PowerPlay™
LIVRE BLANC SUR PowerPlay™
Introduction
PowerPlay™ est une nouvelle technologie de gestion d'énergie qui réduit considérablement la consommation électrique de la gamme Mobility ATI Radeon™ , produits graphiques ATI destinés aux portables. PowerPlay™ permet de réduire la consommation d'énergie en offrant des caractéristiques disponibles pour la première fois dans un processeur graphique. Elle fournit aux utilisateurs un équilibre optimal entre la performance et l'énergie, en offrant une haute performance quand besoin est tout en conservant l'énergie en mode batterie lorsque la demande sur le processeur graphique est faible.
ATI continue d'offrir au marché des ordinateurs portables l'expérience graphique la plus rapide et la plus stupéfiante visuellement tout en respectant les contraintes fortes d'économie d'énergie. Grâce à la technologie PowerPlay™ les utilisateurs n'auront plus à choisir entre une haute performance et une plus grande autonomie de la batterie.
Tendances de l'industrie des portables
Les ordinateurs portables à la pointeaujourd'hui ont des caractéristiques rivalisant avec celles des PC de bureau haut de gamme, équipés de processeurs ultra-rapides, d'écrans LCD aux imagesremarquables, de disques durs de grande capacité de stockage et de fonctionnalités graphiques puissantes. En raison du facteur de forme et des contraintes d'énergie et de refroidissement, les fabricants de portables font face à des défis importants en matière de parité de performance et de caractéristiques avec les systèmes de bureau. Sur un système portable dans lequel la taille, le poids et l'autonomie de la batterie constituent des éléments essentiels pour l'utilisateur final, il est difficile d'allier performance maximum à une conception de faible consommation d'énergie.
Dans le passé, les composants informatiques élaborés avaient tendance à être de grande taille et à consommer beaucoup d'énergie. Ces facteurs rendaient le matériel sophistiqué difficile à intégrer dans des systèmes portables. Cependant, les fournisseurs ont reconnu que les consommateurs réclamaient de meilleures configurations et ont répondu à cette demande en produisant un matériel particulièrement adapté aux besoins de l'utilisateur de portable. La réduction de la dissipation thermique et de la consommation de la batterie des produits a permis de développer des ordinateurs portables plus petits, plus légers et qui durent plus longtemps.
Une autre tendance remarquable est récemment apparue sur le marché des ordinateurs portables : la différenciation du facteur de forme. L'utilisation du portable a évolué ces dernières années, exigeant des fournisseurs une conception permettant de répondre aux besoins des différents types d'utilisateurs. Les portables aux performances identiques aux PC de bureau par exemple, conviennent aux utilisateurs qui préfèrent la puissance de calcul à la Portables. Ces portables contiennent jusqu'à trois spindles (emplacements destinés aux disques durs ou lecteurs de disquettes, CD-ROM ou DVD-ROM), permettant ainsi de loger tous les lecteurs et laissant même de la place pour du matériel supplémentaire.
À l'autre extrémité de la gamme figurent les ultraportables qui conviennent aux vrais utilisateurs du portable exigeant des ordinateurs de petite taille, très légers pour une utilisation lors de déplacements ou relative à des contraintes d'espace. Les ultraportables sont de plus en plus populaires parmi les consommateurs et font partie des segments à l'évolution la plus rapide sur le marché du PC. Également connus pour leur conception à spindle unique, les ordinateurs ultraportables intègrent un disque dur mais pas de lecteur de disquettes ou optique dans le but d'en réduire la taille et le poids. Pour garder l'objectif d'une véritable Portables, l'autonomie de la batterie constitue une question importante pour les utilisateurs d'ultraportables. Par conséquent, ces ordinateurs, de par leur conception, contiennent des composants à faible consommation d'énergie afin de prolonger l'autonomie de leur batterie.
