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| Intel lidera o modo de projetar plataformas com economia de energia |
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| Visão geral: uma história de inovação |
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O último quarto de século testemunhou um enorme avanço no desempenho e nas capacidades dos servidores, computadores desktop, notebooks e dispositivos portáteis. Esses ganhos apenas aumentaram a expectativa por operações mais velozes, mais funções, redução de preços e fatores de forma menores e mais portáveis. Projetar para se obter desempenho com economia de energia é o segredo para garantir que os novos sistemas possam oferecer suporte para aplicativos sofisticados, sem impactar o consumo de energia. Isso exige uma reavaliação básica do modo de proporcionar novos níveis de desempenho dentro de determinada faixa de opções de potência.
Um longo histórico de liderança no desenvolvimento de chips do mais alto desempenho e inovação em tecnologias de gerenciamento de energia colocam a Intel na posição ideal para orientar a próxima geração de dispositivos de comunicação e computação mais poderosos mas com redução no consumo de energia.
Para lançar esses dispositivos, é necessário um esforço holístico através de todos os componentes comuns da plataforma — processadores, discos rígidos, fontes de alimentação, placas gráficas, ventoinhas, monitores e muito mais. As avançadas microarquiteturas Intel com economia de energia, as tecnologias de silício líderes da indústria e as tecnologias com detecção do consumo de energia estão economizando energia e solucionando problemas de eficiência térmica dos poderosos sistemas de computação da atualidade, uma parte importante da transição para as plataformas multi-core que oferecerão novas capacidades e benefícios avançados para os usuários, nos segmentos para notebook, desktop e servidor.
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| Economia de energia e mudança para as plataformas multi-core |
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A Intel pretende fornecer no final de 2006 processadores dual-core e multi-core a uma taxa de mais de 70% para os segmentos desktop e de portáteis, e de mais de 85% para servidores. Alem disso, a Intel espera estar fornecendo até o final de 2007 processadores uma taxa de mais de 90% para os segmentos desktop e de portáteis, e perto de 100% para servidores. Investimentos significativos em tecnologias de 90 e 65 nanômetros (nm) e a capacidade de fabricação de 300 mm tornam possível essa rápida evolução para os processadores multi-core. As arquiteturas Intel® terão, eventualmente, dezenas ou até centenas de núcleos de execução em um único processador.
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| Ao focar a plataforma inteira e não apenas as partes, a abordagem holística da Intel no sentido da otimização da energia orientará a indústria na localização, em cada plataforma, de todas as variáveis que podem maximizar a economia da energia, reduzir o impacto sobre o meio ambiente e continuar a colher os ganhos de desempenho previstos pela Lei de Moore. |
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| Nesta Edição |
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História em destaque
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De que modo os processadores multi-core ajudarão a reduzir o consumo de energia? O consumo de energia depende da tensão do núcleo e da freqüência operacional. Com os processadores multi-core, uma pequena diminuição na tensão do núcleo individual pode reduzir muito o consumo de energia, sem afetar o desempenho. Além disso, a força de processamento extra fornecida pela arquitetura dual-core significa que é possível trabalhar mais durante certa quantidade de energia consumida.
Figura 1: A Intel tem aumentado de forma consistente o número de transistores
em processadores, durante décadas, seguindo o prognóstico da Lei de Moore.
A Intel está aproveitando a transição para as plataformas multi-core para trabalhar nas microarquiteturas multi-core e em todos os outros componentes da plataforma, para maximizar a economia de energia. A abordagem da “plataforma equilibrada” está focada em otimizar todos os componentes em conjunto, para que todos os recursos e capacidades integrados contribuam em todos os aspectos, desde a economia de energia até a experiência ideal do usuário.
