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전원 관리

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전원 관리 또는 파워 매니지먼트(Power management)는 일부 복사기, 컴퓨터, 컴퓨터 CPU, 컴퓨터 GPU 및 모니터 및 프린터와 같은 컴퓨터 주변기기의 기능으로, 비활성 상태일 때 전원을 끄거나 시스템을 저전력 상태로 전환한다. 컴퓨팅에서 이는 PC 전원 관리로 알려져 있으며, APM을 대체한 ACPI라는 표준을 기반으로 한다. 모든 최신 컴퓨터는 ACPI를 지원한다.

동기

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컴퓨터 시스템의 PC 전원 관리는 특히 다음과 같은 여러 가지 이유로 필요하다.

전력 소비를 줄이면 열 손실도 줄어들어 시스템 안정성이 향상되고, 에너지 사용량이 줄어들어 비용을 절감하고 환경에 미치는 영향을 줄일 수 있다.

프로세서 수준 기술

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마이크로프로세서의 전원 관리는 프로세서 전체 또는 캐시 메모리 및 주 메모리와 같은 특정 구성 요소에서 수행할 수 있다.

동적 전압 스케일링 및 동적 주파수 스케일링을 통해 CPU 코어 전압, 클럭 속도 또는 둘 다를 변경하여 잠재적으로 성능이 저하되는 대신 전력 소비를 줄일 수 있다. 이는 때때로 전력-성능 절충을 최적화하기 위해 실시간으로 수행된다.

예시:

또한 프로세서는 내부 회로를 선택적으로 끌 수 있다(전원 게이팅). 예를 들면:

  • 최신 인텔 코어 프로세서는 프로세서 내의 기능 장치에 대한 초미세 전원 제어를 지원한다.
  • AMD CoolCore 기술은 프로세서의 일부를 동적으로 활성화하거나 비활성화하여 보다 효율적인 성능을 제공한다.[3]

인텔 VRT 기술은 칩을 3.3V I/O 섹션과 2.9V 코어 섹션으로 분할했다. 더 낮은 코어 전압은 전력 소비를 줄인다.

이기종 컴퓨팅

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ARM의 big.LITTLE 아키텍처는 더 빠른 "빅" 코어와 전력 효율적인 "리틀" 코어 사이에서 프로세스를 마이그레이션할 수 있다.

운영 체제 수준: 하이버네이션

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컴퓨터 시스템이 하이버네이션되면 RAM의 내용을 하드 디스크에 저장하고 컴퓨터의 전원을 끈다. 시작 시 데이터를 다시 로드한다. 이를 통해 하이버네이션 모드에서 시스템의 전원을 완전히 끌 수 있다. 이 기능은 설치된 RAM 크기의 파일을 하드 디스크에 저장해야 하므로 하이버네이션 모드가 아닌 경우에도 공간을 사용할 수 있다. 하이버네이션 모드는 일부 Windows 버전에서 기본적으로 활성화되어 있으며, 이 디스크 공간을 복구하기 위해 비활성화할 수 있다.

GPU에서

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GPU는 CPU와 함께 과학, 애널리틱스, 공학, 소비자 및 기업 애플리케이션과 관련된 다양한 영역에서 컴퓨팅을 가속화하는 데 사용된다.[4] 이 모든 것에는 몇 가지 단점이 있다. GPU의 높은 컴퓨팅 능력은 높은 열 손실을 대가로 한다. GPU의 전력 손실 문제에 대해 많은 연구가 이루어졌으며 이 문제를 해결하기 위해 많은 기술이 제안되었다. 동적 전압 스케일링/동적 주파수 스케일링 (DVFS) 및 클럭 게이팅은 GPU에서 동적 전력을 줄이는 데 일반적으로 사용되는 두 가지 기술이다.

DVFS 기술

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실험 결과 기존 프로세서 DVFS 정책은 합리적인 성능 저하로 임베디드 GPU의 전력 감소를 달성할 수 있음을 보여준다.[5] 이기종 시스템을 위한 효과적인 DVFS 스케줄러를 설계하기 위한 새로운 방향도 탐색되고 있다.[6] GPU와 CPU 모두에 대해 동기화된 방식으로 DVFS를 사용하는 이기종 CPU-GPU 아키텍처인 GreenGPU[7]가 제시되었다. GreenGPU는 Nvidia GeForce GPU와 AMD 페넘 II CPU가 있는 실제 물리적 테스트베드에서 CUDA 프레임워크를 사용하여 구현되었다. 실험적으로 GreenGPU는 평균 에너지 절약 21.04%를 달성하고 여러 잘 설계된 기준선을 능가하는 것으로 나타났다. 모든 종류의 상업 및 개인 애플리케이션에서 광범위하게 사용되는 주류 GPU의 경우 여러 DVFS 기술이 존재하며 GPU 단독으로 내장되어 있다. AMD PowerTune 및 AMD ZeroCore Power는 AMD 그래픽 카드를 위한 두 가지 동적 주파수 스케일링 기술이다. 실제 테스트 결과 GeForce GTX 480을 리클럭킹하면 주어진 작업에서 성능이 1%만 감소하면서 전력 소비를 28% 줄일 수 있는 것으로 나타났다.[8]

