Ja Windows enerģijas pārskatā esat redzējis kaut ko līdzīgu "PCI Express aktīvā stāvokļa barošanas pārvaldība (ASPM) ir atspējota" Un, ja jūs paliekat ar tukšu skatienu, neuztraucieties: jūs neesat viens. Šī tehnoloģija izklausās ļoti tehniska, taču patiesībā viss ir atkarīgs no tā, kā jūsu dators nolemj līdzsvarot enerģijas patēriņu un veiktspēju, kad PCI Express ierīces nedarbojas ar pilnu jaudu.
Ir svarīgi saprast, kas ir aktīvā stāvokļa enerģijas pārvaldnieks un kā tas ietekmē veiktspēju. Neatkarīgi no tā, vai izmantojat klēpjdatoru un vēlaties maksimāli palielināt akumulatora darbības laiku, vai pārvaldāt serverus vai jaudīgus datorus un vairāk rūpējaties par stabilitāti un maksimālu veiktspēju, nevis par dažu vatu ietaupīšanu, mēs to rūpīgi sadalīsim, sasaistot ar citiem jēdzieniem, piemēram, PCIe, ACPI, barošanas stāvokļiem, BIOS/UEFI un Windows un Linux barošanas opcijām.
Kas ir aktīvā stāvokļa enerģijas pārvaldība (ASPM) PCI Express tīklā?
Aktīvā stāvokļa enerģijas pārvaldība (ASPM) ir enerģijas taupīšanas mehānisms, kas integrēts PCI Express standartā. ASPM pārvalda PCIe saišu patēriņu, kad pievienotās ierīces aktīvi nepārraida datus. Tā vietā, lai saite vienmēr būtu "pilnas slodzes" stāvoklī, ASPM ļauj šai saitei starp centrālo procesoru vai mikroshēmojumu un PCIe ierīci pāriet zemas slodzes režīmā. zemas enerģijas stāvokļi neaktivitātes periodos.
Pamatideja ir ļoti vienkārša: ja nav datu plūsmas, saite "atslābst"Tas patērē mazāk enerģijas un rada mazāk siltuma. Kad tas atkal ir nepieciešams, savienojums atgriežas aktīvajā stāvoklī. Šī pāreja nav bez izmaksām: tā pievieno zināmu latentumsUn tieši šeit rodas līdzsvars starp veiktspēju un efektivitāti.
ASPM uzrauga barošanas stāvokli abos PCIe saites galos. (piemēram, mikroshēmojuma PCIe kontrolieris un grafikas karte(vai NVMe kontrolieri). Tas nozīmē, ka ietaupījumi rodas ne tikai ierīcē, bet arī pašā fiziskajā savienojumā (PCIe transporta slānī), pat ja pati PCIe ierīce paliek "pilnībā darbspējīgā" enerģijas patēriņa stāvoklī.
Linux sistēmās ASPM globālā darbība tiek pārvaldīta no kodola moduļa, kas atbilst PCIe.Ir pieejams moduļa parametrs /sys/module/pcie_aspm/parameters/policy kur ir definēta piemērojamā politika. Turklāt kodola startēšanas laikā var izmantot tādus parametrus kā [turpmāk norādītais]. pcie_aspm=off lai to atspējotu globāli vai pcie_aspm=force lai piespiestu ASPM pat ierīcēs, kas teorētiski to neatbalsta pareizi (kas var radīt problēmas problemātiskajā aparatūrā).
Saistība starp ASPM, saites stāvokļa enerģijas pārvaldību un enerģijas opcijām operētājsistēmā Windows
Sistēmā Windows tas parasti tiek parādīts barošanas opcijās kā “Link State Power Management” (Saites stāvokļa enerģijas pārvaldība). (jeb “Saites stāvokļa enerģijas pārvaldība”) būtībā ir veids, kā operētājsistēma atklāj un kontrolē saderīgu PCIe saišu ASPM politiku.
Šī konfigurācija atbilst enerģijas plānam.Parastajā ceļā: Iestatījumi → Sistēma → Enerģija un miega režīms → Papildu enerģijas iestatījumi → Mainīt plāna iestatījumus → Mainīt papildu enerģijas iestatījumus. Papildu opciju sadaļā sadaļā “PCI Express” atradīsiet “Saites stāvokļa enerģijas pārvaldība”.