Liderança da Intel no desenvolvimento de arquiteturas que economizam energia
Com a microarquitetura Intel® Core™, um novo ponto de partida para os processadores baseados na arquitetura Intel, a liderança da Intel no desenvolvimento de arquiteturas que economizam energia para plataformas portáteis já está sendo estendida para todos os segmentos. A microarquitetura Intel Core é projetada para produzir plataformas multi-core de desempenho superior, operando a uma potência mais baixa. As novas plataformas para desktop, servidor mainstream e portáteis com essa arquitetura começaram a ser entregues no terceiro trimestre de 2006:
- O novo processador Intel® Core™2 Duo para notebook propicia mais que o dobro do desempenho do processador e até 28 por cento de redução de energia com os novos notebooks da tecnologia de processador Intel® Centrino®, quando comparado com os processadores para notebooks baseados na arquitetura Intel® da geração anterior.1¹
- Os novos processadores Core 2 Duo para desktops fornecem até 40% mais desempenho com eficiência de energia melhorada em relação aos processadores Intel para desktop da geração anterior.2²
- O novo processador Intel® Xeon® série 5100 dual-core para servidores proporciona até o triplo do desempenho e mais que o triplo do desempenho por watt, em relação aos primeiros processadores Intel Xeon single-core.³3
- O novo processador Intel Xeon LV 5148 dual-core para servidores de lâmina, em ambientes com restrição no consumo de energia, tem potência nominal do projeto de eficiência térmica (TDP) de 40 W (uma grande melhoria em relação aos limites térmicos máximos de 110 W de vários chips para servidor).4
Otimizando componentes da plataforma para economia de energia e desempenho
Seguindo o enfoque da plataforma Intel, os pesquisadores, cientistas e engenheiros da Intel estão trabalhando com outros líderes da indústria para maximizar a economia de energia além de manter ou aumentar, ao mesmo tempo, o desempenho. Isso será alcançado por uma combinação de melhorias na microarquitetura, tecnologia de processos de silício, software e tecnologias de plataforma, como ilustra a Tabela 1.
Tabela 1: Melhorias no consumo de energia, da tecnologia de processos até o sistema.
A plataforma baseada na tecnologia de processador Intel Centrino da próxima geração5 é um exemplo perfeito das possíveis melhorias na otimização da energia, ao focar a plataforma inteira e ao combinar as economias de energia baseadas em silício com as iniciativas de redução no consumo de energia e software otimizado para notebook.
Nessas novas plataformas, capacidades de energia inteligente, como o Chaveamento de energia avançado, permitem que partes do núcleo do processador fiquem fechadas até mesmo durante períodos de execução de alto desempenho, para otimizar o desempenho e a economia de energia. O Intel® Dynamic Bus Parking (Parqueamento de Barramento Dinâmico) economiza energia na plataforma, ao permitir que a energia do chipset seja reduzida com o processador em estados do modo de baixa freqüência para aumentar a autonomia da bateria.
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| Microarquitetura com detecção do consumo de energia |
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Como parte da abordagem da plataforma, os pesquisadores de microarquitetura Intel estão investigando novas arquiteturas que podem “detectar” os desafios de energia e térmico e gerenciá-los dinamicamente ao executar aplicativos.
Microarquitetura multi-core, com multi-threading e em cluster
A Intel está trabalhando para desenvolver núcleos de processador e clusters que façam um equilíbrio de carga otimizado. Isso é alcançado através de uma combinação de mecanismos de software e hardware, que examinam de modo dinâmico a utilização, a prioridade e as características térmicas de uma carga de trabalho.
Microarquitetura com otimização de energia
A microarquitetura Intel Core gerenciará o consumo de energia no nível do núcleo, para manter ativa a funcionalidade básica de um dispositivo, mesmo que as funções não essenciais permaneçam no modo “em repouso”, reduzindo, assim, a energia ativa. Consulte a barra lateral Técnicas da microarquitetura com otimização de energia, para obter mais informações sobre essas técnicas.
Tecnologia de Cache inteligente da Intel®
O cache contribui para o consumo de energia do processador. Descobrir maneiras de desativá-lo, ao preservar a integridade dos dados e a coerência de memória, pode economizar energia. A tecnologia Cache inteligente da Intel® — um projeto de cache mais inteligente e flexível — minimiza o tráfego do barramento, permitindo que ambos os núcleos compartilhem plenamente o cache L2, adapta o tamanho do cache de acordo com a demanda, com a Descarga dinâmica de Cache inteligente da Intel®, oferece alocação dinâmica de cache e lógica de controle centralizado para permitir a otimização e economia de energia.
Enhanced Intel SpeedStep® Technology e
Chaveamento baseado na demanda
Duas tecnologias novas ou otimizadas desempenham e continuarão desempenhando um papel importante para aumentar ainda mais a economia de energia nas plataformas Intel®:
- A Enhanced Intel SpeedStep technology distribui dinamicamente a freqüência e a tensão, com base na necessidade da força de processamento, para reduzir a energia do tempo médio de execução usada em notebooks e desktops, resultando uma economia de até 30% em energia e resfriamento.
- O Chaveamento baseado na demanda, uma tecnologia de gerenciamento de energia automatizado para servidores, reduz comprovadamente o consumo de energia em até cerca de 25% nos ambientes comuns de TI. Os recursos avançados de monitoração e prognóstico de energia, estão disponíveis com essa tecnologia nas plataformas para servidor Intel em 2006, respaldam um aumento ainda maior da densidade de computação.
