فناوری Turbo Boost در پردازنده های اینتل چیست و چگونه کار می کند؟

سَنَدی رسمی از شرکت اینتل در سال ٢٠٠٨ منتشر شد که فن‌آوری Turbo Boost را به عنوان مشخصه‌ی جدیدی در پردازنده‌های مدرن بر پایه‌ی معماری Nehalem معرفی می‌کرد. امکان مشابهی با نام IDA یا Intel Dynamic Acceleration به معنی «شتاب دهنده‌ی پویای اینتل» هم قبل از آن در بسیاری از پلتفرم‌های Centrino ی خود اینتل وجود داشت که بر خلاف توربو بوست در بازار از آن استقبال چندانی نشد و مورد توجه قرار نگرفت. این تکنیک، فرکانس هسته‌ها را به صورت پویا بر اساس تابعی از هسته‌های فعال در آن زمان تغییر می‌داد. وقتی که سیستم عامل یکی ازهسته‌ها را به حالت بیکار یا خواب سوییچ می‌کرد، بقیه‌ی هسته‌های فعال به صورت پویا به فرکانس بالاتر شتاب داده می‌شدند. فن‌آوری اختصاصی شرکت اینتل با نام توربو بوست قادر است تا راندمان پردازنده و گرافیک مجتمع در تراشه را تحت پردازش‌های سنگین افزایش دهد. در این تکنیک، هسته‌های پردازنده به صورت خودکار در فرکانسی بالاتر از فرکانس پایه‌ی تعیین شده کار خواهند کرد اگر و فقط اگر بیشینه‌ی دما، مصرف توان و جریان ورودی به سقف میزان تعیین شده نرسیده باشد. اینکه پردازنده چه زمانی به حالت توربو بوست سوییچ کند و چه مدتی را در این حالت سپری کند بستگی به بار پردازشی و شرایط عنوان شده دارد.

حداکثر فرکانسِ توربو بوست، بالاترین فرکانس ممکنی است که وقتی عوامل لازم فراهم باشد پردازنده در حالت توربو بوست قابلیت دسترسی به آن را خواهد داشت. همچنین فرکانس توربو بوست به نسبت بار پردازشی، سخت افزار، نرم افزار و ترکیبات کلی سیستم متغیر است. از آنجا که مشخصه‌های مصرف و توان تعیین شده برای پردازنده‌های مختلف متفاوت است، ممکن است فرکانس کاری برخی از مدل‌های دارای فن‌آوری توربو بوست، تحت پردازش‌های سنگین و یا کارکرد همزمان تمامی هسته‌های خود به سقف فرکانس تعیین شده برای آنها نرسد. در دسترس بودن و میزان افزایش فرکانس در حالت توربو بوست به برخی فاکتورهای لازم و نه کافی مانند موارد زیر بستگی دارد:

• نوع بار پردازشی
• تعداد هسته‌های فعال
• برآورد جریان برق مصرفی
• برآورد توان مصرفی
• دمای پردازنده

وقتی پردازنده در حال کار پایین‌تر از سطح محدودیت‌های تعیین شده‌ی بالا باشد و بار پردازشی کاربر روی سیستم هم راندمان بالاتری را طلب کند، فرکانس پردازنده به صورت پویا تا سقف فرکانسی تعیین شده افزایش خواهد یافت. فن‌آوری توربو بوست اینتل نسخه‌ی 2.0 هم دارای الگوریتم‌های متعددی است که به صورت همزمان اجرا می‌شوند تا جریان ورودی، توان و دما را برای رسیدن به بالاترین فرکانس ممکن در کنار بهینه‌ترین حالت مصرف انرژی مدیریت کنند. توجه داشته باشید که نسخه‌ی دوم از فن‌آوری توربو بوست به پردازنده اجازه‌ی کارکردن در سطح توانی بالاتر از مقدار تعیین شده در مشخصه‌ی TDP آن را برای بازه‌ی زمانی کوتاهی می‌دهد. TDP یا Thermal Design Power حداکثر میزان حرارتی است که سیستم خنک‌کننده باید توانایی دفع آن از سطح پردازنده را داشته باشد. TDP به عنوان ملاکی برای برآورد خنک کننده‌ای که برای پردازنده‌های مختلف احتیاج است به کار می‌رود. لازم به ذکر است که افزایش فرکانس در حالت توربو بوست به صورت پله‌ای است. این افزایش در ابتدا و در نسل پردازنده‌های Nehalem با قدم‌های ۱۵۰ مگاهرتز انجام می‌شد و سپس در نسل‌های Sandy Bridge, Ivy Bridge و همینطور Haswell به قدم‌های ١٠٠ مگاهرتزی تبدیل شد. اگر پردازنده از هر کدام از محدودیت‌های الکتریکی یا حرارتی تعیین شده در این حالت عبور کند، فرکانس کاری به صورت خودکار و با قدم‌های ١٣٣ یا ١٠٠ مگاهرتز کاهش خواهد یافت تا زمانی که پردازنده مجددا به قلمروی محدودیت‌هایی که برایش تعیین شده بازگردد.

پردازنده‌ی Core i7-2920XM را در نظر بگیرید. فرکانس عادی این پردازنده ٢٥٠٠ مگاهرتز است. حالت توربوی تعیین شده برای این مدل هم اینگونه است: ٧/٧/٩/١٠ که عدد ٧ اول بیانگر مضربی از ١٠٠ مگاهرتز است که در هنگام فعال بودن هر ٤ هسته‌ی این پردازنده اعمال می‌شود. عدد ٧ دومی هم مضربی است که در هنگام فعال بودن ٣ هسته‌ی این پردازنده بکار می‌رود و به همین ترتیب عدد ٩ در هنگام فعال بودن تنها ٢ هسته و عدد ١٠ هم در صورت فعال بودن تنها ١ هسته در١٠٠ ضرب می‌شود و به فرکانس پایه‌ی پردازنده در حالت توربو بوست اضافه می‌گردد.

با این اوصاف می‌توان به راحتی استنباط کرد که داشتن تهویه‌ی مناسب و دمای مطلوب یکی از پیش نیازهای لازم برای رسیدن به بالاترین فرکانس کاری در فناوری توربو بوست است که این امر در دستگاه‌های با تهویه‌ی محدود و فشرده مثل لپ‌تاپ‌ها اهمیت به‌سزایی هم دارد. چرا که خنک کنندگی بهترمی‌تواند پردازنده را در بیشترین زمان ممکن در حالت توربو بوست حفظ کرده و در عین حال بالاترین فرکانس تعیین شده برای آن را هم تضمین کند. همین‌طور اگر از سوی دیگر بخواهیم به مساله نگاه کنیم، اختلال در سیستم خنک کننده و حرارت بالاتر می‌تواند دستگاه را از رفتن به حالت توربو بوست و رسیدن به فرکانس بالاتر بازداشته و از راندمان کلی آن بکاهد. امری که در دستگاه‌های قابل حمل با خنک کننده های فعال( دارای فن)به نسبت میزان کارکرد و شرایط محیطی دیر یا زود رخ می‌دهد و باعث کاهش توان سیستم خنک کننده، نویز بیشتر و احتمالا افت عملکرد می‌شود و معمولا هم کاربران به علت اصلی آن، حداقل در مراحل اولیه‌ی رخ داد پی نمی‌برند و عوامل نرم افزاری یا ویروس‌ها و بدافزارها را علت اصلی آن قلمداد می‌کنند. منبع: Intel