Windows parasti piedāvā trīs saišu stāvokļa enerģijas pārvaldības darbības līmeņus kas konceptuāli atbilst dažādām ietaupījumu un latentuma pakāpēm:
- DeaktivizētsPCIe savienojums nepāriet enerģijas taupīšanas režīmā; prioritāte tiek piešķirta veiktspējai un zemai latentuma pakāpei.
- Mērens enerģijas ietaupījumsSistēma piemēro vidēja līmeņa enerģijas taupīšanu. Patēriņš nedaudz samazinās, bet atkopšanās laiks no zema patēriņa stāvokļa ir relatīvi ātrs.
- Maksimāla enerģijas ietaupīšanaSavienojums tiek agresīvi pārtraukts, kad nav datplūsmas; patēriņš vēl vairāk samazinās, bet pamošanās laiks no mazjaudas stāvokļa ir ilgāks.
Klēpjdatorā izvēle starp mērenu vai maksimālu jaudu var būtiski ietekmēt akumulatora darbības laiku.It īpaši, ja dators pavada ievērojamu laiku, veicot vieglus uzdevumus, piemēram, pārlūkojot tīmekļa vietnes vai skatoties video. Galddatorā vai spēļu datorā daudzi lietotāji izvēlas to atspējot, lai izvairītos no iespējamās latentuma un maksimāli palielinātu katru kadru ātrumu sekundē (FPS).
Kā ASPM ietekmē veiktspēju un akumulatora darbības laiku
ASPM acīmredzamākā ietekme ir redzama divās frontēs: veiktspējā (latentumā) un enerģijas patēriņā.Tās ir vienas monētas divas puses, un spēlēšanās ar iestatījumiem nozīmē prioritāšu piešķiršanu vienam vai otram.
Kad ASPM ir iespējots un darbojas agresīvos režīmos, sistēmai izdodas samazināt enerģijas patēriņu PCIe saitēs. ar nosacījumu, ka tie aktīvi nepārsūta datus. Tas ir īpaši pamanāms:
- Portatīvie datori, kas ir atkarīgi no akumulatora enerģijas un novērtē katru ietaupīto vatu.
- Sistēmas ar daudzām PCIe ierīcēm (grafikas kartes, tīkla kartes, atmiņas kontrolleri utt.), kur kumulatīvie ietaupījumi var būt ievērojami.
- Ļoti blīvas datu centru un serveru videskur daži vati uz serveri mērogojas līdz lieliem skaitļiem plaukta vai datu centra līmenī.
Maksājamā cena ir latentums, kas rodas, pārejot no mazjaudas stāvokļa uz aktīvu stāvokli.Vispārējā lietošanā (biroja lietojumprogrammās, pārlūkošanā, multivides atskaņošanai) šī latentuma vērtība lietotājam parasti ir nemanāma. Tomēr prasīgās situācijās — spēlēs, zemā tīkla latentuma laikā, intensīvas krātuves slodzes gadījumā — tai var būt neliela, lai gan parasti neliela, ietekme.
Dažās analīzēs un pētījumos ir minēti energoefektivitātes un PCIe kopnes izmantošanas uzlabojumi līdz pat 20 %, nodrošinot atbilstošu ASPM pārvaldību.Tas nenozīmē, ka jūsu ierīce darbosies par 20 % ātrāk, bet gan to, ka ar tādu pašu darba slodzi tā var patērēt mazāk enerģijas un radīt mazāk siltuma, kas ir īpaši interesanti klēpjdatoriem un mobilajām ierīcēm.
Sistēmā Windows ir ierasts izmantot tādus rīkus kā powercfg -energy parādīt ar ASPM saistītās kļūdas šāda veida kļūda: “PCI Express aktīvā stāvokļa barošanas pārvaldība (ASPM) ir atspējota zināmas nesaderības ar šī datora aparatūru dēļ.” Šādos gadījumos Windows drošības apsvērumu dēļ ir nolēmis bloķēt ASPM, jo zina, ka noteikts komponents to slikti apstrādā un var izraisīt avārijas, ierīču atvienošanu vai nestabilitāti.
