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PowerPlay™
白皮書
簡介
POWERPLAY是一套革命性的嶄新電源管理技術，可以大幅減少ATI的Mobility Radeon便攜式繪圖產品家族的功秏。POWERPLAY所以能降低功秏，主要是因為其對圖形處理器提供了多項前所未有的功能，為使用者在效能與功秏之間提供了最佳的平衡功能：當處於電子模式時在對圖形處理器的需求較低時，POWERPLAY會自動減少功秏，但若對圖形處理器需求較大時，卻又能立刻以高效能方式處理。
ATI以其一貫兼備功能與效益的設計特色，不斷為筆記型個人電腦市場提供最快速與最具震撼性的新視覺效果。同時，POWERPLAY技術可使筆記型電腦用戶不再需要在高效能與電池壽命之間作取捨了。
便攜運算趨勢
目前最先進的筆記型個人電腦，所具備的功能已可媲美高階桌上型電腦，例如高速處理器、清晰的液晶顯示畫面、高容量硬碟及強大的繪圖功能等。但由於裝置規格、功秏及冷卻需求等限制，相關廠商要使筆記型電腦達到與桌上型系統同等的效能及功能，依然要面臨不少挑戰。筆記型電腦系統一向以其體積、重量及電池壽命，作為對使用者的主要訴求，所以若要維持低功秏設計的同時，又要將效能提升至最高級數，誠非易事。
在過去，先進的電腦元件不但笨重，而且功秏大，所以很難將這些元件整合至筆記型電腦系統內。但由於廠商已體會到消費者對筆記型電腦的要求愈來愈高，所以生產了一些專為筆記型電腦需要而設計的硬體，同時儘量降低筆記型電腦的散熱量及電池用量，從而開發了體積更小、重量更輕的筆記型電腦，而且電池的壽命更長。
最近另一個在筆記型個人電腦市場興起的新趨勢，就是裝置規格的差異化。在過去數年間，筆記型電腦的用途不斷成長，驅使廠商設計不同功能的筆記型電腦，以滿足各類使用者的需求。舉例來說，桌上型替代版本的筆記型電腦，就是專為著重電腦運算功能多於便攜性的使用者而設計。這些筆記型電腦稱為3個轉軸設計式, 不但可容納3個磁或光碟機，更可為其他硬體預留使用的空間。
筆記型電腦的另一個發展趨向，就是超可攜式筆記型電腦，其迷你輕巧的特色，特別適合需要帶著電腦旅遊或受空間因素限制的使用者。目前超可攜式筆記型電腦已愈來愈受消費者歡迎，成為在個人電腦市場中成長最快速的領域之一。屬於單軸機種的超可攜式筆記型電腦內含只有一台硬碟機，而不具備軟碟機與光碟機，從而降低了機身的體積及重量。此外，使用者在持續追求超可攜式筆記型電腦具備真正行動功能的同時，也十分著重電池的壽命。因此，超可攜式筆記型電腦在設計上，都會具備低功耗的元件，以便延長機內電池的壽命。
無線通訊在筆記型電腦市場中所扮演的角色份量也愈來愈重。筆記型電腦的主要廠商已在引進無線式產品，讓使用者可享受無線資料傳輸這套新興標準（例如日益普及的IEEE 802及藍芽Bluetooth無線通訊協定）所帶來的好處。802.11b通訊協定是為支援無線網路存取功能而設計，而藍芽技術則是為替代連接個人電腦與印表機及其他各類周邊設備的電纜線而開發。這些技術可讓使用者與電腦之間不再受實體線路所限制，同時兼備行動自由與多樣化功能的特色，將電腦的行動性提升至另一個層次。不過，在筆記型電腦的可攜性增強之後，使用者轉而要求更長的電池壽命，驅使相關廠商尋找新的方法，以降低筆記型電腦的功耗。
便攜性功耗的重要性
筆記型電腦引進了更高效能及更先進的功能後，接著要面對的就是功率管理、散熱及電池壽命等傳統議題的挑戰。所以，筆記型電腦的發展趨勢，已由提升效能及功能，導致更高複雜度、更多電晶體及更大的晶片面積等，使功率的需求及由此所產生的熱能愈來愈高。而超可攜及短小輕薄式筆記型電腦的興起，更加強了這些挑戰的難度，原因是這些機種本身對體積、重量及電池壽命等已有極高的要求。
筆記型電腦所消耗的總電量，是依個別機種的元件而定，而這些元件的電池功耗量都不盡相同。這些元件包括中央處理器（CPU）、磁碟機、I/O連接埠、繪圖加速器、網路卡、音效系統及顯示裝置等。當中尤以CPU、硬碟機（HDD）、繪圖加速器及顯示次系統的功耗量最大。
