DVFS (动态电压频率调整)

定义

DVFS(Dynamic Voltage and Frequency Scaling,动态电压频率调整)是一种运行时功耗管理技术:根据当前负载动态调节处理器的工作电压与时钟频率,在性能与功耗之间取得平衡。

原理

CMOS电路的动态功耗大致与频率成正比、与电压的平方成正比,而达到更高频率需要更高电压,因此降频降压可获得超线性的功耗下降。处理器定义一组电压频率工作点(P-state),由硬件功耗控制器与操作系统调频器(如Linux的cpufreq子系统)协同选择:负载轻时降档省电,负载重时升档,温度或供电受限时强制降档(throttling)。

应用

DVFS无处不在:Intel睿频与AMD Precision Boost在功耗热量允许时自动超越标称频率;手机SoC据此在性能与续航间权衡;数据中心用它控制整机功耗。大小核调度、能量感知调度都建立在DVFS模型之上。

局限

随着工艺电压逼近下限,DVFS可调空间收窄,业界转而结合门控时钟、电源门控与异构核心等手段继续优化能效。