静的消費電力と動的消費電力の違い：原因・式・温度依存・削減方法を比較

どんなときに使うか

静的消費電力を減らす

待機の時間が長い機器や、高温で動くチップ。パワーゲーティングで使っていないブロックの電源を切り、速さの要らない経路にはしきい値の高いトランジスタを使います。

動的消費電力を減らす

高い周波数で活発に動くプロセッサ。クロックゲーティングで無駄な切り替えを止め、DVFSで負荷に応じて電圧と周波数を下げます。

組み合わせ

電圧を下げると動的消費電力は2乗で減りますが、回路が遅くなって処理の時間が延び、その間のリークのエネルギーが増えます。そのため、1回の演算のエネルギーが最小になる電圧があります。

理解度チェック

1. クロックゲーティングとパワーゲーティングを比べた説明として正しいものはどれか。
2. CMOS回路で、ほかの条件を変えずに電源電圧だけを半分にすると、動的消費電力はどうなるか。
3. MOSFETがオフの状態で流れるリーク電流の主な成分の組み合わせとして正しいものはどれか。

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関連する用語の解説

静的消費電力

信号が切り替わらなくても、オフのトランジスタなどを流れるリーク電流によって使われ続ける電力。リーク電力とも呼ぶ。温度とともに急に増える。

動的消費電力

CMOS回路で、信号が切り替わるときに容量を充電・放電するために使われる電力。活動率α、容量C、電圧V、周波数fを使ってαCV²fで表す。

活動率

回路の信号が1クロックあたりに切り替わる割合。動的消費電力の式αCV²fのα。クロックゲーティングなどで小さくできる。

パワーゲーティング

使っていない回路のブロックへの電源の供給をスイッチで切り、リーク電力もほぼなくす低消費電力の手法。状態の保存と復帰の時間に注意が必要。

クロックゲーティング

使っていない回路ブロックへのクロックの供給を止めて、無駄なスイッチングによる消費電力を減らす低消費電力設計の手法。

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