Tipiskas problēmas: ASPM kļūdas, baterijas un aparatūras saderība
Daudzi lietotāji pirmo reizi saskaras ar ASPM, izmeklējot akumulatora problēmas vai veicot barošanas diagnostikuīpaši jaudīgos klēpjdatoros ar moderniem centrālajiem procesoriem un īpašiem grafiskajiem procesoriem (piemēram, datoros ar 12. paaudzes Intel Core i9 un augstas klases RTX grafiku).
Tipisks piemērs ir jauns klēpjdators, kura akumulators darbojas daudz īsāku laiku nekā paredzēts. (2–2,5 stundas nelielā lietošanas režīmā, salīdzinot ar 5–6 stundām, ko ziņo citi lietotāji). Ģenerējot atskaiti ar powercfg -energy Sistēmā Windows parādās šādas kļūdas:
- “Platformas enerģijas pārvaldības iespējas: PCI Express aktīvā stāvokļa enerģijas pārvaldība (ASPM) ir atspējota. ASPM ir atspējota zināmas nesaderības ar šī datora aparatūru dēļ.”
- Brīdinājumi par USB ierīces kas nepāriet selektīvajā aiztures režīmā (piemēram, ierīces ar noteiktiem USB ID), kas arī palielina enerģijas patēriņu gaidstāves režīmā.
Šādās situācijās ne vienmēr vainīgs ir procesors.Bieži vien tā ir šādu faktoru kombinācija:
- Iekārtu dizains (mātesplate, BIOS/UEFI, kā ražotājs ievieš ACPI tabulas un ASPM atbalstu).
- Ierīču draiveri (GPU, NIC, atmiņas karte, USB), kas pilnībā vai pareizi neievieš ASPM.
- USB ārējās ierīces kas novērš selektīvu apturēšanu vai uztur sistēmu aktīvāku nekā vēlams.
Praksē, kad Windows ziņo, ka ASPM ir atspējots nesaderības dēļAtkārtota aktivizēšana bez riska parasti nav vienkārša iespēja. Piespiedu aktivizēšana, izmantojot uzlaušanas metodes vai modificētus draiverus, var izraisīt, piemēram, tīkla kartes reaģēšanas pārtraukšanu līdz restartēšanai.
Lai izslēgtu tikai programmatūras problēmas operētājsistēmā Windows, parasti ieteicams veikt dažas pamata darbības.Palaidiet barošanas problēmu risinātāju, Atjauniniet Windows un draiverusun dažos gadījumos veikt sistēmas failu pārbaudes ar SFC (sfc /scannow) un DISM utilītas (DISM.exe /Online /Cleanup-image /Scanhealth y /RestorehealthJa pēc visa tā ziņojumā joprojām tiek rādīts, ka ASPM ir atspējots aparatūras dēļ, visticamāk, tas ir pašas iekārtas vai tās programmaparatūras ierobežojums.
ASPM serveros un visu diennakti pieejamās iekārtās: vai tas ir tā vērts?
Visu diennakti pieejamu serveru pasaulē ASPM izraisa diezgan daudz diskusiju.No vienas puses, enerģijas taupīšana PCIe savienojumos šķiet laba ideja. No otras puses, jebkādas nestabilitātes vai pakešu zuduma pazīmes ir nepieņemamas.
Klasisks piemērs ir noteiktas Intel tīkla kartes (piemēram, 82574L). kuriem ir labi dokumentēts aparatūras trūkums: noteiktos apstākļos pakešu pārraide apstājas un tiek atjaunota tikai ar pārstartēšanu. Viens no veidiem, kā mazināt šo problēmu, ir bijis Atspējot ASPM šai ierīcei vai pat globāli.
Linux sistēmā ir vairāki veidi, kā rīkoties šajos gadījumos serverī.:
- Atspējot ASPM globāli ar kodola sāknēšanas parametru
pcie_aspm=offTas ir visefektīvākais risinājums, kas derīgs visām ierīcēm, taču tas nozīmē pilnībā atteikties no šīs enerģijas taupīšanas. - Izmantojiet ielāpotu draiveri (piemēram, modificēta versija
e1000e(Intel tīkla kartēm), kas atspējo ASPM vai ignorē noteiktus problemātiskus stāvokļus tikai skartajai ierīcei. - Modificēt konkrētas ierīces ASPM bitus ar tādiem instrumentiem kā
setpci, pielāgojot darbību izpildes laikā, neietekmējot pārējo sistēmu (lai gan izmaiņas parasti tiek zaudētas pēc pārstartēšanas, ja tās netiek automatizētas).
