通過數據選擇器選擇輸出，採用二分頻的並行結構。

並行設計後，由於有多個模組同時工作，提高了吞吐能力，可以把每個模組的速度降低為原來的l/n。根據延時和工作電壓的線性關係，工作電壓可以相應降低為原來的l/n，電容增大為原來的n倍，工作頻率降低為原來的l/n，根據式(1)功耗降低為原來的1/n2。並行設計的關鍵是算法設計，一般算法中並行計算的並行度往往比較低，並行度高的算法比較難開發。例如：若原模組的功耗為P=a×CL×V2dd×f，採用二分頻結構，由於增加了一個模組和數據選擇器，整個電容負載為2．2CL，工作頻率為f/2，工作電壓可以降為O．6 V。由此可見，二分頻並行結構在保持原有電路性能的同時降低了60%的功耗。

流水線技術本質上也是一種並行。把某一功能模組分成n個階段進行流水作業，每個階段由一個子模組來完成，在子模組之間插入暫存器。若工作頻率不變，對某個模組的速度要求僅為原來的1/n，則工作電壓可以降低為原來的1/n，電容的變化不大(暫存器面積占的比例很小)，功耗可降低為原來的1/n2，面積基本不變，但增加了控制的複雜度。例如，若原模組的功耗為P=α×C1×V2dd×f，採用流水線技術，由於增加了暫存器，整個電容負載為1．2CL，工作頻率不變，工作電壓降為0．6 V。由此可見，流水線技術能顯著降低系統功耗。

通過流水線技術和並行結構降低功耗的前提是電路工作電壓可變。如果工作電壓固定，則這兩種方法只能提高電路的工作速度，並相應地增加了電路的功耗。在深亞微米工藝下，工作電壓已經比較接近閾值電壓，為了使工作電壓有足夠的下降空間，應該降低闊值電壓；但是隨著閾值電壓的降低，亞閾值電流可能呈指數增長，靜態功耗迅速增加。因此，電壓的下降空間有限。

低功耗單元庫

設計低功耗單元庫是降低功耗的一個重要方法，包括調整單元尺寸、改進電路結構和版圖設計。用戶可以根據負載電容和電路延時的需要選擇不同尺寸的電路來實現，這樣會導致不同的功耗，因此可以根據需要設計不同尺寸的單元。同時，為常用的單元選擇低功耗的實現結構，如觸發器、鎖存器和數據選擇器等。

低功耗狀態機編碼

狀態機編碼對信號的活動性具有重要影響，通過合理選擇狀態機狀態的編碼方法，減少狀態切換時電路的翻轉，可以降低狀態機的功耗。其原則是：對於頻繁切換的相鄰狀態，儘量採用相鄰編碼。例如：Gray碼在任何兩個連續的編碼之間只有一位的數值不同，在設計計數器時，使用Gray碼取代二進制碼，則計數器的改變次數幾乎減少一半，顯著降低了功耗；在訪問相鄰的地址空間時，其跳變次數顯著減少，有效地降低了匯流排功耗。

Cache的低功耗設計

作為現代微處理器中的重要部件，Cache的功耗約占整個晶片功耗的30%～60%，因此設計高性能、低功耗的Cach結構，對降低微處理器的功耗有明顯作用。Cache低功耗設計的關鍵在於降低失效率，減少不必要的操作。通常用來降低Cache功耗的方法有以下兩種：一種是從存儲器的結構出發，設計低功耗的存儲器，例如採用基於CAM的Cache結構；另一種是通過減少對Cache的訪問次數來降低功耗。

以上主要是從硬體的角度來實現功耗的降低。除了硬體方法，通過軟體方面的最佳化，也能顯著地降低功耗。例如：在Crusoe處理器中，採用高效的超長指令(VLIW)、代碼融合(Code Morphing)技術、LongRun電源管理技術和RunCooler工作溫度自動調節等創新技術，獲得了良好的低功耗效果。