Projeto de circuito de baixa potência
Adicionalmente às microarquiteturas com detecção de energia, a Intel está solucionando o problema da fuga e outros desafios da energia no nível de chip, através de inovações na pesquisa de circuitos.
- A Polarização do corpo abrange o ajuste dinâmico da tensão aplicada ao corpo de um transistor (polarização) para manipular a tensão limiar — aquele em que o transistor liga. Ter controle localizado da tensão da polarização serve para reduzir a fuga nos períodos de inatividade ou para aumentar o desempenho no momento de pico.
- Os Transistores em repouso dinâmico podem ser desligados quando um bloco de circuitos lógicos estiver no modo inativo, ajudando, assim, a reduzir a fuga.
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Tratando da energia no nível do transistor
A Intel está usando sua experiência de nível internacional em tecnologia de processos de silício e produção em massa para tratar de questões relacionadas à energia, reduzindo a fuga em transistor, diminuindo a resistência e capacitância das interconexões e pesquisando novos materiais e estruturas de transistores. Vários dos últimos avanços permitirão economias de energia significativas nos próximos produtos Intel.
Nova tecnologia de processos
A Intel tem uma longa história de lançar tecnologias de processos líderes em um ciclo mais rápido do que o setor. Além de evoluir sua tecnologia de processos de 65nm para a produção em massa pelo menos de um ano antes da concorrência, a Intel já tem uma tecnologia de processos de 65nm de ultra baixa potência em desenvolvimento, que permitirá a produção de chipsets de baixíssima potência para plataformas portáteis e dispositivos de formato pequeno. Esse processo soluciona o problema das três principais fontes de fuga nos transistores, para reduzir a fuga total em cerca de mil vezes, além de manter aproximadamente 50 por cento da corrente de saída. Esse processo oferecerá opções adicionais ao proporcionar densidade de circuito, desempenho e consumo de energia necessários para os usuários de dispositivos a bateria. A Intel também está desenvolvendo suas duas próximas gerações de processos, 45nm e 32nm.
Transistores e Interconexões
A Intel está sempre pesquisando novos projetos de transistores e interconexões com economia de energia e tem implementado vários deles nas tecnologias atuais de processos. As inovações recentes que já estão em produção são:
- a tecnologia de silício expandido de propriedade da Intel, já em sua segunda geração. O silício expandido reduz a fuga de corrente em 5x ou mais (e conseqüentemente, o consumo de energia e a dissipação de calor) sem sacrificar o desempenho.
- O óxido de carbono pigmentado (CDO — carbon-doped-oxide). Usado no processo de 65nm, quando combinado com uma nova camada de parada de corrosão, o CDO reduz ainda mais a capacitância das interconexões para diminuir o consumo de energia.
Outras tecnologias que podem ser incorporadas aos futuros processos são:
- Material dielétrico de alto k e porta de metal. A Intel tem demonstrado que, com esses materiais, é possível reduzir a fuga em 100x quando comparado com o atual dióxido de silício.
- Transistores de porta tripla Esse novo projeto tridimensional melhora a corrente de saída, reduzindo a fuga sublimiar.
Componentes da plataforma
Além de aumentar a economia de energia nos próprios produtos, as inovações da Intel e a liderança no setor têm grande importância ao impulsionar o setor de TI como um todo, para aumentar a economia de energia. A Intel tem trabalhado através de vários grupos industriais e organizações de padrões para incentivar iniciativas para obter mais desempenho com menos energia na plataforma inteira.
Ao trabalhar junto ao NRDC (Natural Resources Defense Council), a Intel implementou mudanças em suas diretrizes de projetos de fonte de alimentação para estimular o desenvolvimento e a adoção de fontes de alimentação com mais economia de energia, e recebeu um Prêmio de Reconhecimento Especial* do EPA (Environmental Protection Agency — Agência de Proteção ao Meio Ambiente) dos Estados Unidos, por seus esforços. O EPA estima que os impactos ambientais de alcançar.
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| Técnicas da microarquitetura com otimização de energia |
A seguir, algumas tecnologias e técnicas de gerenciamento de energia que estão sendo ou serão utilizadas em várias plataformas de processadores Intel®.
- A renovação esparsa atualiza apenas os pixels que necessitam de mudança, na tela do vídeo.
- O cache de rastreamento de execução elimina a redundância no nível da microarquitetura.
- O chaveamento de energia garante que os dispositivos na microarquitetura só serão ligados quando for necessário. O Sossaman, um processador Intel® Xeon® dual-core de baixa potência, a caminho, usará o chaveamento de energia para reduzir o consumo de energia por um fator estimado de 3, em densas configurações de blade e rack.
