您知道嗎,，全球數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)耗電量高達(dá)數(shù)百太瓦時(shí)（TWH）,，占全球總用電量的1-2%,。移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸需求不斷飆升,，全球各地?cái)?shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)所消耗的能源也隨之增加,。因此,，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的性能需要優(yōu)化，吞吐量要求也需要降低,。
我們往往會(huì)忽略與數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊校ㄔ贫耍┪恢孟嚓P(guān)的“隱藏”成本及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)成本,。為了降低能耗，我們可以考慮在本地處理數(shù)據(jù),，而不是通過云網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和/或通信,。這樣就可以在不同的物理位置處理數(shù)據(jù)，無論是邊緣（傳感器）、云端,，還是中間的各個(gè)位置,。基站本地?cái)?shù)據(jù)之間,、之外,，還將進(jìn)行多個(gè)過程吸收來自物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、本地數(shù)據(jù)中心,、小區(qū)站點(diǎn)等來源的數(shù)據(jù),。
圖1：2018-2028年全球月移動(dòng)數(shù)據(jù)流量（信息來源）
圖1展示了數(shù)據(jù)傳輸（消耗的電力占全球總耗電量的1-2%）在未來幾年的上升。這意味著,，除非用電量大幅降低,，通信和計(jì)算將占據(jù)全球用電量的更大份額。這就為增加數(shù)據(jù)本地化處理提供了動(dòng)力,。將數(shù)據(jù)處理分散到其他地點(diǎn),，可以優(yōu)化能源的總體使用——更多的系統(tǒng)采用“邊緣處理”模式。邊緣處理可帶來更多的好處,，如增強(qiáng)隱私和數(shù)據(jù)保護(hù),，但如何才能實(shí)現(xiàn)呢？
應(yīng)對(duì)邊緣處理挑戰(zhàn)
節(jié)約能源還有更多意義,。邊緣處理是正確的方向,，但仍然需要從眾多部署方案中做出選擇。應(yīng)用映射愈發(fā)復(fù)雜,，卻也帶來了更多的樂趣,。幾十年前，嵌入式微控制器和處理器都由帶有相應(yīng)I/O的單一CPU構(gòu)成,。在這種環(huán)境下，算法在哪里運(yùn)行一目了然：它們都在同一個(gè)CPU上執(zhí)行,。如今情況已大不相同：現(xiàn)代化嵌入式處理器（如恩智浦i.MX產(chǎn)品系列）既有CPU,，也有圖形處理單元（GPU）、神經(jīng)處理單元（NPU）,、信號(hào)處理單元（DSP）及各種硬件加速器,。將應(yīng)用映射到可用的芯片上成為了有趣的挑戰(zhàn)。是想在CPU,、GPU,、NPU、DSP上運(yùn)行算法還是想在加速器上運(yùn)行算法,？請注意系統(tǒng)的軟件復(fù)雜性是如何增加的,。
能耗優(yōu)化是設(shè)計(jì)和制造邊緣處理器件時(shí)需要考慮的另一個(gè)方面。這就需要平衡動(dòng)態(tài)能耗。動(dòng)態(tài)能耗會(huì)受到多種因素的影響,，例如CPU頻率,、工作負(fù)載、其他加速器的使用情況,、外部存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)流量,、系統(tǒng)組件的使用狀態(tài)（如顯示器和背光）、Wi-Fi等連接方式以及環(huán)境溫度等,。靜態(tài)能耗是指芯片中通電而不受門控控制的部分,，也就是處理單元執(zhí)行的操作。
探索如何在SoC設(shè)計(jì)中進(jìn)一步降低能耗至關(guān)重要,。在邊緣降低能耗意味著需要優(yōu)化在邊緣使用的芯片的能耗,。該圖展示了隨著時(shí)間的推移，為降低能耗在芯片和系統(tǒng)方面開發(fā)的各種機(jī)制,。
圖2：SoC設(shè)計(jì)中降低能耗的機(jī)會(huì),，從晶體管到系統(tǒng)層面
增強(qiáng)能耗測量和能耗優(yōu)化工作流程
在實(shí)踐中，優(yōu)化能耗是打造卓越系統(tǒng)和芯片設(shè)計(jì)工作流程的重要一環(huán),。恩智浦除了高能效i.MX 7ULP和i.MX 8ULP等獨(dú)特SoC外,，還在使用場景中優(yōu)化芯片的不同電源模式。我們的能效應(yīng)用筆記詳細(xì)介紹了各種能效方法,，這些方法可以通過我們的BSP SW（廣泛的支持包軟件）來實(shí)現(xiàn),，應(yīng)用筆記還可向客戶提供有用的部署指導(dǎo)。此外,，我們重點(diǎn)關(guān)注如何通過共同設(shè)計(jì)PMIC在系統(tǒng)級(jí)別盡可能簡化設(shè)備的整體電源管理,。我們還采用低能耗DRAM（LP4、LP4X,、LP5）,，降低系統(tǒng)級(jí)能耗（較低的工作電壓和待機(jī)時(shí)自刷新模式等）。
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部署和生命周期中的節(jié)能策略
人們非常關(guān)注設(shè)備和系統(tǒng)的優(yōu)化，包括設(shè)備架構(gòu),、設(shè)計(jì),、制造和系統(tǒng)開發(fā)，以及產(chǎn)品的開發(fā),。但目前許多產(chǎn)品在市場上的使用壽命比較短,。消費(fèi)者每隔幾年就要進(jìn)行一次升級(jí)，使用新的硬件,。這造成了浪費(fèi),，但也是改進(jìn)的機(jī)會(huì),。
除了使用硬件設(shè)備外，消費(fèi)者還可以利用設(shè)備日益增強(qiáng)的軟件能力來最大限度地延長其使用壽命,。隨著時(shí)間的推移,，升級(jí)軟件可以提供更多功能，從而延長產(chǎn)品的使用壽命,。要支持這一概念,，就需要滿足安全要求的龐大生態(tài)系統(tǒng)，設(shè)備只需加載必要軟件,。恩智浦在這方面也進(jìn)行了大量的開發(fā)工作,。
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現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心中的服務(wù)器機(jī)架
更進(jìn)一步——未來的展望
本博文從芯片行業(yè)的角度探討了可持續(xù)發(fā)展的幾個(gè)方面。首先,，文章介紹了邊緣和云之間通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化,。其次，描述了SoC芯片的工作負(fù)載優(yōu)化及相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì),。最后,，還簡要地討論了生命周期管理，這是延長設(shè)備市場使用壽命的必要條件,。
恩智浦半導(dǎo)體致力于打造更環(huán)保的世界,，文中列舉了其在多個(gè)方面開展的工作。然而,，要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),，需要跨行業(yè)的合作。在半導(dǎo)體界,，大多數(shù)工程工作仍然專注于短期性能優(yōu)化目標(biāo),，卻沒有明確針對(duì)能耗或長期可持續(xù)性進(jìn)行優(yōu)化。要扭轉(zhuǎn)這種局面,，必須改變思維方式,。
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