微處理器的低功耗設計研究展望

功耗是微處理器設計長期面臨的問題，分析當前的研究狀況，未來的低功耗微處理器設計研究有如下發展趨勢：

首先，系統級的低功耗設計研究。抽象層次越高，採用低功耗技術功耗可降低的比例越大。

其次，面向功耗的軟硬體協同設計。而向功耗的軟硬體協同設計可以獲得功耗最佳化的系統架構，再配合有效的功耗管理，可以大大降低最終的功耗。

再次，異步電路的研究。同步電路的時鐘功耗在整個系統的功耗中占了相當大的比例。異步邏輯無需全局時鐘，而是採用握手信號協調模組問的工作，減少了時鐘驅動和同步電路中很多不必要的翻轉，從而有效地降低了功耗。然而，異步電路實現困難，且缺乏EDA軟體的支持，因而還有待於進一步的研究。

自動低功耗狀態與自動化能效帶來的智慧型業務

英特爾至強5500 系列處理器可在不影響性能的情況下顯著提升能效，很重要的原因之一，就是源於自動低功耗狀態。

自動化能效

能源應當在可帶來業務優勢時能夠隨時隨地使用。通過明智地使用可用資源，英特爾® 微體系架構（代碼 Nehalem）可根據需要提供性能，從而顯著節省功耗。在單個伺服器內，英特爾® 智慧型節能技術可以最大限度地降低功耗。

集成功率門限（Integrated Power Gates）可將個別閒置核心的功耗降低至接近於零的狀態，而不受其它運行核心的影響，相比前代雙插槽伺服器處理器使閒置功耗降低達 50%。

自動低功耗狀態（Automated Low Power States），在定義中已述（略）。

高能效帶來出色的靈活性

能源應當提高而非影響業務效率。英特爾至強5500 系列處理器在廣泛的工作負載性能要求中展示了卓而不凡的性能功耗比，可以在類似功耗下提供高達 2.25 倍的性能。超凡能效可帶來更出色的業務靈活性，提供更高性能以加快已有套用與業務流程的運行速度，或提供更多容量與和計算空間以增添新的套用與業務流程。

提升核心效率

數據中心的效率始於核心 — 藉助高能效處理器與子系統充分利用每台伺服器。CPU 是最耗能的伺服器部件之一，因此藉助高效處理器更新伺服器基礎設施可帶來巨大的效益。英特爾至強5500 系列處理器採用英特爾智慧型節能技術，可提供最高的系統級性能功耗比。9 通過藉助這些高能效系統更新 IT 基礎設施，可以實現業務增長並進一步提高 IT 性能，預計僅通過能源一項節省的成本即可在幾個月內抵消新伺服器的成本。

低功耗一體電腦介紹

聯想C305舒適型一體電腦

聯想C305舒適型一體電腦有紅色、粉色、藍色、黑色與白色五種顏色，螢幕下方的虹橋式底弧上裝飾有複雜的蔓草紋；並且我們看到這款的鍵盤、滑鼠採用有線連線的方式；與A600的底座不同，C305採用機身後面的支架與虹橋式底弧共同支撐起整部機器。

配置方面，聯想C305舒適型一體電腦採用AMD速龍雙核3250e處理器、ATI Radeon HD 4530獨立顯示卡；20英寸、16:9比例、1600×900解析度的液晶寬屏顯示，螢幕上方有一枚具有人臉識別與訪客留影功能的130萬像素攝像頭；擁有2G記憶體、320G硬碟、Rambo刻錄光碟機；預裝Vista Home Basic作業系統。

內置軟體以及安全性方面，聯想C305舒適型一體電腦擁有聯想100分學校（1年免費帳號）、聯想娛樂地帶2.0（3個月免費帳號）、金山毒霸等豐富的軟體；具備三維降噪360、電磁防輻射、RoHS無鉛認證、立體分流散熱、智慧型溫控、電源穩壓設計等多重保護。提供三年保修，同時贈送“一年免費上門”服務。

明基nScreen i91一體機

明基i91一體電腦採用純白色外觀：主機、鍵盤、滑鼠都是靚麗的白色；18.5英寸液晶螢幕，長寬比為16:9，最佳解析度為1366×768；遺憾的是這款的滑鼠、鍵盤全是有線連線，與台式機沒有什麼區別，因而機身上有6個USB接口。

