Sześć sposobów na przedłużenie życia baterii

Gwałtowny rozwój urządzeń mobilnych i pamięci przenośnej zmusił producentów do poszukiwania nowych technologii, które pozwoliłyby na jeszcze wydajniejszą pracę przy jednoczesnym ograniczeniu zużycia energii. Poniżej prezentujemy najciekawsze z rozwiązań.

Firma Intel zmieściła 1,4 miliarda tranzystorów trójbramkowych w procesorach z architekturą Ivy Bridge. Przejście na nowy system tranzystorowy dało nowym procesorom sporą przewagę i znacznie zauważalny wzrost wydajności energetycznej. 22-nanometrowy procesor Ivy Bridge może działać równie szybko jak jego poprzednicy, ale przy znacznie mniejszym napięciu elektrycznym. Różnica ta wynosi aż 200 miliwoltów. Intel wprowadził również nowe konstrukcje na poziomie obwodu i rdzenia. Rozwiązanie to zaowocowało jeszcze lepszym zarządzaniem mocą procesora. Podobny schemat o nazwie Silvermont ma zostać zaimplementowany w najnowszych smartfonach i tabletach.

Schemat tranzystora trójbramkowego

Schemat tranzystora trójbramkowego

W trakcie tegorocznej International Solid-State Circuits Conference w San Francisco zaprezentowano kolejne nowości, których zastosowanie może znacząco wydłużyć czas pracy najnowszych urządzeń mobilnych. Niektóre z przedstawionych rozwiązań będą dostępne jeszcze w tym roku, a pozostałe już wzbudziły ogromne zainteresowanie czołowych producentów procesorów i technologii zminiaturyzowanej.

Technologia Near-threshold computing

Naukowcy od dawna rozważali pomysł, który opierał się na pracy mikroukładów w punkcie bardzo zbliżonym do tzw. progu napięcia, czyli ilości napięcia niezbędnej do rozpoczęcia pracy tranzystorów. Idea ta została zauważona przez licznych producentów, którzy chcą zastosować tę technologię w najnowszych wyrobach. Naukowcy Intela prowadzą badania nad opracowaniem 32-nanometrowego procesora, który będzie zużywać zaledwie 280 miliwoltów (dzisiejsze procesory wymagają 1,2 wolty). Intensywna praca podzespołu zużyje zaledwie 450 miliwoltów. Wykorzystanie tej technologii wraz z przetwarzaniem równoległym może doprowadzić do powstania bardzo wydajnych układów o niewielkim zapotrzebowaniu na energię.

Niższe napięcie, dłuższe działanie

Podtrzymywanie pracy procesorów uzyskiwane jest przy wyższym napięciu elektrycznym w celu uniknięcia błędów w taktowaniu. Gdyby inżynierom udało się skonstruować mechanizm pozwalający na uniknięcie tych komplikacji, skutkowałoby to znacznym zmniejszeniem zużycia energii przez procesory działające przez wiele godzin czy dni bez przerwy (np. w telefonach komórkowych). Pomysły te jeszcze niedaleko wyszły poza rozważania teoretyczne. Niemniej jednak naukowcy z uniwersytetu w Michigan i Harvey Mudd College uzyskali wstępne wyniki oparte na badaniu procesora ARM Cortex-M3, które wyraźnie uwidaczniają wzrost wydajności energetycznej o 60%. Obie ekipy zgodnie twierdzą, że procesory typu Razor mają obiecującą przyszłość.

Pętla sprzężenia fazowego

Pętla sprzężenia fazowego to specjalny układ elektroniczny, który opiera swoje działanie na zasadzie sprzężenia zwrotnego. System ten stosowany jest przy automatycznej regulacji częstotliwości pracy procesora. W przeszłości układy te budowane były z analogowych komponentów. Rozwiązanie oparte na pętli sprzężenia fazowego pozwala na wykorzystanie jednej dziesiątej mocy w porównaniu do układów analogowych. Firma Samsung zaprezentowała najnowsze pętle synchronizacji fazy, których rozmiar wynosił zaledwie 0,012 milimetra kwadratowego. Układ ten wymagał do pracy zaledwie 2,5 mW. Zespół Intela zaprezentował swoją wersję pętli opartej na 22-nanometrowej technologii, która zużywała zaledwie 0,7 mW.

Inteligentne konwertery

Inną technologią rozwijaną w celu zmniejszenia poboru prądu jest tzw. kondensator przełączany. Opiera on swoją pracę na "kluczach", które skonstruowane są najczęściej z izolatora, półprzewodnika i metalu. Zespół badawczy działający na Uniwersytecie w Oregonie zaprezentował niskonapięciowy podzespół, którego powstanie zostało zainspirowane tzw. pierścieniem oscylacyjnym, czyli metodą badawczą stworzoną z myślą o analizowaniu pętli z przetwornic. Inny zespół pracujący w National Chiao Tung University na Tajwanie znalazł sposób na zaoszczędzenie energii przez wykorzystanie pracy opartej na dwóch oddzielnych sygnałach i etapach. Pierwszy skupia się na surowym przetwarzaniu, a drugi wyłącznie na dostrajaniu.

Dynamiczny RAM następnej generacji

Producenci pamięci podręcznej, tacy jak Samsung czy Hynix Semiconductor, ujawnili szczegóły na temat następnych rozwiązań w dziedzinie synchronizacji DRAM, która napędza dzisiejsze procesory. Nowe podzespoły DDR4 pozwolą na wydajniejszą pracę przy jednoczesnym zmniejszeniu poboru prądu z 1,5 V do 1,2 V. Nowe moduły oferować będą również lepsze i szybsze zegary, a także znacznie wydajniejsze algorytmy przy kodowaniu danych. Debiut pamięci RAM DDR4 planowany jest na rok 2013.

Mimo że wiele z przedstawionych powyżej technologii jest jeszcze na wczesnym etapie produkcji (czy nawet planowania), jedno jest pewne: w przyszłości rynek informatyczny czeka tylko jeden kierunek rozwoju. Urządzenia wykorzystywane przez przemysł czy nabywców indywidualnych będą jeszcze bardziej wydajne i energooszczędne. Warto przy tym jednak zauważyć, że energooszczędność nie zawsze idzie w parze z ekologią. Często bowiem sama produkcja wiąże się z dużymi stratami energii czy surowców, które nie rekompensują zysków wynikających z niskiego zużycia prądu podczas eksploatacji.


Zobacz również