現(xiàn)在的移動(dòng)設(shè)備用SoC（system on a chip，系統(tǒng)芯片）可謂是省電化技術(shù)的集合體。這些SoC配備可根據(jù)負(fù)荷控制驅(qū)動(dòng)電壓和工作頻率的DVFS（dynamic voltage and frequency scaling，動(dòng)態(tài)電壓與頻率調(diào)節(jié)）技術(shù)、按照芯片上的每個(gè)電路塊進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制的電源門控及時(shí)鐘門控等，具備多種電力模式，可根據(jù)不同的OS選擇合適的電力模式運(yùn)行，從而削減耗電量。

　　東芝研究開(kāi)發(fā)中心新開(kāi)發(fā)的SoC省電化技術(shù)可最大限度地延長(zhǎng)系統(tǒng)處于耗電量最低的電力模式——深度休眠狀態(tài)的時(shí)間，這是通過(guò)改進(jìn)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。使用配備電子紙顯示屏的安卓信息終端試制品，在瀏覽文檔并進(jìn)行一些操作的情況下，平均耗電量大約可降至原來(lái)的1/2，在不進(jìn)行任何操作只觀看屏幕的狀態(tài)下，平均耗電量可降至原來(lái)的約1/5注1）。

利用配備電子紙顯示屏的試制品確認(rèn)了新技術(shù)的效果

　　注1）用來(lái)確認(rèn)效果的試制品配備了集成Cortex-A8內(nèi)核的SoC“i.MX508”（飛思卡爾半導(dǎo)體公司）、512MB容量LPDDR2 DRAM以及帶觸摸屏功能的9.7英寸電子紙顯示屏等。該試制品在淺度休眠時(shí)的耗電量約為42mW，深度休眠時(shí)的耗電量約為2mW。

　　可尋找空閑時(shí)間自動(dòng)進(jìn)入深度休眠

　　以前，設(shè)備只能在用戶發(fā)出掛起（Suspend）指示或者電池剩余電量減少等暫時(shí)不使用的情況下，才能進(jìn)入外部時(shí)鐘也會(huì)關(guān)閉的深度休眠狀態(tài)。新技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)是，可在用戶使用設(shè)備時(shí)尋找空閑時(shí)間自動(dòng)進(jìn)入深度休眠，并能夠在用戶察覺(jué)不到的情況下恢復(fù)（圖1）。

圖1 無(wú)需用戶發(fā)出指示即可進(jìn)入“深度休眠”

　　設(shè)備正在被使用時(shí)，即便用戶沒(méi)有發(fā)出指示也能尋找空閑時(shí)間進(jìn)入“深度休眠”狀態(tài)，以減少耗電量

　　不過(guò)，進(jìn)入深度休眠也有損失。進(jìn)入深度休眠時(shí)，必須在關(guān)閉閃存電源之前將最新的數(shù)據(jù)寫回到DRAM上注2）。而且，從休眠狀態(tài)恢復(fù)時(shí)，還要使閃存內(nèi)的數(shù)據(jù)無(wú)效，或者等待關(guān)閉的外部時(shí)鐘穩(wěn)定下來(lái)。針對(duì)這些，東芝優(yōu)化了進(jìn)入深度睡眠和恢復(fù)時(shí)閃存處理的程序，并將石英振蕩器改成了硅振蕩器，從而將進(jìn)入深度休眠造成的耗電量損失及要多花費(fèi)的時(shí)間降低到了最小限度。

　　注2）寫回?cái)?shù)據(jù)之后，會(huì)使DRAM進(jìn)入耗電量低于工作狀態(tài)的待機(jī)狀態(tài)。

　　超過(guò)損益平衡點(diǎn)就會(huì)進(jìn)入深度休眠

　　設(shè)備是怎樣進(jìn)入深度休眠的呢？當(dāng)Linux OS沒(méi)有任務(wù)、進(jìn)入空閑狀態(tài)后，要進(jìn)行兩項(xiàng)判斷：（1）SoC上的輸入輸出電路是否在工作，（2）等待時(shí)間是否長(zhǎng)到可以抵消進(jìn)入深度休眠的損失。如果兩個(gè)條件同時(shí)滿足，則進(jìn)入深度休眠（圖2）。

　　圖2 還考慮了進(jìn)入深度休眠的損失

　　進(jìn)入深度休眠狀態(tài)后，耗電量會(huì)降低，但進(jìn)入這種狀態(tài)和恢復(fù)的處理會(huì)臨時(shí)消耗多余的電力。新技術(shù)可根據(jù)定時(shí)器的設(shè)定值來(lái)推測(cè)空閑時(shí)間，如果空閑時(shí)間長(zhǎng)于損益平衡點(diǎn)（約13ms），就會(huì)選擇深度休眠。而且，還通過(guò)優(yōu)化程序，縮短了進(jìn)入深度休眠和恢復(fù)到工作模式的處理時(shí)間。（該圖由《日經(jīng)電子》根據(jù)東芝的資料繪制）

　　要進(jìn)行第一項(xiàng)判斷的原因是，如果SoC在存儲(chǔ)器或顯示器的控制器等的輸入輸出電路正在工作時(shí)進(jìn)入深度休眠，就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的錯(cuò)誤。對(duì)此，東芝采用了一種機(jī)制，那就是在要求輸入輸出電路進(jìn)行處理時(shí)，將標(biāo)志位設(shè)為True，當(dāng)接收到用來(lái)通知處理完成的中斷時(shí)，再將標(biāo)志位設(shè)為False。這樣，OS便可以立即判斷出輸入輸出電路是否正在工作。

　　進(jìn)行第二項(xiàng)判斷是為了只在比淺度休眠更有利的情況下進(jìn)入深度休眠。進(jìn)入深度休眠以及從深度休眠恢復(fù)時(shí)均會(huì)額外消耗電力，因此，如果空閑時(shí)間短于一定時(shí)間，則淺度休眠更合適。

　　關(guān)于空閑時(shí)間，該技術(shù)會(huì)忽略用戶輸入造成的中斷，只根據(jù)OS的定時(shí)器設(shè)定值來(lái)推斷。原因是準(zhǔn)確預(yù)測(cè)用戶的輸入非常困難。木村表示，“盡管有時(shí)會(huì)在超過(guò)損益平衡點(diǎn)之前發(fā)生用戶輸入，但用戶的輸入間隔很長(zhǎng)，因此我們認(rèn)為，從總體考慮，忽略這種輸入更為合理。”

　　從深度休眠恢復(fù)所需時(shí)間為1.8ms，用戶的操作感幾乎不會(huì)下降。從此次的試制品來(lái)看，在輸入輸出電路全部停止工作時(shí)，如果距離定時(shí)器設(shè)定的下次中斷的時(shí)間長(zhǎng)于損益平衡點(diǎn)——約13ms，終端就會(huì)進(jìn)入深度休眠。

　　東芝將這項(xiàng)技術(shù)與電子紙顯示屏結(jié)合起來(lái)的原因是，可以輕松使顯示控制器停止工作。普通液晶顯示屏需要按幀發(fā)送影像信號(hào)，顯示器控制器會(huì)一直工作，因此設(shè)備很難進(jìn)入深度休眠。此次的技術(shù)比較適合配備電子紙及內(nèi)置內(nèi)存的液晶屏等非易失性顯示屏的設(shè)備，以及不配備顯示器的M2M（machine to machine）終端。