配置上，明基i91一體電腦採用AMD Sempron 210U處理器，（1.5GHz主頻，256KB二級快取，800MHz前端匯流排）；AMD RS690M+ SB600主機板晶片組，集成ATI Mobility Radeon X1250顯示核心；擁有1GB DDR2-800記憶體、160G硬碟、內置無線網卡；預裝正版Windows XP作業系統。

神舟唐朝H400R

神舟電腦推出唐朝系列一體式電腦以來，為眾多追求時尚且預算略低的消費者解決了選購電腦的問題。唐朝H400R採用英特爾最新推出的奔騰雙核T3400處理器，主頻為2.16GHz，搭配2GB DDR2記憶體，160GB SATA硬碟，DVD刻錄光碟機，性能能夠滿足日常需要。

神舟唐朝H400R採用黑色為主色調，高雅簡潔。17寸寬屏液晶厚度只有5cm。它將所有的組件、接口都集成到液晶顯示屏的後部單元。

在接口方面，神舟唐朝H400R除了背後電源接口外，還為廣大用戶準備了SD、CF、XD、MS、MS pro、SM、MMC等多種存儲卡的讀卡器。

方正心逸Q200一體電腦

方正心逸Q200一體電腦採用了18.4英寸顯示器，其標準解析度為1680x945，鏡面的螢幕和拋光設計的機身也使整體風格統一；螢幕上方有一枚130萬像素攝像頭，在機身底座上配置了一系列功能按鍵，最左邊的是電源開關，電源開關右邊的按鍵可以調整顯示器亮度，然後依次是音量調整和顯示器開關的按鍵；在機身底座的兩側，方正Q200配置了兩個揚聲器；在鍵盤的右側還配置了一系列快捷鍵，它們分別為我的電腦、上網、靜音、計算器、關機功能鍵，用戶可以通過它們輕鬆開啟相應的應用程式。

配置上，方正心逸Q200一體電腦採用英特爾ATOM N270處理器，並且擁有1GB記憶體和160GB硬碟，採用了英特爾945晶片組主機板，集成GMA 950顯示核心；內置DVD刻錄光碟機配置上，方正心逸Q200一體電腦採用英特爾ATOM N270處理器，並且擁有1GB記憶體和160GB硬碟，採用了英特爾945晶片組主機板，集成GMA 950顯示核心；內置DVD刻錄光碟機。

Intel45W低功耗CPU

英特爾再次推出了多款套用高性能台式機和伺服器的處理器產品，這次新推出產品包括英特爾一款最新的Core i5系列產品，兩款英特爾酷睿i7處理器以及多款Xeon 3400系列處理器，這次產品的推出宣告英特爾最新Nehalem架構再一次向主流台式機和入門級伺服器市場出擊。

新推出的處理器產品是採用英特爾45納米Nehalem微架構，研發代號為“Lynnfield”，該處理器支持全新的英特爾P55 Express晶片組，目前已經上市。另外，所有的處理器均是採用無鉛、無鹵素設計，並支持獨特的英特爾智慧型加速技術(IntelTurbo Boost Technology)，而且頂級的Core i7處理器還支持英特爾超執行緒技術。

值得關注的是，新推出的Core ì7和酷睿i5處理器是英特爾第一款同時集成了一個16通道PCI-E2圖形連線埠和雙通道記憶體控制器的產品，並提供所有的輸入/輸出和管理功能，支持英特爾單晶片P55 Express晶片組。

另外，英特爾還推出了新的Xeon 3400系列處理器，採用英特爾3400和3420晶片組產品可以有效的改善企業在郵件、檔案、列印和動態Web服務方面的套用性能，更加快速的提升中小企業的生產效率。

這次推出的入門級伺服器處理器，即至強3400系列產品，還提供伺服器套用功能，如ECC記憶體技術和支持RAID0/1/5/10伺服器作業系統。其目的是可以幫助小型企業提高64%的業務增長和更加快速的回響時間。

此外，推出的產品中還包括一款英特爾至強L3426，這款處理器產品是僅有45W的低功耗處理器，相比前一代英特爾至強X3380，能耗成本比提升了188%，主要為了滿足空間和散熱環境受限的創新型伺服器機箱的需求。