Man svarīgs jautājums ir, vai ASPM enerģijas ietaupījums atsver risku un sarežģītību.Daudzās kritiskās ražošanas vidēs stabilitāte un paredzamība ir galvenās prioritātes. Tāpēc bieži vien BIOS vai kodolā ASPM ir atspējots datoros, ko izmanto datubāzēm, intensīvai virtualizācijai vai tīkla pakalpojumiem, kas nevar atļauties dīkstāvi.
Tomēr ASPM var piemērot arī citām serveru ierīcēm.piemēram, PCIe RAID kartes vai NVMe kontrolleri. Ja programmaparatūra un draiveri ir labi izstrādāti, enerģijas ietaupījumu var panākt, neietekmējot pieejamību, lai gan faktiskais ieguvums ir ļoti atkarīgs no tā, vai šīm ierīcēm ir ievērojami neaktivitātes periodi vai tās pastāvīgi ir noslogotas.
ASPM, ACPI un dažādie sistēmas enerģijas stāvokļi
Lai saprastu, kur ASPM iederas enerģijas pārvaldības “kartē”, mums jārunā par ACPI. (Uzlabotā konfigurācijas un barošanas saskarne). ACPI ir standarts, kas aizstāja vecāku APM un nosaka, kā programmaparatūra (BIOS/UEFI) un operētājsistēma sazinās, lai pārvaldītu barošanu, pārtraukumus, miega stāvokļus, IRQ piešķiršanu un daudz ko citu.
ACPI ir galvenā sastāvdaļa praktiski visā mūsdienu aparatūrā, ne tikai x86.Tas radās 90. gados, pateicoties Intel, Microsoft un Toshiba, bet gadu gaitā tas ir izplatījies arī tādās arhitektūrās kā ARM, īpaši serveru un HPC jomā, kur tiek atkārtoti izmantoti daudzi x86 ekosistēmas komponenti (UEFI, GPU utt.).
Neskatoties uz to, ka ACPI ir plaši pieņemts standarts, tas ir saņēmis daudz kritikas.Dažas ievērojamas nozares personas, piemēram, Canonical dibinātājs Marks Šatlvorts, ir norādījušas, ka slēgta programmaparatūra (tostarp ACPI implementācijas) ir ideāls vektors drošības ievainojamībām un iespējamām aizmugurējām durvīm. Ir atklāti arī gadījumi, kad tādi ražotāji kā Lenovo un Samsung izmanto noteiktas Windows ACPI tabulas (piemēram, WPBT tabulu), lai instalētu apšaubāmu programmatūru vai, teorētiski, varētu atvieglot pastāvīgu rootkit instalēšanu.
ACPI visumā mēs atrodam vairākus enerģijas stāvokļu veidus kas ietekmē gan visu sistēmu, gan atsevišķas ierīces un procesoru. ASPM galvenokārt ir saistīts ar PCIe saites komponentu, taču tas mijiedarbojas ar visiem šiem līmeņiem:
Sistēmas globālie stāvokļi (G stāvokļi)
Globālie stāvokļi nosaka komandas aktivitātes līmeni kopumā. un tiek attēloti ar Gx/Sx kombinācijām:
- G0/S0Sistēma darbojas normāli.
- G1 (piekares režīmi), kas savukārt ir sadalīti:
- G1/S1Viegla piekare; procesors un kešatmiņa paliek darbināti.
- G1/S2Centrālais procesors izslēdzas, un dati tā reģistros tiek zaudēti, bet daļa sistēmas joprojām ir ieslēgta.
- G1/S3: “apturēt RAM”; sistēma šķiet izslēgta, bet RAM turpina darboties, lai uzturētu stāvokli.
- G1/S4hibernācija; RAM saturs tiek izmests krātuvē, un RAM var izslēgt.