筆記型電腦的裝置規格
筆記型電腦廠商提供了許多不同類型的筆記型個人電腦，每個機種都專為迎合不同的用途而設計。以下就是機種普及率最高的裝置規格說明。
桌上型替代版本
重量：8-9
lbs
螢幕尺寸：14-15"
轉軸數目：2-3個
功耗：20-30 W
厚度：1.4"
內建設備：內置式硬碟機、軟式磁碟機、CDROM光碟機或DVD光碟機
說明：桌上型替代版本的筆記型電腦又稱為桌上型替代方案或可攜式工作站，是專為要求高階個人電腦效能與功能的筆記型電腦使用者而設計。這類機種具備豐富的功能，包括高速處理器、大尺寸液晶顯示器，以及最先進、內含大型顯示記憶體的圖形處理器，將效能提升至極致，帶來更佳的視覺效果。
輕薄式
重量：4-5.5 lbs
螢幕尺寸：13-14"
轉軸數目：1-2個
功耗：15-20 W
厚度：1.0-1.2"
內建設備：內置式硬碟機、不含軟式磁碟機
說明：輕薄式筆記型電腦是個人電腦市場中成長最快的領域之一。顧名思義，這類機種的特色就是機身小巧輕盈，其所具備的眾多功能主要是以主流的商業界使用者為訴求，在可攜性、顯示畫質、體積、電池壽命以至整體效能提供最佳的平衡。
超可攜式
重量：2.5-4 lbs
螢幕尺寸：8-12"
轉軸數目：1個
功耗：7-15 W
厚度：1.0-1.2"
內建設備：內置式硬碟機，但沒有其他內置式固定媒體（如軟式磁碟機、CD-ROM光碟機及DVD光碟機等）
說明：由於超可攜式筆記型電腦功耗低及具備無線通訊裝置，所以其市場成長也十分快速。該機種的廠商不但要推出既耐用又小巧輕盈的產品，同時也須將最先進的技術整合至電腦內，經營模式極具挑戰性。
主流機種
重量：6-8 lbs
螢幕尺寸：13"
轉軸數目：2-3個SPD
功耗：20-25 W
厚度：1.4"
內建設備：內置式硬碟機、軟式磁碟機
說明：筆記型電腦的主流機種，主要訴求對象是以價格為最優先考量的使用者。這類筆記型電腦無論體積及重量都各不相同，但通常都會內建主流的硬體元件。
各類筆記型電腦元件的功耗既不相同也不固定，同時，它們的規格及設定也對功耗有很大的影響。舉例來說，調低電腦本身顯示裝置的亮度或恢復率可降低大量的功耗。此外，運轉中的硬碟機消耗最多電力，但也可透過更有效益的記憶體存取設計，及有需要時才運轉硬碟等方法來降低功耗。而時脈速度及電壓設定較高的CPU或繪圖加速器，則會較設定較低的同類型元件消耗更多的電力，而且轉軸數目愈多，筆記型電腦的功耗也愈大。
電腦的繪圖元件也可能會佔去整個系統的重要功耗。在它的各類功能中，繪圖次系統負責處理2D及3D加速器、將影像傳送至螢幕，以及為播放DVD提供硬體支援。在加速這些工作流程時，若未能妥善執行，很可能會消耗許多電力，進而加重電池的負擔。但具有功耗效益的繪圖加速器則不同，該元件不但可在低功耗下執行繪圖次系統所有的工作，而且對筆記型電腦內其他大功耗量的元件來說，繪圖加速器也可減少其功耗。
向低功耗目標邁進
為了協助硬體及相關電腦廠商因應來自筆記型電腦設計的挑戰，Intel公司在90年代中期建立了一套名為IMPG的準則。這些準則建議一些方法，透過系統設計技術（例如降低電壓及低功耗用途）來製造兼具高效能及功耗效益的筆記型電腦。同時，該準則為系統硬體元件提供了功率的目標、及如何達成這些目標的建議。而另一套類似IMPG的功率管理方案，就是Intel、Microsoft及Toshiba共同創建的ACPI規格，主要是負責系統軟體的功率管理。ACPI評估那些系統資源在使用或閒置中，建立良好的功率管理基礎。在其他功率管理的措施中，ACPI特別建議在不需要全速時脈時調降時脈速度，及依照不斷更新的需求分析來管理應用程式的活動。
CPU廠商在低功耗的設計上進步神速。目前大部份的可攜式處理器都可同時提供高效能及已最佳化的電池壽命，最終目標是要在高效能與低功耗之間提供理想的平衡點。例如，根據ACPI規格，在處理器不需以全速執行應用程式的情形下，就會調低時脈速度。另一個重大進展就是引進在電腦運算的需求低時，會減少電壓使用量的處理器。這些節能方法，除了可降低功耗外，也可減少處理器所產生的熱量。