La connectivité sans fil prend également de l'importance sur le marché du portable. Ainsi les plus grands fabricants introduisent des produits sans fil pour permettre aux utilisateurs de profiter des standards émergents de ce type de transmission de données hors connexions physiques, tels que les protocoles sans fil de plus en plus populaires IEEE 802.11b et Bluetooth. Le protocole 802.11b est conçu pour prendre en charge un accès au réseau sans fil, alors que Bluetooth a pour but de remplacer les fils qui relient les PC aux imprimantes et à d'autres périphériques. Ces technologies permettent aux utilisateurs de se déplacer facilement et d'être connectés sans fils physiques. Elles offrent liberté et souplesse pour acquérir une plus grande Portables. En retour, cette promesse de Portables augmentée rend les utilisateurs plus exigents en matière d'autonomie de la batterie, obligeant ainsi les fabricants à trouver de nouveaux moyens de réduire la consommation d'énergie de leurs portables.
Questions d'énergie des ordinateurs portables
Comme les ordinateurs portables aux caractéristiques avancées et aux performances plus élevées arrivent sur le marché, les défis tels que la gestion de l'énergie, la dissipation thermique et l'autonomie de la batterie continuent à être lancés. La tendance à la performance et à une fonctionnalité accrues dans la conception des portables se traduit par un degré plus élevé de complexité, un plus grand nombre de transistors, des processeurs graphiques de plus grandes tailles, une puissance nécessaire plus importante et un dégagement de chaleur accru. Ces défis sont renforcés par l'émergence d'ordinateurs ultra portables fins et légers, pour lesquels la taille, le poids et l'autonomie de la batterie sont de la plus haute importance.
La quantité totale d'énergie consommée par un portable est déterminée par ses composants individuels qui puisent leurs propres besoins individuels dans la batterie. Parmi ces composants figurent l'unité centrale (CPU), les lecteurs de disque, les ports d'entrée et de sortie, l'accélérateur graphique, la carte réseau, le système audio et le dispositif d'affichage. Parmi tous ces éléments, l'unité centrale, le disque dur, l'accélérateur graphique et les sous-systèmes d'affichage ont les taux de consommation d'énergie les plus élevés.
Facteurs de forme des portables
Les fabricants de portables offrent de nombreux types d'ordinateurs, chacun étant conçu pour répondre aux exigences spécifiques des utilisateurs. Ci-dessous figure la description des facteurs de forme des modèles les plus répandus.
Portable aux performances identiques aux PC de bureau
Poids : 3,6 à 4kg
Taille de l'écran : 14-15"
Spindles : 2-3 spindles (emplacements réservés aux disques durs, lecteurs de disquettes/CD-ROM & DVD-ROM)
Consommation d'énergie : 20-30 W
Épaisseur : 3,5cm
Il contient : un disque dur interne, un lecteur de disquettes, un lecteur de CD-ROM ou de DVD-ROM
Description : utilisée en remplacement d'ordinateur de bureau ou d'une station de travail portable, cette version est conçue pour fournir aux utilisateurs la performance et les caractéristiques disponibles dans un ordinateur de bureau haut de gamme. Ces portables sont équipés d'un riche ensemble de caractéristiques comprenant un processeur ultra-rapide, un grand écran LCD et le processeur graphique le plus récent avec un large frame buffer offrant une performance maximum et une expérience visuelle enrichie.
Mince et léger
Poids : 1,8 à 2,5kg
Taille de l'écran : 13-14"
Spindles : 1à 2 Consommation d'énergie : 15-20 W
Épaisseur : 2,5 à 3 cm
Il contient : un disque dur interne, pas de lecteur de disquettes
Description : Le segment du portable mince et léger est l'un de ceux à la croissance la plus rapide sur le marché du PC. Combiné aux caractéristiques définissant ce type de portables, telles une conception fine et légère, figure un ensemble considérable de spécificités destinées à l'utilisateur professionnel type. Elles permettent un équilibre optimal entre Portables, qualité et taille d'affichage, autonomie de la batterie et performance en général.
Ultraportable
Poids: 1,1 à 1,8 kg
Taille d'écran : 8 à 12"
Spindle : 1
Consommation d'énergie : 7-15 W
Épaisseur : 2,5 à 3 cm
Il contient : disque dur interne mais pas d'autres supports fixes internes (lecteur de disquettes, CD-ROM, DVD-ROM, etc.)
