◆ Turbo CORE技术解析

　　虽然目前的主流处理器都是多核心的，但实际上众多的应用程序，包括大多数的游戏，对多核多线程优化不足，少数可能为双核优化，但是能完全利用四核甚至六核的消费级软件更是不多。这样的窘况造成两个极端，一方面部分核心无所事事，却消耗着同样的功耗，另一方面部分核心满负荷运行，恨不得能跑得再快些。

　　·Turbo CORE简介

　　在之前AMD为CPU节能做了很多努力，比如Phenom II开始支持的Cool‘n’Quiet 3.0（简称CnQ）技术就是很好的一个例子，CnQ 3.0通过P-States（CPU Performance states）来实现节能，它支持四种P-State状态，其一是全速（P0），其二是最低频率800MHz(P4)，不管什么型号都如此，另外还有两种状态，具体频率视型号而定，比如Phenom II X4 955的四种P-State分别为3.2GHz、2.5GHz、2.1GHz和800MHz。

英特尔Turbo Boost技术典型工作示意图

　　CnQ技术只能做到多个核心“同进退”，它可以解决全部核心在轻负载或空闲时的节能问题，但并不能解决部分核心满负载的问题。率先提出解决方案的是英特尔，从Nehalem架构处理器开始支持的Turbo Boost技术能让内核运行动态加速，可以根据需要开启、关闭以及加速单个或多个内核的运行，这样动态的调整可以提高系统和CPU整体的能效比率。

AMD Turbo CORE技术工作示意图

　　现在AMD也有了类似技术，连名字也很类似，即Turbo CORE技术。在当处理器3个核心或者以上空闲时，Turbo CORE就会启动，所有核心电压提升，并且高负载的核心（必须处于P0状态）频率提升400-500MHz，这个状态称之为Boost P-State状态，可以加速这部分核心的运算能力，同时空闲的核心则进入P-State的P4低功耗状态（即频率下降到800MHz），降低它们的动态功耗。

　　在整个过程中，处理器最大功耗依然会控制在TDP之内，否则Turbo CORE不会生效。

　　可以看到Turbo CORE是以P-State为依托的，目前至少有两点不如Turbo Boost，一是它不能对单个核心增加电压，而是所有核心都需要加压，这样即使空闲的核心也会额外增加功耗；另一是空闲的核心不能关闭，最多只能达到P-State的P4状态，节能不够彻底。

　　英特尔的Turbo Boost技术显得更高明一些，它能操作每个核心的电压，并且可以把不需要的核心直接关闭（实际上是进入C-State的C6级深度休眠状态），由于唤醒C6状态需要较长时间（要重新加载数据），可能会造成切换不及引发种种问题，而Nehalem中特殊设计的PCU可以让这个问题变得简单。

　　Nehalem中有一个特殊控制器，称为PCU（Power Control Unit），有着自己的嵌入式固件，可以有温度、电流、功耗和操作系统等需要的其他输入，在on-die上进行这样的功耗控制，能让电压的升降时间比常规的off-die模式要短，具有更高效的电源管理，同时，PCU监控各核心的性能、状态，它可以智能地决定进入何种功耗/性能状态，而不用去管操作系统的要求。

Turbo CORE实例：两个核心加速运行，其它四个核心进入P4低功耗状态

　　回到Turbo CORE，理论上它可以让六核中的5个核心处于加速模式，不过我们测试只能做到1至3个核心加速，可能是因为TDP超额的原因，至于像六个核心只能“三升三降”的说法是不正确的，那只是默认设置，实际上可以指定加速核心数目的。

　　另外，Turbo CORE技术是完全基于硬件层面的，默认自动开启并由处理器自身监控，不需要安装任何特殊的软件、驱动或者工具， 甚至不需要用户特别的操作就可以自动完成。有些主板可能需要更新BIOS才能良好支持这一新技术。

　　·Turbo CORE中的节能模式

　　对于CPU来说，功耗分为动态功耗和静态功耗两大部分，动态功耗是电路在工作时所消耗的能量，而静态功耗是电路在没有翻转只有供电的情况下，晶体管中漏电流造成的功耗。

　　在整个功耗中，时钟单元功耗（其它还有数据链路、存储和IO等）所占比例最大，而门控时钟（Clock gating）作为降低时钟单元功耗有效的方法而得到广泛应用，它可以对某些较少使用的时序逻辑进行开关控制使之保持静态，同时以这些时序部件输出相关的组合逻辑也将处于静态，很好地达到关闭子模块或子电路的目的，从而大大降低功耗。

　　对于Turbo CORE而言，当某核心需要进入低功耗状态，正是通过门控时钟来得以实现的（准确的说应该是可变频率时钟技术），使该核心处于静态模式（比如800MHz）。

　　实际上，降低功耗最直接的做法就是在不需要电路工作时将它的电源关掉，这样什么动态功耗、静态功耗就全没有了。在需要电路工作时，再把电源打开，这就是门控电源（Power gating）。方法简单，但实现起来却比门控时钟要复杂得多。

　　当然真正暴力关掉电源将功耗彻底变为0的方式实现上比较难，主要在于唤醒时要花费更多的时间完成数据加载，而采用内部电源管理方式，在短时间的电源关断会是更理想的办法。

　　英特尔的Turbo Boost就是通过门控电源实现空闲核心关闭的，PCU充当一个内部电源开关网络，一个功耗消耗极小的影子寄存器保持核心断电前的状态，至于何时保存何时恢复，都由PCU来控制完成。

　　因此从原理上来说，现在的Turbo CORE在节能效果上相比Turbo Boost有所不如。