- G2/S5: mīkstā izslēgšana; sistēma ir izslēgta, bet ir minimāls enerģijas patēriņš, lai to varētu ieslēgt pēc notikuma (tastāra, tīkls utt.).
- G3: pilnīga izslēgšana; nav barošanas avota, izņemot minimālas sastāvdaļas, piemēram, reāllaika pulksteni, ko darbina akumulators.
ASPM galvenokārt tiek izmantots G0/S0 stāvoklī.Tas ir, kad sistēma ir ieslēgta un darbojas. Šeit PCIe saites var pāriet no aktīviem stāvokļiem uz mazjaudas stāvokļiem, sistēmai pilnībā neieslēdzoties miega režīmā.
Ierīces stāvokļi (D stāvokļi) un procesora stāvokļi (C stāvokļi)
Papildus globālajiem stāvokļiem ACPI definē ierīces līmeņa enerģijas stāvokļus., tā sauktās D valstis:
- D0ierīce ir ieslēgta un darbojas 100%.
- D1 un D2: starpstāvokļi, kas atšķiras atkarībā no ierīces; tie ietaupa nedaudz enerģijas, bet saglabā zināmu reaģētspēju.
- D3: iedalīts “karstajā” un “aukstajā” atkarībā no tā, vai tas uztur papildu barošanu; tas var pilnībā pārstāt reaģēt uz kopni.
Paralēli procesoriem ir savi C stāvokļi.Tie kontrolē, cik lielā mērā centrālais procesors "atslābinās", kad nav darāmā. Daži no svarīgākajiem ir:
- C0: kodols aktīvi izpilda kodu.
- C1/C1E: “apturēšanas” stāvoklis; kodols neizpilda instrukcijas, bet var gandrīz acumirklī atgriezties pie C0. C1E variants nodrošina papildu enerģijas taupīšanas uzlabojumus.
- C2: “apturēšanas pulkstenis”; pamata pulkstenis ir apturēts, un atgriešanās C0 stāvoklī prasa nedaudz ilgāku laiku.
- C3 un dziļāki stāvokļi (C4-C10 mūsdienu procesoros): kešatmiņas tiek iztukšotas, iekšējie pulksteņi tiek izslēgti un dažos gadījumos kodols pat tiek izslēgts, saglabājot tā stāvokli īpašās atmiņās (piemēram, C6 saglabā stāvokli SRAM, kad kodols ir 0 V).
Pārejas starp šiem stāvokļiem tiek aktivizētas ar privileģētām instrukcijām, piemēram, HLT vai MWAIT.Tos pārvalda operētājsistēma un barošanas kontrolleri. Aparatūras pārtraukums liek kodolam nekavējoties pārslēgties uz C0, lai to apstrādātu, un daži mūsdienu procesori pat novirza pārtraukumus uz jau aktīviem kodoliem, lai izvairītos no nevajadzīgas citu neaktīvu kodolu "pamodināšanas".
Procesora veiktspējas stāvokļi (P stāvokļi)
P štati koncentrējas uz centrālā procesora kodola veiktspējuTie ļauj dinamiski pielāgot procesora frekvenci un spriegumu, ietaupot enerģiju, kad nav nepieciešama maksimālā jauda, un palielinot ātrumu, kad tas nepieciešams.
P stāvokļi parasti tiek attēloti kā P0, P1, P2, … P0 ir maksimālās frekvences un sprieguma stāvoklis, un turpmākie stāvokļi ar zemāku frekvenci un zemāku enerģijas patēriņu. Tādas tehnoloģijas kā Intel SpeedStep, AMD PowerNow!, VIA PowerSaver vai Turbo režīmi Tie paļaujas uz šiem stāvokļiem, lai mērogotu frekvenci atbilstoši slodzei un ierobežojumiem, piemēram, TDP (PL1, PL2 utt.).
Linux sistēmā šos mehānismus kontrolē tādas apakšsistēmas kā cpufreq y cpuidleAktīvo frekvences regulatoru var pārbaudīt ar tādām komandām kā cpupower frequency-info vai failu pārskatīšana /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/, kur tiek parādīta informācija, piemēram, pašreizējā frekvence, maksimālā un minimālā frekvences, kā arī pieejamie regulatori (sniegums, enerģijas taupīšanas, pēc pieprasījuma, konservatīvsutt.) un izmantotais vadītājs.
