現(xiàn)在的移動設(shè)備用SoC（system on a chip，系統(tǒng)芯片）可謂是省電化技術(shù)的集合體。這些SoC配備可根據(jù)負(fù)荷控制驅(qū)動電壓和工作頻率的DVFS（dynamic voltage and frequency scaling，動態(tài)電壓與頻率調(diào)節(jié)）技術(shù)、按照芯片上的每個電路塊進(jìn)行開關(guān)控制的電源門控及時鐘門控等，具備多種電力模式，可根據(jù)不同的OS選擇合適的電力模式運(yùn)行，從而削減耗電量。

　　東芝研究開發(fā)中心新開發(fā)的SoC省電化技術(shù)可最大限度地延長系統(tǒng)處于耗電量最低的電力模式——深度休眠狀態(tài)的時間，這是通過改進(jìn)軟件來實(shí)現(xiàn)的。使用配備電子紙顯示屏的安卓信息終端試制品，在瀏覽文檔并進(jìn)行一些操作的情況下，平均耗電量大約可降至原來的1/2，在不進(jìn)行任何操作只觀看屏幕的狀態(tài)下，平均耗電量可降至原來的約1/5注1）。

利用配備電子紙顯示屏的試制品確認(rèn)了新技術(shù)的效果

　　注1）用來確認(rèn)效果的試制品配備了集成Cortex-A8內(nèi)核的SoC“i.MX508”（飛思卡爾半導(dǎo)體公司）、512MB容量LPDDR2 DRAM以及帶觸摸屏功能的9.7英寸電子紙顯示屏等。該試制品在淺度休眠時的耗電量約為42mW，深度休眠時的耗電量約為2mW。

　　可尋找空閑時間自動進(jìn)入深度休眠

　　以前，設(shè)備只能在用戶發(fā)出掛起（Suspend）指示或者電池剩余電量減少等暫時不使用的情況下，才能進(jìn)入外部時鐘也會關(guān)閉的深度休眠狀態(tài)。新技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)是，可在用戶使用設(shè)備時尋找空閑時間自動進(jìn)入深度休眠，并能夠在用戶察覺不到的情況下恢復(fù)（圖1）。

圖1 無需用戶發(fā)出指示即可進(jìn)入“深度休眠”

　　設(shè)備正在被使用時，即便用戶沒有發(fā)出指示也能尋找空閑時間進(jìn)入“深度休眠”狀態(tài)，以減少耗電量

　　不過，進(jìn)入深度休眠也有損失。進(jìn)入深度休眠時，必須在關(guān)閉閃存電源之前將最新的數(shù)據(jù)寫回到DRAM上注2）。而且，從休眠狀態(tài)恢復(fù)時，還要使閃存內(nèi)的數(shù)據(jù)無效，或者等待關(guān)閉的外部時鐘穩(wěn)定下來。針對這些，東芝優(yōu)化了進(jìn)入深度睡眠和恢復(fù)時閃存處理的程序，并將石英振蕩器改成了硅振蕩器，從而將進(jìn)入深度休眠造成的耗電量損失及要多花費(fèi)的時間降低到了最小限度。

　　注2）寫回數(shù)據(jù)之后，會使DRAM進(jìn)入耗電量低于工作狀態(tài)的待機(jī)狀態(tài)。

　　超過損益平衡點(diǎn)就會進(jìn)入深度休眠

　　設(shè)備是怎樣進(jìn)入深度休眠的呢？當(dāng)Linux OS沒有任務(wù)、進(jìn)入空閑狀態(tài)后，要進(jìn)行兩項判斷：（1）SoC上的輸入輸出電路是否在工作，（2）等待時間是否長到可以抵消進(jìn)入深度休眠的損失。如果兩個條件同時滿足，則進(jìn)入深度休眠（圖2）。

　　圖2 還考慮了進(jìn)入深度休眠的損失

　　進(jìn)入深度休眠狀態(tài)后，耗電量會降低，但進(jìn)入這種狀態(tài)和恢復(fù)的處理會臨時消耗多余的電力。新技術(shù)可根據(jù)定時器的設(shè)定值來推測空閑時間，如果空閑時間長于損益平衡點(diǎn)（約13ms），就會選擇深度休眠。而且，還通過優(yōu)化程序，縮短了進(jìn)入深度休眠和恢復(fù)到工作模式的處理時間。（該圖由《日經(jīng)電子》根據(jù)東芝的資料繪制）

　　要進(jìn)行第一項判斷的原因是，如果SoC在存儲器或顯示器的控制器等的輸入輸出電路正在工作時進(jìn)入深度休眠，就會發(fā)生嚴(yán)重的錯誤。對此，東芝采用了一種機(jī)制，那就是在要求輸入輸出電路進(jìn)行處理時，將標(biāo)志位設(shè)為True，當(dāng)接收到用來通知處理完成的中斷時，再將標(biāo)志位設(shè)為False。這樣，OS便可以立即判斷出輸入輸出電路是否正在工作。

　　進(jìn)行第二項判斷是為了只在比淺度休眠更有利的情況下進(jìn)入深度休眠。進(jìn)入深度休眠以及從深度休眠恢復(fù)時均會額外消耗電力，因此，如果空閑時間短于一定時間，則淺度休眠更合適。

　　關(guān)于空閑時間，該技術(shù)會忽略用戶輸入造成的中斷，只根據(jù)OS的定時器設(shè)定值來推斷。原因是準(zhǔn)確預(yù)測用戶的輸入非常困難。木村表示，“盡管有時會在超過損益平衡點(diǎn)之前發(fā)生用戶輸入，但用戶的輸入間隔很長，因此我們認(rèn)為，從總體考慮，忽略這種輸入更為合理。”

　　從深度休眠恢復(fù)所需時間為1.8ms，用戶的操作感幾乎不會下降。從此次的試制品來看，在輸入輸出電路全部停止工作時，如果距離定時器設(shè)定的下次中斷的時間長于損益平衡點(diǎn)——約13ms，終端就會進(jìn)入深度休眠。

　　東芝將這項技術(shù)與電子紙顯示屏結(jié)合起來的原因是，可以輕松使顯示控制器停止工作。普通液晶顯示屏需要按幀發(fā)送影像信號，顯示器控制器會一直工作，因此設(shè)備很難進(jìn)入深度休眠。此次的技術(shù)比較適合配備電子紙及內(nèi)置內(nèi)存的液晶屏等非易失性顯示屏的設(shè)備，以及不配備顯示器的M2M（machine to machine）終端。