Description : Le segment des ordinateurs ultra portables est également en pleine expansion, dynamisé par la mise à disposition de moyens de communication à faible consommation d'énergie et sans fil. Les fabricants d'ordinateurs ultra portables doivent relever le défi qui consiste à intégrer la technologie la plus récente tout en offrant un produit léger, de petite taille et pérenne.
Meilleur rapport qualité-prix
Poids : 2,7 à 3,6 kg
Taille d'écran : 13"
Spindles : 2-3
Consommation d'énergie : 20-25 W
Épaisseur : 3,5 cm
Il contient : un disque dur interne, un lecteur de disquettes
Description : Les portables économiques s'adressent à des utilisateurs pour lesquels le premier critère d'achat est le prix. Ces portables sont de taille et de poids variables et intègrent généralement des composants matériels classiques.
L'énergie consommée par chaque composant du portable n'est pas uniforme ou fixe, ceux-ci pouvant être conçus différemment au regard de la consommation d'énergie. Les caractéristiques et paramètres d'un composant ont un fort impact sur sa consommation d'énergie. Par exemple, un écran consommera moins d'énergie si la luminosité ou la fréquence de rafraîchissement est réduite. Le disque dur, qui consomme la quantité d'énergie la plus importante lorsque le disque tourne, peut être conçu pour accéder à la mémoire de façon plus efficace et tourner uniquement lorsque c'est nécessaire, afin de réduire la consommation d'énergie. Un accélérateur graphique ou une unité centrale avec des vitesses d'horloge et des paramètres de tension plus élevés consomme plus d'énergie qu'un matériel équivalent avec des paramètres de tension et d'horloge plus faibles. De plus, un portable avec un plus grand nombre de spindles consommera généralement plus d'énergie.
Les composants graphiques d'un ordinateur peuvent être également des éléments déterminants pour la consommation totale d'énergie de l'ensemble du système. Parmi d'autres tâches, le sous-système graphique gère une accélération 2D et 3D, affiche des images à l'écran et fournit un support matériel pour la lecture de DVD. L'accélération de ces fonctions, qui peuvent consommer beaucoup d'énergie si elles sont mal exécutées, peut être très lourde pour la batterie. D'autre part, un accélérateur graphique gérant efficacement la consommation d'énergie réalisera non seulement toutes ces tâches en consommant peu d'énergie mais il réduira également la consommation des autres composants du portable, eux-mêmes assez gourmands.
Des progrès vers une faible consommation
Pour aider les fournisseurs de matériel et les fabricants d'ordinateurs à faire face aux défis de la conception de portables, Intel a créé les " Intel Mobile Power Guidelines " (IMPG) au milieu des années 90. Ces directives recommandent l'utilisation de certaines méthodes pour l'élaboration de portables hautement performants et consommant peu d'énergie grâce à des techniques de conception de système telles que la réduction de la tension et une utilisation à faible consommation d'énergie. Ces directives donnent des objectifs en matière d'énergie pour les composants matériels des systèmes, et des recommandations sur la façon d'atteindre ces objectifs. Une autre initiative similaire de gestion de l'énergie consiste en la spécification " Advanced Configuration and Power Interface " (ACPI), un effort de collaboration entre Intel, Microsoft et Toshiba, afin de réguler la gestion logicielle de l'énergie du système. L'ACPI évalue les ressources systèmes utilisées et celles qui sont inactives, ce qui est fondamental pour une bonne gestion de l'énergie. Entre autres politiques créées en matière de gestion de l'énergie, l'ACPI recommande de réduire la vitesse de l'horloge lorsque la vitesse maximale n'est pas nécessaire, d'éteindre les divers éléments lorsqu'ils ne sont pas utilisés et de gérer l'activité des applications conformément à une analyse des besoins continuellement mise à jour.
Les fabricants d'unités centrales réalisent des progrès significatifs dans le domaine de la réduction de consommation d'énergie. La majorité des processeurs portables disponibles aujourd'hui fournissent à la fois performance et autonomie optimisée de la batterie, avec l'objectif global de fournir un équilibre idéal entre haute performance et faible consommation d'énergie. Par exemple, conformément à l'ACPI, les vitesses d'horloge des processeurs sont réduites lorsqu'il est établi que les applications utilisées n'ont pas besoin que le processeur central tourne à la vitesse maximum. Un autre développement a permis d'introduire des processeurs qui réduisent la tension utilisée lorsque les besoins informatiques sont faibles. En plus de réduire la consommation d'énergie, ces deux méthodes réduisent la chaleur dégagée par le processeur.