硬碟機廠商目前也正開發更多的功耗效益設計。硬碟機的功耗主要是受磁碟機主軸馬達的設計、軸盤的數量及體積等的影響，其次則為引動器及控制器卡等元件。為了降低功耗，硬碟機廠商將各類的操作模式分類成正常、閒置、待機及休眠模式等，同時關閉更多閒置中的大功耗元件。例如，由於主軸馬達是硬碟中的主要功耗元件，所以會在休眠或待機模式下呈現關閉的狀態。
此外，液晶顯示器廠商也積極尋求降低功耗的方法。液晶顯示裝置在筆記型電腦系統中，佔去大部份的功耗量，主要是由於液晶顯示技術所使用的背光板所導致。為了降低液晶顯示器的功耗，液晶顯示器也提供了在顯示器閒置時降低顯示器的亮度、降低顯示器更新率等功率管理的選擇。
為了跟上其他筆記型電腦元件廠商的發展，繪圖晶片廠商也必須要致力減少其產品的功耗。若沒有施加任何管制，繪圖加速器會大幅縮短筆記型電腦的電池壽命，這情形在超可攜式筆記型電腦上尤其明顯，因為該類型電腦的整體功耗本來就不高。相反的，設計優良的繪圖加速器不但本身功耗量低，而且也可降低其他元件的功耗。舉例來說，將IDCT硬體加速器整合至繪圖元件中，可大幅減輕由CPU至MPEG-2的解碼過程中，所需要的密集電腦運算工作。如此則可在播放DVD的過程中，大量減少CPU的工作負荷及使用量，從而達到節能的目標。
典型的使用模式及測量標準
筆記型電腦系統及硬體元件廠商在設計的過程中，有一點需特別注意的是當電腦處於電池運作時所採用的典型使用模式。舉例來說，通常典型使用者在出差時，都會在路途中花費大量的時間使用文字處理、簡報及電子郵件等應用程式，這當中卻夾雜了不少閒置電腦的時間。所以，若在設計軟硬體時，將這些閒置時間也考慮在內並多加利用（例如依照使用電腦的程度，來提供電腦運算所需的功率及效能），則將對節約電池的用電量甚有幫助。
對這類典型的使用模式來說，經過最佳設計的繪圖加速器尤其重要，因為如此一來，該元件才可在使用者使用電腦時自我調整，只提供足以完成當前工作的功率，而不用浪費非必要的功率。最理想的情形就是，所有筆記型電腦的元件都朝著提升功耗效益的目標邁進；換句話說，即是所有元件能依照使用者目前所進行的工作，而對效能進行自我調整，從而在效能與功耗之間，提供一個最佳的平衡點。
目前業界已開發了不少測量標準來評估筆記型電腦系統的功耗效益及效能。這些測量可在個別條件下或模擬如上所述的一般筆記型電腦使用者的使用模式，來檢驗電腦系統。就繪圖加速器來說，主要的功耗測量標準是在使用靜態畫面、2D加速器、3D加速器及播放DVD等的情況下。由於這些測量標準本身就是最典型的使用者操作模式，所以這些測量標準很重要。
ATI的功率管理方案
ATI開發了無數的功率管理技術，目前在筆記型電腦繪圖市場上，已經成為節約功耗及提升效能這兩方面的領導者。
ATI所提出的功率管理方案中，最早的一項是稱為「邏輯處理時脈」的時序檢查法。這套檢查法是一套以時脈活動為根據的動態邏輯閘階層技術，可自動關閉繪圖晶片中閒置部份的時脈。例如，若3D引擎在閒置中，那麼通常負責運作這部份的時脈分支就會關閉。隨著獨立控制的時脈分支數目增加，ATI的模組化程度已有所提升，使其得以對繪圖次系統的功耗進行微調式監控。
除了邏輯處理時脈，ATI可攜式繪圖的軟硬體同時具備多項功率管理技術。此外，目前ATI正在推出一套革命性的新式功率管理技術。這項稱為POWERPLAY的新技術，是專為以動態方式大量降低繪圖元件的功耗而開發。目前正在將POWERPLAY技術引進ATI的Mobility Radeon可攜式繪圖產品家族中。
PowerPlay技術