Lai gan tas viss var šķist nesaistīts ar ASPM, patiesībā tas ir daļa no tās pašas ACPI ekosistēmas.: dažādi slāņi un mehānismi, kas sadarbojas, lai pielāgotu centrālā procesora enerģijas patēriņu un veiktspēju, ierīces un sistēmas saites, tostarp PCIe.
ASPM praktiska ieviešana: BIOS/UEFI, operētājsistēma un draiveri
Lai ASPM darbotos pareizi, nepieciešama trīs galveno dalībnieku sadarbība.: mātesplates programmaparatūra (BIOS/UEFI), operētājsistēma un PCIe ierīču draiveri.
BIOS/UEFI bieži ietver īpašas ASPM vai saites stāvokļa enerģijas pārvaldības opcijas. Tie ļauj iespējot, atspējot vai atlasīt konkrētus režīmus (piemēram, L0s, L1, Automātiski, Izslēgts). Ir svarīgi, lai programmaparatūra pareizi ieviestu ACPI tabulas un precīzi aprakstītu, ko atbalsta katra ierīce un PCIe saite.
Operētājsistēma (Windows, Linux utt.) nolasa šo informāciju no ACPI un izlemj, kuras politikas piemērot.Kā minēts Linux sistēmā, ASPM var piespiedu kārtā ieslēgt vai izslēgt, izmantojot kodola parametrus vai moduļa politikas failu. pcie_aspmOperētājsistēmā Windows pārvaldība ir iekapsulēta barošanas plānā un opcijās “PCI Express → Saites stāvokļa barošanas pārvaldība”.
Arī PCIe ierīču draiveriem ir būtiska lomaLai bez problēmām gūtu labumu no ASPM, viņiem ir jā:
- Pareizi deklarējiet ierīces enerģijas taupīšanas iespējas (kādus stāvokļus tas atbalsta, kādi latentumi ir pieņemami utt.).
- Pareizi pārvaldīt stāvokļa pārejasnovēršot ierīces "iesalšanu" vai pārāk ilgu reaģēšanas laiku, kad tā iziet no zema enerģijas patēriņa stāvokļa.
- Sekošana līdzi jaunumiemTas ir tāpēc, ka daudzi ražotāji labo ASPM kļūdas un optimizē patēriņu, izmantojot draiveru vai programmaparatūras atjauninājumus.
Dažos gadījumos ražotāji ir izlaiduši modificētus draiverus, lai atspējotu ASPM problemātiskajos modeļos.uzskatot to par pragmatisku aparatūras kļūdu “risinājumu”. Tas attiecas uz noteiktām Intel tīkla kartēm operētājsistēmā Linux, kur ir ielāpu versijas e1000e ASPM ir atspējots, lai izvairītos no pārraides zuduma problēmas.
Galalietotājam vispārējais ieteikums nav manuāli piespiest ASPM BIOS vai operētājsistēmā, ja vien jums nav labas zināšanas par aparatūru. vai arī no ražotāja ir saņemta skaidra norāde. Ja Windows ziņojumā teikts, ka tas ir atspējots nesaderības dēļ, tas nozīmē, ka operētājsistēma jau ir nolēmusi, ka risks atsver ieguvumu.
ASPM ir vēl viens mūsdienu enerģijas pārvaldības mīklas elements.Cieši saistīts ar ACPI, globālajiem, ierīces un centrālā procesora enerģijas stāvokļiem. Pareizi ieviests, tas palīdz nemanot samazināt enerģijas patēriņu un pārkaršanu; slikti ieviests, tas var izraisīt jebko, sākot no nelielas latentuma līdz ierīces avārijām un tīkla problēmām, kuras ir ļoti grūti diagnosticēt.
Zinot, kā tas darbojas un kur tas ir konfigurēts, jūs varat pieņemt pamatotākus lēmumus.Sākot ar pareizā "Link State Power Management" režīma izvēli klēpjdatorā, lai taupītu akumulatora jaudu, līdz lēmuma pieņemšanai par to, vai kritiski svarīgā serverī ir vērts upurēt dažus vatus un atspējot ASPM apmaiņā pret nevainojamu stabilitāti.