Les fabricants de disques durs développent également des modèles moins consommateurs d'énergie. La consommation d'énergie d'un disque dur est principalement affectée par le type de moteur du disque, le nombre et la taille des plateaux de spindle et à un degré moindre, les composants tels que l'actionneur et les cartes de commande. Pour améliorer la consommation d'énergie, les fabricants de disques durs ont classé les modes de fonctionnement en plusieurs catégories : normal, inactif, sommeil et veille, qui permettent d'éteindre les composants consommant le plus d'énergie, lorsqu'ils ne sont pas nécessaires. Comme le moteur à axe est le premier consommateur d'énergie dans le disque dur, il est par exemple placé en mode veille.
Les fabricants d'écrans à cristaux liquides recherchent également de façon active des solutions pour en réduire la consommation d'énergie. Les dispositifs d'affichage par cristaux liquides dépensent à eux seuls une grande partie de l'énergie totale utilisée par les ordinateurs portables, principalement dû au type d'éclairage utilisé par la technologie LCD. La réduction de la luminosité de l'écran lorsqu'il n'est pas utilisé et de la fréquence de rafraîchissement de l'affichage font partie des options de gestion de l'énergie utilisées pour réduire la consommation d'énergie des écrans à cristaux liquides.
Parallèlement à d'autres fabricants de composants pour portables, les fabricants de processeurs graphiques doivent également s'efforcer de réduire la consommation d'énergie de leurs produits. S'il n'est pas contrôlé, l'accélérateur graphique peut consommer un grand pourcentage de l'autonomie de la batterie du portable. C'est particulièrement vrai pour les ordinateurs tels que l'ultraportable, pour lequel la consommation générale d'énergie est faible. Inversement, les accélérateurs graphiques bien conçus consomment non seulement peu d'énergie pour eux-mêmes mais contribuent également à réduire la consommation d'énergie d'autres composants. Par exemple, le fait d'incorporer l'accélération matérielle iDCT (Inverse Discrete Cosine Transform) dans le composant graphique décharge de façon significative la partie statistiquement la plus intensive du processus de décodage du format MPEG-2 de l'unité centrale. Ceci réduit la charge attribuée au processeur central pendant la lecture du DVD, diminuant ainsi l'utilisation de l'unité centrale et permettant des économies directes d'énergie.
Analyse et modèles d'utilisation types
Un élément-clé de l'utilisation de l'ordinateur portable que les fabricants de systèmes et de composants matériels devraient prendre en compte au cours du processus de conception réside en un modèle type d'utilisation en mode de fonctionnement sur batterie. Les professionnels régulièrement en déplacement ont par exemple tendance à passer leur temps à utiliser des applications de traitement de texte, de présentation et de courrier électronique, le tout entrecoupé de périodes d'inactivité. Un développement d'outils matériels et logiciels qui profiteront de ces temps morts est crucial pour ne pas gaspiller la très précieuse autonomie de la batterie, en fournissant uniquement l'énergie et la performance nécessaires à l'utilisateur.
Un accélérateur graphique conçu de façon optimale convient bien à ce modèle d'utilisation type. Il s'adapte à la façon dont l'utilisateur se sert de son ordinateur portable et fournit juste assez d'énergie pour réaliser la tâche en cours, sans dépenses d'énergie inutiles. C'est l'implémentation idéale qui devrait être appliquée à tous les composants de portables permettant ainsi une parfaite gestion de l'énergie. En résumé, tous les composants devraient pouvoir s'adapter à ce que l'utilisateur est en train de faire, et donc fournir le meilleur équilibre entre performance et consommation d'énergie.
