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引用:

http://www.expreview.com/10281-3.html

◆ Turbo CORE技術解析

　　雖然目前的主流處理器都是多核心的，但實際上眾多的應用程序，包括大多數的遊戲，對多核多線程優化不足，少數可能為雙核優化，但是能完全利用四核甚至六核的消費級軟件更是不多。這樣的窘況造成兩個極端，一方面部分核心無所事事，卻消耗著同樣的功耗，另一方面部分核心滿負荷運行，恨不得能跑得再快些。

　　·Turbo CORE簡介

　　在之前AMD為CPU節能做了很多努力，比如Phenom II開始支持的Cool『n』Quiet 3.0（簡稱CnQ）技術就是很好的一個例子，CnQ 3.0通過P-States（CPU Performance states）來實現節能，它支持四種P-State狀態，其一是全速（P0），其二是最低頻率 800MHz(P4)，不管什麼型號都如此，另外還有兩種狀態，具體頻率視型號而定，比如Phenom II X4 955的四種P-State分別為3.2GHz、2.5GHz、2.1GHz和800MHz。

　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　英特爾Turbo Boost技術典型工作示意圖

　　CnQ技術只能做到多個核心「同進退」，它可以解決全部核心在輕負載或空閒時的節能問題，但並不能解決部分核心滿負載的問題。率先提出解決方案的是英特爾，從Nehalem架構處理器開始支持的Turbo Boost技術能讓內核運行動態加速，可以根據需要開啟、關閉以及加速單個或多個內核的運行，這樣動態的調整可以提高系統和CPU整體的能效比率。

　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　AMD Turbo CORE技術工作示意圖

　　現在AMD也有了類似技術，連名字也很類似，即Turbo CORE技術。在當處理器3個核心或者以上空閒時，Turbo CORE就會啟動，所有核心電壓提升，並且高負載的核心（必須處於P0狀態）頻率提升400-500MHz，這個狀態稱之為Boost P-State狀態，可以加速這部分核心的運算能力，同時空閒的核心則進入P-State的P4低功耗狀態（即頻率下降到800MHz），降低它們的動態功耗。

　　在整個過程中，處理器最大功耗依然會控制在TDP之內，否則Turbo CORE不會生效。

　　可以看到Turbo CORE是以P-State為依託的，目前至少有兩點不如Turbo Boost，一是它不能對單個核心增加電壓，而是所有核心都需要加壓，這樣即使空閒的核心也會額外增加功耗；另一是空閒的核心不能關閉，最多只能達到P- State的P4狀態，節能不夠徹底。

　　英特爾的Turbo Boost技術顯得更高明一些，它能操作每個核心的電壓，並且可以把不需要的核心直接關閉（實際上是進入C-State的C6級深度休眠狀態），由於喚醒 C6狀態需要較長時間（要重新加載數據），可能會造成切換不及引發種種問題，而Nehalem中特殊設計的PCU可以讓這個問題變得簡單。

　　Nehalem中有一個特殊控制器，稱為PCU（Power Control Unit），有著自己的嵌入式固件，可以有溫度、電流、功耗和操作系統等需要的其他輸入，在on-die上進行這樣的功耗控制，能讓電壓的升降時間比常規的off-die模式要短，具有更高效的電源管理，同時，PCU監控各核心的性能、狀態，它可以智能地決定進入何種功耗/性能狀態，而不用去管操作系統的要求。

　　　　　　

　　　　　　　　　　　　Turbo CORE實例：兩個核心加速運行，其它四個核心進入P4低功耗狀態

　　回到Turbo CORE，理論上它可以讓六核中的5個核心處於加速模式，不過我們測試只能做到1至3個核心加速，可能是因為TDP超額的原因，至於像六個核心只能「三升三降」的說法是不正確的，那只是默認設置，實際上可以指定加速核心數目的。

　　另外，Turbo CORE技術是完全基於硬件層面的，默認自動開啟並由處理器自身監控，不需要安裝任何特殊的軟件、驅動或者工具，甚至不需要用戶特別的操作就可以自動完成。有些主板可能需要更新BIOS才能良好支持這一新技術。

　　·Turbo CORE中的節能模式

　　對於CPU來說，功耗分為動態功耗和靜態功耗兩大部分，動態功耗是電路在工作時所消耗的能量，而靜態功耗是電路在沒有翻轉只有供電的情況下，晶體管中漏電流造成的功耗。

　　在整個功耗中，時鐘單元功耗（其它還有數據鏈路、存儲和IO等）所佔比例最大，而門控時鐘（Clock gating）作為降低時鐘單元功耗有效的方法而得到廣泛應用，它可以對某些較少使用的時序邏輯進行開關控制使之保持靜態，同時以這些時序部件輸出相關的組合邏輯也將處於靜態，很好地達到關閉子模塊或子電路的目的，從而大大降低功耗。

　　對於Turbo CORE而言，當某核心需要進入低功耗狀態，正是通過門控時鐘來得以實現的（準確的說應該是可變頻率時鐘技術），使該核心處於靜態模式（比如800MHz）。

　　實際上，降低功耗最直接的做法就是在不需要電路工作時將它的電源關掉，這樣什麼動態功耗、靜態功耗就全沒有了。在需要電路工作時，再把電源打開，這就是門控電源（Power gating）。方法簡單，但實現起來卻比門控時鐘要複雜得多。

　　當然真正暴力關掉電源將功耗徹底變為0的方式實現上比較難，主要在於喚醒時要花費更多的時間完成數據加載，而採用內部電源管理方式，在短時間的電源關斷會是更理想的辦法。

　　英特爾的Turbo Boost就是通過門控電源實現空閒核心關閉的，PCU充當一個內部電源開關網絡，一個功耗消耗極小的影子寄存器保持核心斷電前的狀態，至於何時保存何時恢復，都由PCU來控制完成。

　　因此從原理上來說，現在的Turbo CORE在節能效果上相比Turbo Boost有所不如。