我們這些軟件工程師都熱衷于為我們遇到的問題找出完美的解決方案。但奇怪的是，我們會發(fā)現(xiàn)在這個特定的領(lǐng)域，沒有一個完美的解決方案。聰明的技巧可能會節(jié)省一些功率，但是這個領(lǐng)域是由其他更簡單的因素支配的。就象房間里有幾頭很大的大象，我們必須要先小心翼翼地獵取我們可以看到的大象，然后再花精力去獵捕體型小的動物。

在考量某個系統(tǒng)的功耗時(shí)，重要的是要弄清楚我們實(shí)際測量的對象是什么。我們說的“節(jié)省功耗”可能意味著幾個方面。它意味著“功率”還是“能量”。實(shí)際上，我們既需要功率也需要能量。大多數(shù)手持便攜式設(shè)備均具有以下兩個不同的預(yù)算：功率預(yù)算——它管理著瞬間功耗、避免過熱或產(chǎn)生熱應(yīng)力，而能量預(yù)算則管理著長期使用的能量總數(shù)。而軟件則需要滿足短期的功率預(yù)算和長期的能量預(yù)算。

很明顯，我們可以把任何設(shè)備的功耗降低到接近零，只要不讓它做任何操作或任何有意義的操作即可!不得已的是，實(shí)現(xiàn)有用的功能就需要耗費(fèi)能量。因此，我們只能在有意義的操作和節(jié)能二者中不斷采取折衷方案。為了實(shí)現(xiàn)所需的功能，我們必須耗能;但我們必須盡量確保以節(jié)能的方式來實(shí)現(xiàn)這些功能。

功耗時(shí)間積 有關(guān)該主題的學(xué)術(shù)材料中常用的更好度量方式是采用“功耗時(shí)間積”。盡管既沒有標(biāo)準(zhǔn)單位也沒有具體方法，但是這種度量方式將能耗和性能度量結(jié)合到了一起。增加能耗或降低性能會增加功耗時(shí)間積的值，因此我們的目標(biāo)是找出最低的可接受的功耗時(shí)間積的值，換句話說，最低的能耗要與允許的時(shí)間內(nèi)所需任務(wù)的執(zhí)行保持一致。

能量去哪兒了? 所有計(jì)算器械均會執(zhí)行兩個基本功能。這兩個功能都是必需的，沒有這兩個功能就不能完成任何有意義的任務(wù)。

我們首先想到的自然是計(jì)算或數(shù)據(jù)處理。通常，計(jì)算是對機(jī)器寄存器中保存的值實(shí)施的操作。為了盡可能高效地實(shí)施計(jì)算任務(wù)，我們需要在最短的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行最少的指令。最重要的是，高效計(jì)算允許以下二選一：要么我們可以早點(diǎn)完成計(jì)算去睡覺，要么我們調(diào)慢時(shí)鐘且仍然在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成計(jì)算任務(wù)。

這里經(jīng)常被人忽視的是數(shù)據(jù)通信(數(shù)據(jù)移動)。在大多數(shù)架構(gòu)中(A R M采用加載/存儲架構(gòu)，也不例外)，數(shù)據(jù)移動是必需的。如果不將信息從一個位置移動到另一個位置且經(jīng)常返回原來的位置，用戶就無法處理任何信息。例如，內(nèi)存中的值需要移動到寄存器中進(jìn)行處理，然后把結(jié)果寫回到內(nèi)存中。

但是哪個耗用的能量更多呢?最大的償付在哪兒?

圖1顯示了普遍存在的事實(shí)，與程序有關(guān)的內(nèi)存存取操作中有大約60%是指令抓取，另外40%才是數(shù)據(jù)存取。

圖1：內(nèi)存存取分布

圖2：內(nèi)存存取能耗

圖2顯示了A R M進(jìn)行的一些研究。如果執(zhí)行一條指令的能耗是1，那么，緊耦合存儲器(TCM)存取的能耗約為1/25，緩存存取的能耗大約為1/6。而外部R A M存取的能耗則是指令執(zhí)行能耗的7倍。

換言之，對于每次外部R A M存取所用的能耗，我們可以執(zhí)行7條指令，40次緩存存取或大約170次TCM存取。