De nombreux instruments de mesure ont été développés afin d'évaluer le rendement en termes d'énergie et la performance des portables. Ces tests évaluent le système soit sous certaines conditions soit en simulant les habitudes de fonctionnement des utilisateurs-types, comme il est décrit ci-dessus. Dans le cas des accélérateurs graphiques, des tests de performance de consommation d'énergie mesurent l'énergie consommée pendant que l'écran est statique, lors d'une accélération 2D, d'une accélération 3D ou encore de la lecture d'un DVD. Ce sont des mesures importantes car elles prennent en compte les modes d'opération les plus utilisés par les consommateurs.
Initiatives de gestion de l'énergie d'ATI
ATI est à l'origine de nombreuses techniques de gestion de l'énergie qui lui ont permis de devenir le leader en matière de consommation d'énergie et de performance sur le marché des processeurs graphiques pour portables.
L'une des premières initiatives d'ATI en matière de gestion de l'énergie est connue sous le nom de clock-gating (pilotage de porte par horloge), une technique basée sur l'activité et le dynamic gate-level qui éteint automatiquement les horloges des éléments inactifs du processeur graphique. Par exemple, si le moteur 3D n'est pas utilisé, les branchements de l'horloge faisant normalement fonctionner ce bloc sont éteints. La granularité de l'implémentation d'ATI s'est améliorée avec le temps, alors que le nombre de branchements d'horloges commandés indépendamment a augmenté. Ceci a permis un contrôle précis de la consommation d'énergie du sous-système graphique.
En plus du pilotage de la porte par horloge, les éléments à la fois matériels et logiciels des processeurs graphiques ATI destinés aux portables intègrent une multitude de techniques de gestion de l'énergie. En outre, ATI lance une nouvelle technologie révolutionnaire de gestion de l'énergie. Conçue pour réduire de façon radicale la consommation d'énergie des composants graphiques, la technologie PowerPlay™ est introduite dans la gamme Mobility ATI Radeon™ d'ATI des produits graphiques pour portables.
Technologie PowerPlay™
En plus d'apporter des améliorations à la conception propre de l'efficacité en terme de gestion d'énergie de l'ancienne génération des accélérateurs graphiques ATI destinés aux portables, la technologie PowerPlay™permet de plus grandes réductions de consommation d'énergie en offrant des caractéristiques disponibles pour la toute première fois dans un processeur graphique. PowerPlay™ est conçue pour offrir à l'utilisateur un équilibre optimal entre performance et énergie - elle fournit une haute performance lorsque c'est nécessaire et conserve de l'énergie en mode batterie lorsque la demande du processeur graphique est faible. PowerPlay™ fournit essentiellement la performance que l'utilisateur exige tout en éliminant les pertes inutiles d'autonomie de la batterie.
La technologie PowerPlay™ fournit à la famille Mobility ATI Radeon™ de composants graphiques pour portables, la capacité de baisser à la fois la tension et la fréquence du cœur du processeur graphique. Cette technologie hybride - aussi bien matérielle que logicielle- permet aux portables de faire basculer le moteur graphique et les vitesses d'horloge de mémoire automatiquement et sans faille, du mode d'exploitation normal en courant alternatif (portable branché sur secteur) à des vitesses d'horloge plus faibles en mode courant continu (portable sur batterie). D'autres économies d'énergie peuvent être réalisées en réduisant la tension du cœur du processeur graphique lorsque l'on bascule du courant alternatif au continu.
Les utilisateurs ont le choix d'activer ou de désactiver PowerPlay™ à tout moment, simplement en basculant un interrupteur logiciel. Une fois la technologie activée, l'utilisateur n'a pas besoin de savoir quand il doit basculer entre les paramétrages graphiques favorisant soit la haute performance soit l'économie maximale de la batterie, PowerPlay™ le détermine automatiquement. Lorsque l'alimentation en courant alternatif est disponible, PowerPlay™ permet à l'utilisateur de profiter au maximum de la plus haute performance fournie par l'accélérateur graphique. Lorsque le portable est alimenté par la batterie, l'utilisateur a le choix entre une économie maximale d'énergie et une performance maximale. Il peut choisir de désactiver PowerPlay™ pour renforcer les paramètres graphiques ou pour mieux répondre aux besoins de l'application en cours. Lorsque PowerPlay™ est désactivée, le système reste toujours en mode haute performance. D'autre part, si PowerPlay™ est activée, les applications en 2D et en 3D de niveau simple fonctionnent bien et la lecture du DVD s'opère facilement. Lorsque l'utilisateur le souhaite, il peut basculer vers des paramètres de performance supérieure afin de lancer une application telle un Jeux réalisé en 3D sophistiquée.
