„Licht aus“: Smartphones werden stromsparender – Multi-Core-Spannungsregler macht Prozessoren energieeffizienter
Spezial-Spannungsregler: Effizientere Stromversorgung für Mikrochips (Foto: Wonyoung Kim) – Cambridge (pte/01.03.2011/11:00) – Moderne Smartphones vereinen Telefon, Media-Player, GPS-Gerät und mehr, doch diese Funktionsvielfalt drückt die Akkulaufzeit. Wonyoung Kim, Doktorand an der Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) http://seas.harvard.edu, hat nun einen speziellen Multi-Core-Spannungsregler (Multi Core Voltage Regulator, MCVR) entwickelt, der den Stromverbrauch intelligenter regelt. Im Prinzip werden dabei nur jene Rechenkerne mit Strom versorgt, die auch gerade aktiv sind. „Es ist wie das Licht abdrehen, wenn man einen Rum verlässt“, meint Kim. Dadurch hält ein Akku bei gleicher Kapazität länger vor.
Unnötiger Verbrauch
Das Problem von Smartphones und anderen vielseitigen Geräten ist, dass aufgrund der Vielzahl der Nutzungsmöglichkeiten der entsprechenden Rechenkerne ein eigentlich unnötiger Energieverbrauch entsteht. „Wenn man Musik mit dem MP3-Player hört, braucht man Bild- und Grafikprozessor nicht gleichzeitig mit Strom versorgen“, erklärt Kim. „Wenn man nur Fotos ansieht, braucht man weder Audio- noch HD-Video-Prozessor betreiben.“ Seine Entwicklung ist dazu gedacht, möglichst effizient ein Abschalten einzelner Kerne zu ermöglichen.
Der Wissenschaftler hatte bereits 2008 gezeigt, dass eine sehr präzise Spannungsregelung bei Prozessoren theoretisch möglich ist. Jetzt konnte er zeigen, wie die praktische Hardware-Umsetzung aussieht. Im Prinzip ist sein MCVR ein schneller Gleichstrom-Gleichstrom-Regler. Er wandelt eine Eingangsspannung von 2,4 Volt auf 0,4 bis 1,4 Volt herab, wobei die Änderung der Ausgangsspannung nur 20 Nanosekunden dauert. Ein spezieller Algorithmus erkennt zudem, welche Prozessorteile gerade nicht genutzt werden und kappt ihnen die Stromzufuhr. Dadurch sinkt der Energieverbrauch bei gleichbleibender Performance.
Effizientere Chips vom Handy bis ins Rechenzentrum
Den größten Bedarf für den neuen Spannungsregler ortet der Forscher derzeit im Bereich Smartphones, wo er eben längere Akkulaufzeiten verspricht. Doch ist er der Ansicht, dass die Entwicklung auch in anderen Bereichen großes Potenzial hat. Bei Laptops beispielsweise wäre es möglich, die Hitzeentwicklung im Prozessor zu senken, was wiederum kompaktere Geräte ermöglicht. In Rechenzentren wiederum stellt eine gesteigerte Energieeffizienz von Server-Prozessoren deutlich geringere Stromrechnungen in Aussicht.
„Kims Forschung ist ein wichtiger Schritt in Richtung stärkerer Integration bei zukünftigen Chips“, sagt Yeon Wie, Professor für Elektrotechnik in Harvard. Denn derzeitige Systeme nutzen externe Spannungsregler, während die Neuentwicklung direkt auf einem Prozessor integriert werden kann. „Den MCVR auf einem Chip zu verbauen, würde die Herstellung etwa zehn Prozent teurer machen, bringt aber potenziell 20 Prozent Stromersparnis oder mehr“, meint Kim.
