权衡性能和功耗

回想一下式6-1，式6-1表明功耗是频率的线性函数。在一定极限频率下，性能的提高直接取决于频率的增加，因此需要在保持功耗不变的情况下增加频率。为此，需要降低频率的辅助因子：即电压、电容和活性因子。此外，需要减少泄漏电流（leakage current）。通常使用时钟门控来降低活动因子，而通过减小栅极尺寸来减小电容。如第6章所述，只能在电压缩放区域内降低电压，直到达到最低电压为止，该最低电压必须可以使晶体管工作。从图6-7可以看出，在低频$V_{min}$区域中的泄漏是恒定的，而在电压缩放区域（voltage-scaling region）中，泄漏在典型工作点处会持续增加。通过减小晶体管的宽度并使用较低的泄漏晶体管可以减小泄漏电流。但是，与漏电晶体管相比，低漏电晶体管的速度较慢。因此，硬件设计人员需要进行适当的优化，以在给定的功耗量下实现频率最大化。

90%的移动平台会受到功耗的限制。因此，每一点节能都等同于相应的频率增益。通常，在低功率平台的$V_{min}$区域，10％的功耗节省意味着15％的频率增益，而在电压缩放区域，20％的功耗节省仅相当于5％的频率增益。因此，不能过分夸大硬件设计对于最佳电压，电容，活动因子和泄漏的重要性，尤其是在给定功耗下获得最高频率时。对所有应用而言，更高的频率通常意味着更好的性能。

对于视频应用程序，更高的CPU或GPU工作频率可提供更快的编码速度，但同时也会消耗更多电量。因此，在系统设计和硬件体系结构级别，尤其是对于GPU加速的编码器，需要在功耗和编码速度之间进行权衡。编码的可编程部分还应该在性能和功耗之间保持适当的平衡。通常，通过并行执行编码任务、在CPU和GPU的多个线程之间安排适当的任务、在CPU和GPU之间动态迁移任务、调整任务的计划、优化单个任务的资源利用率实现性能和功耗之间的平衡，并且所有这些方案都不会对视觉质量造成明显的影响。例如，根据视频内容的复杂性，并行编码图片的两个切片（slices）可以提升10％的性能，而对质量的影响却可以忽略不计。某些硬件单元（例如码率控制单元，缩放单元等）可能会根据参数值而打开/关闭，因此编码参数的调整也会影响整体编码速度和功耗，再者，这种调整也可能会影响视觉质量。

考虑以下的有关视频转码应用程序的性能与功耗折衷的案例研究（case study）。为了便于比较，在不同性能-功耗特性的两个平台上运行两个相同的测试。转码（transcoding）包括将压缩视频解码为未压缩格式，随后使用适当的编码参数将其编码为压缩格式的目标视频。对于相同的源视频内容，转码操作中的解码任务保持不变。通常，解码比编码快得多。因此，可以仅根据编码速度来测量转码的整体性能。在如上的描述下，性能和编码速度说的是一个事情。