- A Coordenação de Energia Dinâmica da Intel® ajusta automaticamente o desempenho e a potência entre os dois núcleos de processamento, conforme a demanda.
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| Reduzindo o consumo de energia dos componentes da plataforma |
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A seguir, algumas técnicas de gerenciamento de energia utilizadas para reduzir o consumo de energia de vários componentes da plataforma.
Acústica da plataforma
Os esforços englobam o fator de forma BTX que permite reduzir as velocidade da ventoinha, o ruído e o custo do abastecimento de energia, e um estado de parada avançado para diminuir significativamente a energia do estado inativo, reduzindo a velocidade do clock do processador.
Pconfig e PSMI (Power Supply Management Interface).
Essas duas tecnologias permitem gerenciar de modo aprimorado a densidade do rack do data center. Usadas com fontes de alimentação que dispõem de capacidades de monitoração, a Pconfig e PSMI podem permitir que a TI rastreie o uso do servidor para controlar a energia dispendida no resfriamento, de modo mais eficiente.
Intel® Power Tools
Essas ferramentas habilitam uma abordagem padronizada para otimizar o uso de energia do rack.
Hypernate
Este é um estado de baixa potência que pode economizar energia próximo ao modo “suspender para o disco” da ACPI (Advanced Configuration and Power Interface), mas com muito menos latência de retomada (por exemplo, o sistema retoma as atividades mais rapidamente).
Gerenciamento de energia nos links
Este padrão industrial orientado pela Intel permite aumentar as taxas de transferência de dados na conexão do disco rígido Serial ATA, além de reduzir o consumo de energia.
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Os alvos recomendados, definidos no guia do projeto da Intel resultariam em uma economia anual de eletricidade de mais de 16 bilhões de kilowatts-hora e uma redução anual das emissões de carbono acima de 10 milhões de toneladas de CO2.
Em 2000, o EPA concedeu à Intel o prêmio de proteção climática em reconhecimento à sua tecnologia Gerenciamento de energia instantaneamente disponível, que permitia que os sistemas atingisse um consumo muito mais reduzido do que o padrão Energy Star* original. Segundo o EPA, se todos os PCs nos Estados Unidos usassem essa tecnologia, seria possível economizar anualmente mais de 300 milhões de dólares em energia.
Diversas técnicas adicionais para reduzir o consumo de energia de vários componentes da plataforma estão listadas na barra lateral de Reduzindo o consumo de energia dos componentes da plataforma.
Software
A Intel oferece ferramentas aos desenvolvedores para ajudá-los a implementar em seus aplicativos a detecção de energia. Por exemplo, o Analisador de desempenho Intel® VTune™ otimiza o código do software para reduzir o tempo de execução de determinada tarefa, diminuindo com isso o consumo total de energia. A Intel também desenvolveu o Intel® Mobile Voltage Positioning (Intel® MVP) e um voltímetro digital para otimizar a regulagem de voltagem nos processadores móveis durante o uso dos aplicativos. O Intel MVP é uma tecnologia que ajusta dinamicamente a tensão (VCC) do processador, de acordo com a atividade do processador, para reduzir o consumo de energia no processador. Essa tecnologia permite velocidade mais alta do clock do processador com determinado consumo de energia, ou permite reduzir o consumo de energia a uma freqüência específica do clock.
Resumo O enorme crescimento nos dados mundiais e a demanda cada vez maior do consumidor por dispositivos portáteis menores, mais poderosos e versáteis, com mais autonomia da bateria continuarão a fomentar a necessidade de dispositivos de computação de desempenho superior. Ao mesmo tempo, por motivos ambientais e financeiros, é importante reduzir consideravelmente consumo de energia nos sistemas de computação e informação, em função do aumento do número absoluto de sistemas e sua funcionalidade.
Ao focar a plataforma inteira e não apenas as partes, a abordagem holística da Intel no sentido da otimização da energia orientará a indústria na localização, em cada plataforma, de todas as variáveis que podem maximizar a economia da energia, reduzir o impacto sobre o meio ambiente e continuar a colher os ganhos de desempenho previstos pela Lei de Moore.
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1 www.intel.com/products/centrino/duo
2 www.intel.com/products/processor/core2duo
3 download.intel.com/products/processor/xeon/dc51kprodbrief.pdf
4 www.intel.com/design/intarch/dualcorexeon/5100
5 www.intel.com/products/centrino/centrino/index.htm
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Todas as informações fornecidas relacionadas a produtos e planos futuros da Intel são preliminares e sujeitas a alterações a qualquer momento, sem aviso.
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