L’optimisation de la puissance est la tentative de réduire la puissance consommée par les appareils numériques tels que les circuits intégrés en équilibrant des paramètres tels que la taille, les performances et la dissipation thermique. Il s’agit d’un domaine très critique de la conception de composants électroniques car de nombreux appareils électroniques portables nécessitent une capacité de traitement élevée avec une faible consommation d’énergie. Les composants doivent exécuter des fonctions complexes tout en générant le moins de chaleur et de bruit possible, le tout emballé sur une très petite surface. Domaine de la conception numérique faisant l’objet de recherches intensives, l’optimisation de l’alimentation est vitale pour le succès commercial de nombreux appareils.
L’idée d’optimiser la puissance dans la conception électronique a commencé à attirer l’attention à la fin des années 1980 avec l’utilisation généralisée des appareils portables. La durée de vie de la batterie, les effets de chauffage et les exigences de refroidissement sont devenus très importants pour des raisons à la fois environnementales et économiques. L’installation de composants de plus en plus complexes sur des puces de plus petite taille est devenue vitale pour assurer la production d’appareils plus petits avec plus de fonctionnalités. Cependant, la chaleur générée par l’inclusion de tant de composants est devenue un problème majeur. Des facteurs tels que les performances et la fiabilité de l’appareil sont également affectés par la chaleur.
Pour mettre à l’échelle des puces, réduire la taille des puces et conserver des performances optimales à des niveaux de température acceptables, il faut investir du temps dans des méthodologies d’optimisation de la puissance. L’optimisation manuelle de la puissance devient impossible avec les puces existantes comme les circuits intégrés car elles contiennent des millions de composants. En règle générale, les concepteurs réalisent une optimisation de la puissance en limitant le gaspillage d’énergie, qui est principalement du gaspillage de spéculation, d’architecture et de programme. Toutes ces méthodes tentent de réduire le gaspillage d’énergie du niveau de la conception du circuit à l’exécution et à l’application.
Le gaspillage de programme se produit lorsqu’un microprocesseur haut de gamme exécute des commandes qui ne sont pas nécessaires. L’exécution de ces commandes ne modifie pas le contenu de la mémoire et des registres. Éliminer le gaspillage de programme signifie réduire l’exécution d’instructions mortes et se débarrasser des magasins silencieux. Le gaspillage de spéculation se produit lorsque le processeur récupère et exécute des instructions au-delà des branches non résolues. Le gaspillage architectural se produit lorsque des structures telles que des caches, des prédicteurs de branche et des files d’attente d’instructions sont trop grandes ou trop petites.
Principalement conçues pour contenir de grandes quantités, les structures architecturales ne sont généralement pas utilisées à pleine capacité. Inversement, les rendre plus petits augmente également la consommation d’énergie en raison de plus de fausses spéculations. Une optimisation de l’alimentation réussie nécessite l’utilisation d’une approche au niveau du système en sélectionnant des composants qui consomment très peu d’énergie. Toutes les combinaisons possibles de ces types de composants peuvent être explorées dans la phase de conception. La réduction de la quantité d’activité de commutation nécessaire dans le circuit garantit également une consommation d’énergie moindre.
Certaines des autres approches utilisées pour l’optimisation de la puissance incluent la synchronisation d’horloge, les modes de veille et une meilleure conception logique. La resynchronisation, l’équilibrage de chemin et le codage d’état sont d’autres méthodes logiques qui peuvent limiter la consommation d’énergie. Certains concepteurs de microprocesseurs utilisent également des formats spéciaux pour coder des fichiers de conception qui insèrent des fonctions de contrôle d’économie d’énergie.