鲲鹏处理器低功耗特性:为数据中心节能减负
发表于 2025/04/29
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数据中心作为支撑云计算、人工智能、大数据等数字化技术的核心基础设施,是驱动数字经济与实体经济深度融合的关键引擎。伴随全球数据中心产业的持续扩容升级,我国数据中心产业规模与服务能力同步提升,但与此同时,其能耗强度与运营成本也呈现显著增长态势。据预测,到 2025 年,我国数据中心用电量将占全社会用电总量的 2.4%。此外,《中国能源报》数据显示,2024 年至 2030 年间,全国数据中心用电量年均增速预计达 20% 左右,显著高于全社会用电量增速,凸显出数据中心绿色化转型的紧迫性。
在数据中心整体能耗结构中,服务器功耗占比约 60%,而 CPU 是整机功耗的核心组成部分。因此,降低 CPU 功耗不仅是控制服务器能耗的关键路径,更是实现数据中心绿色化转型的核心抓手。通过优化 CPU 能效,不仅能直接削减数据中心的电力支出,还能减少散热需求,从而提升服务器运行稳定性与用户服务品质。
华为鲲鹏 920 处理器全面支持 Linux 操作系统的 OSPM(Operating System Power Management)框架,具备核心级动态调频(DVFS)与 Die 级动态调压能力,并深度兼容 Linux 内核 CPUFreq 调频架构。此外,其引入了 BIOS 动态能耗管理技术(DEMT,Dynamic Energy Management Technology),通过 PMU 实时跟踪 CPU 状态,包括 CPU 利用率、频率和电压等,依据调频算法,进一步采取调频调压的操作,在特定场景下可以实现比 OSPM 更优的能效表现。
在 Uncore 功耗管理方面,鲲鹏 920 支持 Uncore Frequency Scaling(UFS)技术,覆盖 L3 高速缓存、片上总线及关键外设组件。启用 UFS 后,固件将根据 Uncore 负载流量动态调整 Uncore 的频率与电压。UFS 提供双模功耗管理:当处于性能优先模式(Fast Mode)时,在 Uncore 有负载时立即将其提升至峰值频率,空载时迅速降至最低频率;而在能效优先模式(Smooth Mode),将根据 Uncore 的负载率平滑调节 Uncore 的频率和电压。此外,当 CPU 负载空时,鲲鹏 920 处理器可以通过 WFI 指令触发时钟门控(Clock-gating)机制,关闭闲置时钟域,进一步降低处理器以及系统功耗。
鲲鹏服务器还支持 IO 低功耗和 HCCS 低功耗。其支持加速器(ZIP 压缩、SEC 安全、HPRE 加解密)在空闲时自动关闭电源,进一步降低系统待机功耗。而 PCIe 系统支持 2 种功耗管理机制,一种是由驱动发起的 PCI-PM,一种是设备主动发起 ASPM。在 PCI-PM 机制下,由软件(驱动)控制 PCIe 链路进入到低功耗状态。而在 ASPM 机制下,当 RP 和设备发现链路空闲时,双方协商让 PCIe 链路进入到低功耗状态。HCCS 为片间互联模块,当开启 L0p 后,HCCS 可根据跨片流量自动调整带宽,不使用的带宽将进入低功耗状态。
鲲鹏服务器在内存管理方面也引入了一系列先进的低功耗特性。为了减少不必要的能量消耗,当某些 DDR 通道未被使用时,系统能够自动识别并将它们关闭。此外,当系统处于空闲状态或低功耗状态时,内存可以切换到 SelfRefresh 模式。在这种状态下,内存通过内部机制自动刷新存储单元中的数据,无需外部时钟和控制器的参与,从而显著降低功耗。为防止因温度过高而导致硬件损坏,鲲鹏服务器配备了精密的过温保护功能。一旦检测到温度超出安全范围,系统将采取措施降低工作负载或者调整运行参数以降温。此外,鲲鹏服务器还允许用户设置一个最大功耗限制值,确保系统不会超过预设的能量消耗水平。这对于数据中心等对能耗有严格要求的环境尤为重要。