“计算冲刺”能否在不烧毁智能手机的情况下加速它们?

研究人员研究了交替启动和冷却移动处理器的想法,以在不使其过热的情况下榨取更好的性能

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智能手机在长时间短信、流媒体视频和网页浏览方面的需求,要求它们拥有极快的处理器,同时还要能够散发这些处理器产生的热量。一个工程师团队正在提出一种在未来设计智能手机的反直觉模型——让处理器交替启动和冷却,更像是短跑运动员而不是长跑运动员

散热已成为智能手机处理器计算能力的主要限制,因为智能手机内部没有空间安装风扇或其他类型的冷却系统。智能手机处理器上只有一小部分晶体管可以同时安全运行。被关闭的晶体管被称为“暗硅”。研究人员表示,更多的晶体管只会导致更多的暗硅,因为处理器散热能力的改进滞后。

宾夕法尼亚大学和密歇根大学的研究人员提出了一种“计算冲刺”方法来管理功耗。 例如,处理器可以以其可持续速率的 16 倍运行约半秒钟,然后降低速度,以便处理器可以冷却下来——直到下一次需要激增时。研究人员昨天在新奥尔良举行的第 18 届高性能计算机体系结构国际研讨会上展示了他们的计算冲刺可行性研究的成果 (pdf)

智能手机上的许多交互式应用程序依赖于短暂的计算需求爆发,中间穿插着等待用户输入的长时间空闲期。“计算冲刺”将激活原本断电的处理器核心(暗硅),以亚秒级的爆发进行密集的并行计算,以响应这种零星的用户活动。为了处理冲刺产生的热脉冲,研究人员建议将处理器封装在相变材料中——类似于蜡烛蜡——这种材料会在冲刺期间通过熔化吸收热量,然后在设备静止时通过硬化缓慢地散发热量。

密歇根大学计算机科学与工程助理教授、研究作者Thomas Wenisch表示,移动电话产生的大部分热量来自处理器,而不是电池。“处理器消耗的所有功率都会转化为热量,”他说。“由于电池效率低下(电池内部电阻),只有一小部分从电池中提取的电量会在电池内部以热量的形式损失掉。”

宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院计算机与信息科学系副教授、另一位研究作者Milo Martin表示,研究人员的下一步是构建原型,重点关注热和材料问题。“我们还在研究其他应用,主要是在移动领域,但也包括其他领域,例如服务器,”他补充道。

研究人员还计划调查冲刺会对应用程序设计产生什么影响。“这将决定程序员应该如何利用冲刺,然后处理手机可能需要休息这一事实,以及它对最终用户满意度的影响,”Martin 说。

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