POWERPLAY技術不但改良了ATI早期可攜式繪圖加速器的一貫功耗效益設計，更藉著對圖形處理器提供了前所未有的功能，進一步地減少圖形處理器的功耗。POWERPLAY為使用者在效能與功耗之間提供了最佳的平衡，因為這套技術可在使用圖形處理器的需求增加時才會發揮系統的高效能，而當處於電池模式時，在對圖形處理器的需求低時節能。基本上，POWERPLAY是依使用者不同的需求而提供效能，同時避免了電池壽命不必要的浪費。
POWERPLAY 技術讓可攜式繪圖元件的Mobility Radeon家族可以同時調控核心電壓及頻率。此外，這套軟硬體混合式的技術讓筆記型電腦能以自動及無瑕的方式，將繪圖引擎及記憶體時脈速度從交流電模式下正常運作的時脈速度，轉換至直流電模式下運作的低時脈速度。藉著從交流電模式轉換為直流電模式，本技術得以降低核心電壓，從而達到進一步節能的目標。
使用者只需觸控軟體開關，即可隨時選擇是否要啟動POWERPLAY。啟動了POWERPLAY後，使用者就不需操心何時要在高效能與電池節能繪圖設定極大化兩者間進行切換的動作，因為POWERPLAY會自動做出決定。使用交流電時，POWERPLAY讓使用者可盡情享受圖形加速器所能帶來的最高效能。若筆記型電腦是以電池供電，則使用者可選擇停用POWERPLAY，以便增強繪圖的設定或使電腦更適用於目前的應用程式。停用POWERPLAY之後，系統會一直處於高效能模式中。另一方面，在啟動POWERPLAY之後，就可照樣執行2D及簡單的3D應用程式，DVD的播放功能也可順利運作。若使用者想要執行3D遊戲這類更複雜的應用程式，只要切換至高效能設定即可。
除了上述功能外，POWERPLAY還有一項稱為Power-on-Demand的進階功能，可以用動態方式節省電壓及頻率。這項進階功能只需根據使用者使用電腦的情況，即可調校核心時脈頻率及電壓。每當系統處於閒置狀態時，繪圖加速器的核心時脈及電壓就會降低，直到使用者重新使用電腦為止。Power-on-Demand這種動態調整功能，一方面不會讓使用者感受到任何效能上的差異，另一方面則延長了電池壽命。
POWERPLAY的另一項進階功能，即是在筆記型電腦處於電池模式下，就可降低液晶顯示器的更新率。由於液晶顯示器是筆記型電腦中功耗最大的元件之一，所以使用此項功能可大幅節省電源。
由於筆記型電腦使用者可選擇同時調校繪圖加速器的電壓及頻率的設定，所以可省下大量的電源。由於功率隨著時脈速度作線性變更，和隨著電壓值作平方性變更，所以同時降低電壓與頻率可節省立方功率。相對來說，執行只可變更頻率設定的功率管理功能，則只能獲得線性的節能。所以，藉著POWERPLAY所提供切換最大效能與最長電池壽命的多樣化切換功能，讓使用者不但不需犧牲其他更好的功能，還可以享受到筆記型電腦所能帶來最長久的電池壽命。
這些節能效果也有助於節省空間，原因是在降低繪圖元件功耗的同時，也降低了從中所產生的熱能，因此不再需要笨重的散熱風扇或散熱片來驅散多餘的熱能。POWERPLAY讓筆記型電腦的設計變得更加小巧輕盈，不僅有利於具競爭力的解決方案，更可以促進筆記型電腦平台的發展。
未來的功率管理方案
POWERPLAY功率管理技術，是ATI行動繪圖處理器Mobility
Radeon家族的成功關鍵，也是整個筆記型電腦技術一大進步。一直以來，筆記型電腦未能像桌上型電腦般普及，主要原因是散熱及功耗等因素。現在有了POWERPLAY這套兼具創新及前瞻性的功率管理技術，這些問題已迎刃而解，因而進一步縮小了筆記型與桌上型兩套系統之間的技術差距。
隨著ATI的持續發展，POWERPLAY將繼續成長，並提供更先進及動態的功率管理功能，讓繪圖加速器可以依照使用者的操作，而對功率及效能作出機動及精確的調整，為使用者在高效能及低功耗之間提供理想的平衡。
ATI計劃將POWERPLAY技術全面推廣至未來的行動式處理器上，並以其一貫的功耗效益設計，持續為筆記型電腦市場帶來最快速及最具視覺震撼的圖形效果。POWERPLAY技術讓筆記型電腦使用者從此不需要在高圖形效能與更長的電池壽命之間作取捨。
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