3.3 Verarbeitungseinheiten
159
E 1 =
∫ t 1
0
P 1 (t)dt
Wenn P 1 (t) nicht viel größer ist als P 0 (t), dann bedeutet die Reduktion der Ausführungszeit auch eine Reduktion des Energieverbrauchs. Allerdings bedeutet eine
Reduktion der Zeit nicht unbedingt auch eine Reduktion der Energie. Dies ist in
Abb. 3.16 gezeigt: E 1 kann kleiner sein als E 0 , aber auch größer. Deswegen ist es zur
Minimierung des Energieverbrauchs notwendig, auch diesen explizit als Optimierungskriterium zu benutzen. Eine Minimierung der Laufzeit kann nicht als Ersatz
dienen.
Abb. 3.16 Vergleich von
Energien E 0 und E 1
Mehr Leistung, weniger Energie?
1
t t
0
E
t
P
1
0
E
1 ( )
t
P
P t
( )
0
Sowohl die Minimierung der Leistung wie auch die der Energie sind wichtig.
Die Leistung hat einen Einfluss auf die Dimensionierung der Stromversorgung, den
Entwurf der Spannungsregler, die Dimensionierung der Leitungen und die kurzfristige Kühlung. Die Minimierung des Energieverbrauchs ist insbesondere für mobile
Anwendungen wichtig, da die Batterietechnologie nur langsam Fortschritte macht
und da die Kosten für Energie sehr hoch sein können. Der Energieverbrauch hat auch
einen Einfluss auf die Erzeugung von CO 2 , wobei mobile Anwendungen aufgrund
der begrenzten Batteriekapazitäten in der Regel weniger CO 2 produzieren als stationäre Anwendungen. Ein kleiner Energieverbrauch reduziert auch die Kosten für die
Kühlung und erhöht die Lebensdauer des Systems (weil diese in der Regel mit der
Temperatur sinkt).
Als nächstes soll gezeigt werden, dass es für CMOS-Technologie von Vorteil ist,
schnelle sequentielle Berechnungen durch langsamer ausgeführte parallele Berechnungen zu ersetzen. Dazu betrachten wir zunächst die Leistungsaufnahme P von
CMOS-Schaltungen. Die sogenannte dynamische Leistungsaufnahme ist die Leistungsaufnahme, die aufgrund des Schaltens von Transistoren und des Umladens von
Leitungen entsteht (im Gegensatz zur statischen Leistungsaufnahme, die selbst ohne Schaltvorgänge entsteht). Die durchschnittliche dynamische Leistungsaufnahme
P dyn von CMOS kann gemäß Gleichung (3.14) modelliert werden [90]:
P dyn = α C L V
2
dd f
(3.14)
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E 1 =
∫ t 1
0
P 1 (t)dt
Wenn P 1 (t) nicht viel größer ist als P 0 (t), dann bedeutet die Reduktion der Ausführungszeit auch eine Reduktion des Energieverbrauchs. Allerdings bedeutet eine
Reduktion der Zeit nicht unbedingt auch eine Reduktion der Energie. Dies ist in
Abb. 3.16 gezeigt: E 1 kann kleiner sein als E 0 , aber auch größer. Deswegen ist es zur
Minimierung des Energieverbrauchs notwendig, auch diesen explizit als Optimierungskriterium zu benutzen. Eine Minimierung der Laufzeit kann nicht als Ersatz
dienen.
Abb. 3.16 Vergleich von
Energien E 0 und E 1
Mehr Leistung, weniger Energie?
1
t t
0
E
t
P
1
0
E
1 ( )
t
P
P t
( )
0
Sowohl die Minimierung der Leistung wie auch die der Energie sind wichtig.
Die Leistung hat einen Einfluss auf die Dimensionierung der Stromversorgung, den
Entwurf der Spannungsregler, die Dimensionierung der Leitungen und die kurzfristige Kühlung. Die Minimierung des Energieverbrauchs ist insbesondere für mobile
Anwendungen wichtig, da die Batterietechnologie nur langsam Fortschritte macht
und da die Kosten für Energie sehr hoch sein können. Der Energieverbrauch hat auch
einen Einfluss auf die Erzeugung von CO 2 , wobei mobile Anwendungen aufgrund
der begrenzten Batteriekapazitäten in der Regel weniger CO 2 produzieren als stationäre Anwendungen. Ein kleiner Energieverbrauch reduziert auch die Kosten für die
Kühlung und erhöht die Lebensdauer des Systems (weil diese in der Regel mit der
Temperatur sinkt).
Als nächstes soll gezeigt werden, dass es für CMOS-Technologie von Vorteil ist,
schnelle sequentielle Berechnungen durch langsamer ausgeführte parallele Berechnungen zu ersetzen. Dazu betrachten wir zunächst die Leistungsaufnahme P von
CMOS-Schaltungen. Die sogenannte dynamische Leistungsaufnahme ist die Leistungsaufnahme, die aufgrund des Schaltens von Transistoren und des Umladens von
Leitungen entsteht (im Gegensatz zur statischen Leistungsaufnahme, die selbst ohne Schaltvorgänge entsteht). Die durchschnittliche dynamische Leistungsaufnahme
P dyn von CMOS kann gemäß Gleichung (3.14) modelliert werden [90]:
P dyn = α C L V
2
dd f
(3.14)