AMD Ryzen Mobile 4000 系列移动处理器电源管理深度解析！
AMD Zen 2 微型架构追赶上英特尔 Coffee Lake 架构的性能，市占率逐渐上升，但对于移动市场而言，性能并不是唯一关心要素。AMD Ryzen Mobile Tech Day 大幅度展示代号 Renoir 处理器的电源管理与电力效率特点，直指过去很难染指的 x86 移动市场。
对于 AMD 粉丝或是期待 x86 处理器市场能有些变化的玩家，（重返荣耀）这档事逐渐通过 Zen、Zen+、Zen 2 架构超车竞争对手，不仅是在消费性桌面型电脑市场逐渐收复失土，更因企业级 EPYC 处理器所带来的单槽、双槽等级核心运算密度，瓜分到这块油到出汁的市场，VMware 更因为第二代 EPYC 处理器单槽最高可以提供 64 核心，从今年 4 月 2 号开始，单槽处理器若有 32 核心以上，需再购买 1 份 CPU 授权。
在这些成功故事旁边，AMD 自家其实还有个 x86 处理器市场有待攻克–移动市场。试想 Athlon 64/Opteron 那个荣耀的年代，AMD 于移动市场推出 Turion 64，而主要竞争对手还处于 32 位阶段，但最终结果不是 64 位输了，而是英特尔能源效率赢了，表明桌面型市场的策略成功，不能在移动市场如法炮制。（当然，英特尔 在移动市场推出比桌面型更好的微型架构，也是当年造成此状况的主因之一，还导致 MoDT（Mobile on DeskTop）的小流行。）
▲ AMD 整合图形显示的处理器历史大事纪。
AMD 处理器于移动市场续航力偏弱，这种情形一直延续至 APU 工程机具系列都没有改变，直到采用 Zen 微型架构的 Ryzen 移动版处理器上市，才感受到急起直追的能源效率比值，但仍旧差了那么一丁点。AMD 今年 2 月下半于美国举办 Ryzen Mobile Tech Day，会中除了强调 Ryzen 4000 Mobile 性能改进幅度，更多的是说明这款核心代号 Renoir 处理器的电源管理，官方续航力数据甚至比目前英特尔 第十代 Core 移动版处理器还好，就让我们来看看这突飞猛进的能源效率是如何做到的？
▲ AMD 为了强调 Ryzen Mobile 4000 系列在能源效率管理的用心，Ryzen Mobile Tech Day 当天展示间直接搬来开发测试平台，一旁白色堆叠在一起的机器，即为多路功率监测器。
一、加强电源状态侦测与选择策略
正式进入代号 Renoir，Ryzen Mobile 4000 系列移动处理器之前，AMD 替大家先上了一小段处理器如何节省电力消耗的科普课程。当然，如果各位读者曾经玩过 Linux-like 操作系统的 CPU governor 设定，其实已经具备相关的知识，可以跳过这一段说明。
整台电脑的电源管理，其实不仅仅牵扯到处理器自身，而是整个平台的软、硬件相互合作，加上用户对于性能高低的偏好，依据当下工作负载量选择运作状态。比如笔记本电脑目前电力来源为变压器或是内置电池、用户喜好偏向性能或是偏向续航力、操作系统未来的工作排程、BIOS/UEFI/驱动程序所揭示的硬件电源状态……等，都是最后统合决定需要因素之一。
▲一台电脑的电源状态，并非处理器说了算，而是考量到许多因素所做的决定。
在一堆节省电力消耗的做法之中，AMD 首先谈到了最基础的硬件动态频率调整，这个大众比较容易理解的做法。芯片运作频率越高性能越高，消耗的电量也会随之上升；芯片运作频率越低性能越低，但消耗电量也会随之降低。
目前绝大多数的高性能处理器均导入动态频率选择功能，若是目前各处理单元的使用率较高，硬件就采行更高的频率运作，反之亦然。当然，调高或是调低频率的使用率界限阀值，可以写死在硬件或是软体之中，亦可交由操作系统或是用户自行修改。
▲动态频率选择是能源管理当中容易被大众所接受的观念，频率高、耗电量高，频率低、耗电量低，频率高低调整通过监控使用率达成。
由硬件本身往上加 1 层 BIOS/UEFI/驱动程序，告知操作系统，该硬件支持何种电源状态（Cx、Sx……）、目前使用市电电力或是电池电力、该系统所支持的最大电力供应数值以及散热系统最大解热能力……等。
▲硬件和操作系统之间夹着 1 层 BIOS/UEFI/驱动程序，可以向操作系统提供该硬件所支持的各项电源状态。
再往上 1 层就属操作系统所管辖的范围，由于操作系统手握行程、执行绪工作排序，某种程度能够预测未来工作负载量或大或小，进而向硬件下达（你可以睡死一点，需要时我再叫你），或是（你可以小睡一会儿，等等还有事情要做）等不同程度的电源状态指示。
较高的电源状态仅可节省些许能源消耗，但回复至一般工作状态也比较快，更深层的电源状态能够节省许多电力，但就像父母叫小孩起床一样，三催四请延迟较长，也需要花费较大的嗓门能量。Renoir 处理器在此提供较新的 ACPI 状态，支持 Cstate1～Cstate3，操作系统能够根据未来可能的工作负载量，请 Renoir 睡死一点或是小睡一下，在性能与能源之间取得平衡点。
▲代号 Renoir 处理器，提供新款 APCI 支持 Cstate1～Cstate3，各状态之间可进入的最深电源状态深浅不一，让操作系统可以根据未来一段时间的预估工作负载量，告知硬件该如何省电。
电脑终究是替人类完成工作的一项工具，因此也得考虑到用户的偏好，比如 Windows 操作系统具备的电源计画，以及用户可以自行选择偏好性能或是偏好续航力的滑杆，都可以调整硬件节省能源消耗的积极程度。
▲电脑为人类服务，因此用户可以依据自身的喜好，决定电脑省电的程度。
那么 Renoir 该怎么做，才可以提供更好的能源效率呢？Ryzen Mobile 4000 系列移动处理器采用 TSMC 7nm 制程制造，更小的电晶体需要更少的电力，亦提供更快、更精确的频率选择决策，以及降低于不同电源状态进入、移出的延迟，最后的结果就是能够长时间待在低电源状态。
▲ Ryzen Mobile 4000 系列移动处理器频率选择更快、更精准，并可以工作移给较具能源效率的部分负责执行，不同电源状态的转换延迟也更少。
▲ AMD 以 PCMark 10 App Start 测试项目作为例子，Ryzen Mobile 4000 相较前一世代，处在低电源状态的时间变多了，大约可以节省 59％电力消耗。