您知道嗎,，全球數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)耗電量高達數(shù)百太瓦時（TWH）,，占全球總用電量的1-2%,。移動數(shù)據(jù)傳輸需求不斷飆升，全球各地數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)所消耗的能源也隨之增加,。因此,，移動網(wǎng)絡(luò)的性能需要優(yōu)化，吞吐量要求也需要降低,。

　　我們往往會忽略與數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊校ㄔ贫耍┪恢孟嚓P(guān)的“隱藏”成本及數(shù)據(jù)存儲成本,。為了降低能耗,，我們可以考慮在本地處理數(shù)據(jù)，而不是通過云網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)存儲和/或通信,。這樣就可以在不同的物理位置處理數(shù)據(jù),，無論是邊緣（傳感器）、云端,，還是中間的各個位置,。基站本地數(shù)據(jù)之間,、之外,，還將進行多個過程吸收來自物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、本地數(shù)據(jù)中心,、小區(qū)站點等來源的數(shù)據(jù),。

　　圖1：2018-2028年全球月移動數(shù)據(jù)流量（信息來源）

　　圖1展示了數(shù)據(jù)傳輸（消耗的電力占全球總耗電量的1-2%）在未來幾年的上升。這意味著,，除非用電量大幅降低,，通信和計算將占據(jù)全球用電量的更大份額。這就為增加數(shù)據(jù)本地化處理提供了動力,。將數(shù)據(jù)處理分散到其他地點,，可以優(yōu)化能源的總體使用——更多的系統(tǒng)采用“邊緣處理”模式。邊緣處理可帶來更多的好處,，如增強隱私和數(shù)據(jù)保護,，但如何才能實現(xiàn)呢？

　　應(yīng)對邊緣處理挑戰(zhàn)

　　節(jié)約能源還有更多意義,。邊緣處理是正確的方向,，但仍然需要從眾多部署方案中做出選擇。應(yīng)用映射愈發(fā)復(fù)雜,，卻也帶來了更多的樂趣,。幾十年前，嵌入式微控制器和處理器都由帶有相應(yīng)I/O的單一CPU構(gòu)成,。在這種環(huán)境下,，算法在哪里運行一目了然：它們都在同一個CPU上執(zhí)行。如今情況已大不相同：現(xiàn)代化嵌入式處理器（如恩智浦i.MX產(chǎn)品系列）既有CPU,，也有圖形處理單元（GPU）,、神經(jīng)處理單元（NPU）、信號處理單元（DSP）及各種硬件加速器,。將應(yīng)用映射到可用的芯片上成為了有趣的挑戰(zhàn),。是想在CPU、GPU,、NPU,、DSP上運行算法還是想在加速器上運行算法,？請注意系統(tǒng)的軟件復(fù)雜性是如何增加的。

　　能耗優(yōu)化是設(shè)計和制造邊緣處理器件時需要考慮的另一個方面,。這就需要平衡動態(tài)能耗,。動態(tài)能耗會受到多種因素的影響，例如CPU頻率,、工作負載,、其他加速器的使用情況、外部存儲器的數(shù)據(jù)流量,、系統(tǒng)組件的使用狀態(tài)（如顯示器和背光）,、Wi-Fi等連接方式以及環(huán)境溫度等。靜態(tài)能耗是指芯片中通電而不受門控控制的部分,，也就是處理單元執(zhí)行的操作,。

　　探索如何在SoC設(shè)計中進一步降低能耗至關(guān)重要。在邊緣降低能耗意味著需要優(yōu)化在邊緣使用的芯片的能耗,。該圖展示了隨著時間的推移,，為降低能耗在芯片和系統(tǒng)方面開發(fā)的各種機制。

　　圖2：SoC設(shè)計中降低能耗的機會,，從晶體管到系統(tǒng)層面

　　增強能耗測量和能耗優(yōu)化工作流程

　　在實踐中,，優(yōu)化能耗是打造卓越系統(tǒng)和芯片設(shè)計工作流程的重要一環(huán)。恩智浦除了高能效i.MX 7ULP和i.MX 8ULP等獨特SoC外,，還在使用場景中優(yōu)化芯片的不同電源模式,。我們的能效應(yīng)用筆記詳細介紹了各種能效方法，這些方法可以通過我們的BSP SW（廣泛的支持包軟件）來實現(xiàn),，應(yīng)用筆記還可向客戶提供有用的部署指導(dǎo),。此外，我們重點關(guān)注如何通過共同設(shè)計PMIC在系統(tǒng)級別盡可能簡化設(shè)備的整體電源管理,。我們還采用低能耗DRAM（LP4、LP4X,、LP5），降低系統(tǒng)級能耗（較低的工作電壓和待機時自刷新模式等）,。

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　　部署和生命周期中的節(jié)能策略

　　人們非常關(guān)注設(shè)備和系統(tǒng)的優(yōu)化,，包括設(shè)備架構(gòu),、設(shè)計、制造和系統(tǒng)開發(fā),，以及產(chǎn)品的開發(fā),。但目前許多產(chǎn)品在市場上的使用壽命比較短,。消費者每隔幾年就要進行一次升級，使用新的硬件,。這造成了浪費,，但也是改進的機會。

　　除了使用硬件設(shè)備外,，消費者還可以利用設(shè)備日益增強的軟件能力來最大限度地延長其使用壽命,。隨著時間的推移，升級軟件可以提供更多功能,，從而延長產(chǎn)品的使用壽命,。要支持這一概念，就需要滿足安全要求的龐大生態(tài)系統(tǒng),，設(shè)備只需加載必要軟件,。恩智浦在這方面也進行了大量的開發(fā)工作。

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　　現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心中的服務(wù)器機架

　　更進一步——未來的展望

　　本博文從芯片行業(yè)的角度探討了可持續(xù)發(fā)展的幾個方面,。首先,，文章介紹了邊緣和云之間通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化。其次,，描述了SoC芯片的工作負載優(yōu)化及相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計,。最后，還簡要地討論了生命周期管理,，這是延長設(shè)備市場使用壽命的必要條件,。

　　恩智浦半導(dǎo)體致力于打造更環(huán)保的世界，文中列舉了其在多個方面開展的工作,。然而,，要實現(xiàn)這一目標，需要跨行業(yè)的合作,。在半導(dǎo)體界,，大多數(shù)工程工作仍然專注于短期性能優(yōu)化目標，卻沒有明確針對能耗或長期可持續(xù)性進行優(yōu)化,。要扭轉(zhuǎn)這種局面,，必須改變思維方式。

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