Methoden und Werkzeuge helfen dem Entwickler
Optimieren des Stromverbrauchs in DSP-Entwürfen
Fortsetzung des Artikels von Teil 5
Niedriger Stromverbrauch entscheidend
Ein niedriger Stromverbrauch ist für alle DSP-Systeme wichtig, auch wenn sich die Gründe hierfür je nach Einsatzbereich unterscheiden. Bei Grid-Powered-Systemen senkt die Verbrauchsminderung nicht nur die Betriebskosten, sondern erhöht auch die Zuverlässigkeit und erlaubt eine kompakte Bauweise, die mehr Funktionen auf demselben Platz vereint und weniger Lüfter und andere Kühlverfahren erfordert. In kritischen Applikationen, wie z.B. der in der Medizintechnik angewendeten hochauflösenden Bildgebung, kann die Wärmeentwicklung zu Betriebsproblemen führen und die Funktion des Gerätes gefährden. Um so wichtiger ist in diesem Fall die Forderung nach geringer Verlustleistung.
Bei mobilen elektronischen Geräten kann die Reduzierung des Stromverbrauchs dazu beitragen, die Abmessungen und das Gewicht zu minimieren und gleichzeitig die Akkulaufzeit zu maximieren. Dadurch lassen sich wiederum kleinere Akkus einsetzen, die noch kompaktere Systeme ermöglichen. Ein niedrigerer Stromverbrauch trägt auch dazu bei, dass die mobilen Geräte bei längerem Betrieb nicht zu warm werden. Mobiltelefone, PDAs, MP3-Spieler, digitale Foto- und Videokameras, elektronische Messgeräte – diese und weitere mobile Geräte können mit niedrigerem Stromverbrauch von kompakteren Abmessungen, kühlerem Betrieb und längeren Laufzeiten pro Akkuladung profitieren.
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Energieprofile und Chip-Ressourcen
Als ersten Schritt, den Stromverbrauch in einem Gerät zu senken, muss der Entwickler verstehen, wie dieses Gerät vom Anwender genutzt wird und welchen Einfluss dieses Nutzungsverhalten auf den Energiebedarf hat. So überwiegt z.B. bei einem Funktelefon der Bereitschaftsbetrieb, während nur ein vergleichsweise geringer Zeitanteil auf das eigentliche Telefonieren entfällt. Ein MP3-Spieler wird dagegen normalerweise nur eingeschaltet, wenn auch Musik gehört wird. Bei anderen, netzbetriebenen oder mobilen Geräten ist das Verhältnis zwischen Bereitschaft und Betrieb wieder anders.
Das Verständnis dieses Nutzungsprofils kann Entwickler bei der Auswahl eines energieeffizienten Prozessors unterstützen, da die grundlegende CMOS-Technologie eines DSP einen starken Einfluss auf den Stromverbrauch eines bestimmten Applikationstyps haben kann. Moderne CMOS-Prozesse basieren auf schnell schaltenden Transistoren, die mit extrem niedrigen Betriebsspannungen arbeiten. Je nach beabsichtigter Applikation können die Transistoren dabei wahlweise auf minimalen Stromverbrauch ausgelegt werden – durch Reduzieren des Ruhestroms – oder auf maximale Schaltgeschwindigkeit – unter Inkaufnahme eines etwas höheren Leckstromes. DSPs, die für Applikationen mit langen Bereitschaftszeiten wie z.B. Mobiltelefone gedacht sind, minimieren den Ruhestrom durch Transistoren mit niedrigem Leckstrom. Für Applikationen mit hoher Rechenleistung, die ständig aktiv sind, werden DSPs dagegen mit schneller schaltenden Transistoren ausgeführt.
Im Rahmen der Nutzung eines Gerätes interessiert auch, wie ein Gerät auf Ereignisse reagiert, beispielsweise die Latenzzeit nach dem Einschalten des Schaltkreises. Beim Einschalten wird eine gewisse Verzögerung als normal empfunden, beim Aufwachen aus einem Bereitschaftsmodus wird dagegen nur eine geringere Verzögerung toleriert. Von einem laufenden Gerät erwarten die Benutzer jedoch in der Regel ein sofortiges Ansprechen, so dass Onchip-Funktionen in diesen Zeiten nicht in zu tiefe Schlafmodi versetzt werden können. Hier kommen zwei Überlegungen ins Spiel: Erstens lassen sich einige Funktionen umfassender herunterfahren als andere, insbesondere in Bereitschaftsphasen, aber auch im aktiven Betrieb. Zweitens können Entwickler den Energieverbrauch umso besser an das Betriebsprofil des Gerätes anpassen, je mehr Granularität der Prozessor zur Kontrolle seiner Energiesparmodi bereitstellt.
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