En plus de cette fonctionnalité, une caractéristique avancée de PowerPlay™ connue sous le nom de " Power-on-Demand " permet une diminution de la tension dynamique et de la fréquence. Cette caractéristique adapte la fréquence de l'horloge interne et la tension, uniquement en fonction de l'activité de l'utilisateur. Chaque fois que le système est inactif, la fréquence de l'horloge interne et la tension de l'accélérateur graphique sont réduites jusqu'à ce que l'utilisateur recommence à utiliser son portable. " Power-on-demand " est une caractéristique complètement transparente pour l'utilisateur final. Ce dernier ne ressent jamais de différences dans la performance suite à l'utilisation du " Power-on-Demand ", et la durée de vie de la batterie du portable est renforcée.
Une autre caractéristique avancée de PowerPlay™ réduit la fréquence de rafraîchissement de l'écran LCD lorsque le portable est en mode batterie. Cette caractéristique permet de réaliser des économies d'énergie importantes car elle réduit la consommation d'énergie de l'un des composants les plus gourmands du portable.
L'option permettant de régler à la fois les paramètres de tension et de fréquence de l'accélérateur graphique fournit à l'utilisateur un avantage d'économie d'énergie considérable. Parce que l'énergie varie de façon linéaire en fonction de la vitesse d'horloge et en fonction du carré de la tension utilisée, le fait de réduire la tension et la fréquence permet de réaliser des économies d'énergie à la puissance 3. A l'inverse, les implémentations de gestion de l'énergie qui ne peuvent modifier que les paramètres de fréquence permettent tout simplement d'obtenir des économies d'énergie linéaires. En combinaison avec la souplesse d'utilisation de PowerPlay™ pour basculer entre la performance maximale et l'autonomie de batterie maximale, l'utilisateur obtient la plus grande autonomie de batterie qu'un portable peut fournir sans compromis de performance supérieure.
Ces économies d'énergie se traduisent également par des économies d'espace car un composant graphique qui consomme moins d'énergie produit également moins de chaleur et n'a pas besoin d'un ventilateur encombrant ou d'un dissipateur thermique pour éliminer l'excès de chaleur. PowerPlay™ permet un design de portable plus mince et plus léger que les solutions concurrentes, contribuant ainsi à l'avancée de la plate-forme du portable.
Initiatives futures de la gestion de l'énergie
La technologie de gestion de l'énergie PowerPlay™ est un élément-clé du succès de la famille Mobility ATI Radeon™ de processeurs graphiques ATI destinés aux portables, ainsi que des progrès de la technologie des ordinateurs portables en général. Les portables ont traditionnellement pris du retard sur les ordinateurs de bureau en grande partie à cause de problèmes liés à la dissipation thermique et à la consommation d'énergie. Avec une technologie de gestion de l'énergie innovante et tournée vers l'avenir telle que PowerPlay™, ces facteurs gênants sont identifiés et l'écart de technologie entre les systèmes de bureau et de portables se réduit de plus en plus.
Au fur et à mesure des avancées d'ATI, PowerPlay™ continuera à évoluer et à offrir des caractéristiques de gestion de l'énergie plus avancées et dynamiques, en permettant à l'accélérateur graphique d'adapter de façon dynamique sa puissance et sa performance à ce que fait précisément l'utilisateur. Ce sera l'équilibre idéal entre haute performance et faible consommation d'énergie.
Avec comme objectif de doter tous ses futurs processeurs pour portables de la technologie PowerPlay™, ATI continue de fournir au marché des ordinateurs portables l'expérience graphique la plus stupéfiante visuellement et la plus rapide avec une conception propre de la gestion efficace de l'énergie. La technologie PowerPlay™ assure aux utilisateurs de portables de ne plus avoir à choisir entre des graphiques de haute performance et une plus grande autonomie de batterie.