전력 게이팅 기술

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DVFS 기술을 사용한 동적 전력 감소에 대한 많은 연구가 이루어졌다. 그러나 기술이 계속 축소됨에 따라 누설 전력이 지배적인 요인이 될 것이다.[9] 전력 게이팅은 사용되지 않는 회로의 공급 전압을 차단하여 누설을 제거하는 일반적으로 사용되는 회로 기술이다. 전력 게이팅은 에너지 오버헤드를 발생시키므로 사용되지 않는 회로는 이 오버헤드를 상쇄할 만큼 충분히 오랫동안 유휴 상태를 유지해야 한다. GPU의 캐시를 런타임에 전력 게이팅하는 새로운 마이크로아키텍처 기술[10]은 누설 에너지를 절약한다. 16가지 GPU 워크로드에 대한 실험을 기반으로 제안된 기술을 통해 달성된 평균 에너지 절약은 54%이다. 셰이더는 GPU에서 가장 전력을 많이 소비하는 구성 요소이며, 예측 셰이더 종료 전력 게이팅 기술[11]은 셰이더 프로세서에서 최대 46%의 누설 감소를 달성한다. 예측 셰이더 종료 기술은 프레임 간 워크로드 변화를 활용하여 셰이더 클러스터의 누설을 제거한다. Deferred Geometry Pipeline이라는 또 다른 기술은 배치 간 형상 및 프래그먼트 계산의 불균형을 활용하여 고정 기능 형상 장치의 누설을 최소화하여 고정 기능 형상 장치의 누설을 최대 57% 제거한다. 간단한 시간 초과 전력 게이팅 방법을 비셰이더 실행 장치에 적용할 수 있으며, 이는 비셰이더 실행 장치의 누설을 평균 83.3% 제거한다. 위에서 언급한 세 가지 기술 모두 성능 저하가 미미하며 1% 미만이다.[12]

화면 절전 기술

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일부 노트북 및 스마트폰에서는 화면 절전 기술이 사용된다. 이러한 기술은 백라이트 밝기와 LCD 오프셋을 동적으로 변경하여 화면 전력을 줄인다. 이러한 기술의 예로는 인텔 디스플레이 전력 절약 기술(DPST)이 있다.[13]

같이 보기

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각주

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  1. ↑ “AMD PowerNow! Technology with optimized power management”. AMD. 2009년 4월 23일에 확인함.
  2. ↑ “IBM EnergyScale for POWER6 Processor-Based Systems”. IBM. 2009년 4월 23일에 확인함.
  3. ↑ “AMD Cool'n'Quiet Technology Overview”. AMD. 2009년 4월 23일에 확인함.
  4. ↑ “What is GPU computing”. Nvidia.
  5. ↑ "Dynamic voltage and frequency scaling framework for low-power embedded GPUs", Daecheol You et al., Electronics Letters (Volume:48, Issue: 21 ), 2012.
  6. ↑ "Effects of Dynamic Voltage and Frequency Scaling on a K20 GPU", Rong Ge et al., 42nd International Conference on Parallel Processing Pages 826–833, 2013.
  7. ↑ "GreenGPU: A Holistic Approach to Energy Efficiency in GPU-CPU Heterogeneous Architectures", Kai Ma et al., 41st International Conference on Parallel Processing Pages 48–57, 2012.
  8. ↑ "Power and performance analysis of GPU-accelerated systems", Yuki Abe et al., USENIX conference on Power-Aware Computing and Systems Pages 10-10, 2012.
  9. ↑ "Design challenges of technology scaling", Borkar, S., IEEE Micro (Volume:19, Issue: 4 ), 1999.
  10. ↑ "Run-time power-gating in caches of GPUs for leakage energy savings", Yue Wang et al., Design, Automation & Test in Europe Conference & Exhibition (DATE), 2012
  11. ↑ "A Predictive Shutdown Technique for GPU Shader Processors", Po-Han Wang et al., Computer Architecture Letters (Volume: 8, Issue: 1 ), 2009
  12. ↑ "Power gating strategies on GPUs", Po-Han Wang et al., ACM Transactions on Architecture and Code Optimization (TACO) Volume 8 Issue 3, 2011
  13. ↑ https://ieeexplore.ieee.org/document/4216914

외부 링크

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