La optimización de energía es el intento de reducir la energía consumida por los dispositivos digitales, como los circuitos integrados, equilibrando parámetros como el tamaño, el rendimiento y la disipación de calor. Es un área muy crítica del diseño de componentes electrónicos porque muchos dispositivos electrónicos portátiles requieren una alta capacidad de procesamiento con un bajo consumo de energía. Los componentes deben realizar funciones complejas y al mismo tiempo generar la menor cantidad de calor y ruido posible, todo empaquetado en una superficie muy pequeña. Un área de diseño digital intensamente investigada, la optimización de energía es vital para el éxito comercial de muchos dispositivos.
La idea de optimizar la potencia en el diseño electrónico comenzó a llamar la atención a fines de la década de 1980 con el uso generalizado de dispositivos portátiles. La duración de la batería, los efectos del calentamiento y los requisitos de enfriamiento se volvieron muy importantes por razones ambientales y económicas. La instalación de componentes cada vez más complejos en chips de menor tamaño se volvió vital para garantizar la producción de dispositivos más pequeños con más funcionalidad. Sin embargo, el calor generado al incluir tantos componentes se convirtió en un problema importante. Factores como el rendimiento y la confiabilidad del dispositivo también se ven afectados por el calor.
Para escalar chips, reducir el tamaño de la matriz y aún tener un rendimiento máximo a niveles de temperatura aceptables, se requiere invertir tiempo en metodologías de optimización de energía. La optimización manual de la energía se vuelve imposible con los chips existentes, como los circuitos integrados, porque contienen millones de componentes. Por lo general, los diseñadores logran la optimización de energía limitando la energía desperdiciada, que es principalmente especulación, arquitectura y desperdicio de programas. Todos estos métodos intentan reducir el desperdicio de energía desde el nivel del diseño del circuito hasta la ejecución y la aplicación.
El desperdicio de programas se produce cuando un microprocesador de gama alta ejecuta comandos que no son necesarios. La ejecución de estos comandos no cambia el contenido de la memoria y los registros. Eliminar el desperdicio de programas significa reducir la ejecución de instrucciones muertas y deshacerse de las tiendas silenciosas. El desperdicio de especulación ocurre cuando el procesador busca y ejecuta instrucciones más allá de las ramas no resueltas. El desperdicio arquitectónico ocurre cuando estructuras como cachés, predictores de rama y colas de instrucciones son demasiado grandes o demasiado pequeñas.
Diseñado principalmente para contener grandes cantidades, las estructuras arquitectónicas generalmente no se utilizan en su máxima capacidad. Por el contrario, hacerlos más pequeños también aumenta el consumo de energía debido a más errores de especulación. La optimización de energía exitosa requiere el uso de un enfoque a nivel de sistema mediante la selección de componentes que consumen muy poca energía. Todas las combinaciones posibles de estos tipos de componentes se pueden explorar en la fase de diseño. Reducir la cantidad de actividad de conmutación necesaria en el circuito también garantiza un menor consumo de energía.
Algunos de los otros enfoques utilizados para la optimización de la energía incluyen la sincronización del reloj, los modos de suspensión y un mejor diseño lógico. La reprogramación, el equilibrio de ruta y la codificación de estado son otros métodos lógicos que pueden limitar el consumo de energía. Algunos diseñadores de microprocesadores también utilizan formatos especiales para codificar archivos de diseño que insertan funciones de control de ahorro de energía.