[情報] Intel深耕低功耗CPU設計

對於手持式設備來說，設計上的四大主要考量，即是功能/效能、尺寸、成本與功耗，而由於這類產品往往由電池來供電，在電力的限制下，功耗狀況就與電池的使用壽命直接相關，若能提供比同類產品更長的使用時間，市場的接受度當然愈高。以有名的iPod nano為例，它使用的是只有1.2瓦小時的電池，但因做到音樂播放只需85mW的功耗，所以能夠連續播放14小時的音樂，難怪會這麼受到市場的歡迎。

對於筆記型電腦來說，在運作時，CPU一個元件就可以佔了整體系統近一半的功耗，並產生大量的熱量，因此降低CPU的功耗與散熱就成了比提升效能更重要的課題。Intel在2004年宣布轉向擁抱多核心架構，主要的原因也是為了解決其不斷升高的功耗問題，而這個發展途徑也讓Intel在近幾年中持續維持其電腦CPU的霸主地位。

降低功耗是一門牽涉極廣的技術，解決的途徑包括製程技術（如low-k）、電路閘控設計（如Clock Gating、Power Gating）、系統架構（硬體/軟體配置演算法）和軟體管理（如Power-aware作業系統、休眠模式和更有效的記憶體接取方式）等。以Intel新一代的Penryn CPU為例，就採用了上述的各種改善途徑。

採用45奈米製程的Penryn，其電晶體密度比上一代65奈米Merom CPU提升了近兩倍，此舉有助於大幅降低電晶體開關動作所需的電力，耗電量可減少約三成。此外，Penryn還採用low-k介電質的內部連接線來加速關關動作，並採用high-k材料來製作電晶體閘極電介質，以因應高階製程中愈來愈嚴重的靜態漏電功耗。

在電源管理的作法上，透過DPM（Dynamic Power Management）和DVFS（Dynamic Voltage and Frequency Scaling）兩項技術，有助於進一步改善元件及系統的功耗表現。其中DPM指的是控制不工作單元的休眠狀態，DVFS則是在運作中，依工作狀況調整電壓及頻率的供電狀況，是更為先進的功耗管理技巧。

以電腦系統的電源管理來說，有所謂的ACPI規範，其中C0到C3為處理器的電源節能狀態。CPU廠商在此架構下，又發展出自己的管理技術，例如Intel在Merom世代時即已提出的C4e（Enhanced Deeper Sleep）模式；最新的Penryn處理器中則進一步提出C6（Deep Power Down）模式，其中C6模式所需電壓將比C4e再降低一半，且L1快取也會進入關閉狀態，讓處理器功耗能再減少超過75％。不過，有利也有弊，從C6模式返回正常運作狀態所需的時間也比C4e多出約50％。

預計在五月上市的新一代Penryn系列，其常規款式CPU可做到低於35W的功耗，其中主流處理器的TDP從目前的35W降到只有25W，小型化封裝處理器更可以達到10W、甚至更低的功耗。這對於Notebook來說算是不錯的表現，但若是用在更小型化的MID或UMPC中，仍有很大的改善空間。


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