功率管理——每個設(shè)計(jì)師的責(zé)任

便攜式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師對功率都非常“敏感”。他們需要努力節(jié)省每一毫瓦以延長電池壽命，從而延長系統(tǒng)的運(yùn)行時間。但對于使用交流電源的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員來說，功率管理并非那么重要。真的是這樣嗎？

事實(shí)上，不管是接入交流電源的系統(tǒng)還是便攜式系統(tǒng)，如今所有的嵌入式系統(tǒng)都必須智能地管理功率。功率管理非常重要，并且其重要性是與日俱增。設(shè)計(jì)師為何需要關(guān)注功率問題的理由已經(jīng)非常多，并且還在不斷增加。例如，我們存儲的數(shù)據(jù)量每年都在急劇膨脹。為了處理所有這些數(shù)據(jù)，需要更新更快的服務(wù)器，而且多多益善。

更多服務(wù)器、甚至每個機(jī)箱內(nèi)容納更多的刀片服務(wù)器都意味著對電源更高的功率要求。新增的服務(wù)器會產(chǎn)生更多的熱量，也就要求更好地冷卻處理，空調(diào)系統(tǒng)就會越來越昂貴。而且別忘了電力本身的成本也比以往要高。

因此為什么功率不是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員的“首要”考慮因素呢？

“功率問題已經(jīng)開始成為首要考慮因素了，”飛思卡爾半導(dǎo)體公司工程技術(shù)經(jīng)理Rob Oshana表示，“歷史上，嵌入式系統(tǒng)的全部任務(wù)就是完成好對希缺資源的分配，如性能、內(nèi)存和功率。但性能曾是關(guān)鍵品質(zhì)，所以經(jīng)常以犧牲功率為代價(jià)?！?/P>

也許更能說明問題的是功率管理設(shè)計(jì)有多難。從軟件開發(fā)和芯片設(shè)計(jì)方面看，性能通常比較容易管理。提高時鐘頻率是提高性能的簡易途徑，但它卻會加劇功率問題。

系統(tǒng)成本是另外一個考慮因素。降低系統(tǒng)功率就會減少風(fēng)扇和散熱器的使用數(shù)量，這是使用較低功率的另一個極好的理由。

圖1：即時是接交流電的嵌入式系統(tǒng)，也并不意味著可以不關(guān)心功率管理問題。

隨著工藝技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計(jì)師還需要對功率理解得更加透徹。隨著當(dāng)前工藝水平的提高，在一些案例中甚至達(dá)到了45nm，漏電流正成為影響總體功率預(yù)算的主要因素。嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員需要密切關(guān)注功率方程中的有效成分。

Actel公司高級產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)理Tim Morin認(rèn)為，需求將隨著時間而不斷改變?！澳愕挠?jì)算需求在變化——它們總是在是變化。因此你如何能夠在不必改變環(huán)境的條件下取得更好的功耗/熱量耗散呢？你可以通過實(shí)現(xiàn)電源使用模型、理解有多少功率可用以及實(shí)際消耗多少功率來做到這一點(diǎn)?！?/P>

一些業(yè)界人士并認(rèn)為開發(fā)人員在設(shè)計(jì)中忽略了功率因素。Luminary Micro公司的Jean Ann Booth認(rèn)為，“功率因素經(jīng)常在設(shè)計(jì)過程的早期就被考慮到了，而且這樣的做法越來越廣泛。接交流電源但對功率越來越敏感的嵌入式領(lǐng)域包括白色家電(如電冰箱、洗衣機(jī)、干燥機(jī)等)和HVAC?！?/P>

在過去幾年中我們在白色家電中見證的許多功率改進(jìn)，大多是政府指令和激勵共同作用的結(jié)果，特別是美國聯(lián)邦政府贊助的能源之星計(jì)劃。但這些仍然不夠。

Booth認(rèn)為，“除美國之外的每一個工業(yè)化國家都有相關(guān)的政府指令，要求對這類系統(tǒng)的功效進(jìn)行改進(jìn)。美國則選擇通過消費(fèi)市場自身的力量和對能源之星等級的渴求來鼓勵能效改進(jìn)?！?/P>

盡早并經(jīng)?？紤]功率問題

為什么在設(shè)計(jì)過程中盡早考慮功率因素如此重要？關(guān)鍵問題是能源消耗：全球?qū)δ茉吹南恼谝泽@人的速度增加。由于許多能源是從非再生資源(石油或煤)產(chǎn)生的，因此全球必須從越來越少的可用能源中壓榨出更多的“油水”。工程師可以通過提高設(shè)備的效率或降低其總體功率要求來達(dá)到節(jié)省功率的目的。

“提高效率”可以簡單地用更新更具能效的器件替代老器件實(shí)現(xiàn)。因?yàn)槿蚩偰茉吹募s70%消耗在運(yùn)動類設(shè)備上，因此對這類設(shè)備的改進(jìn)將明顯減少全球總的能源消耗。

飛思卡爾公司網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算系統(tǒng)部的Don Shin指出，術(shù)語“功率”被使用過度了?！氨M管功率對設(shè)計(jì)師而言確實(shí)是一個供應(yīng)問題，并與FET、電容、電感之類的器件有關(guān)，但能源將更復(fù)雜，它決定了散熱策略、系統(tǒng)尺寸和長期消耗成本。工程師經(jīng)常討論降低功率的問題，但他們真正討論的是降低能源以支持熱量、空間和成本約束。”

不管今天我們對功率的理解程度達(dá)到了何種水平，所有設(shè)計(jì)師都理解和同意功率管理是、并且今后也一直是高優(yōu)先級的考慮因素。