對于嵌入式開發者來說，如何在低功耗和高性能之間取得平衡，是一項艱巨而持久的工作。而電源管理和工作負載整合兩種技術的誕生，正是為了幫助供應商解決這些困難與挑戰。

通過基于策略性的電源管理和動態遷移來降低能耗

根據國際能源機構(IEA)最新的報告數據來看，能源消耗正在穩步上升并且在未來的一段時間仍會持續增長。該報告還預估，到2015年，全球的能源消耗每年將以2.5%的速度增長，其中礦物能源消耗占據了主導地位。增長的部分主要來自于發展中國家生活方式的改變，而世界第一產業將持續為全球能源消耗的日益減少做出貢獻。

業界領先的電信運營商年報顯示，電信業的能源消耗持續增加，并出現在一些國家能源消耗大戶的名單上。因為這些運營商持續的引入復雜的信息和通信技術，導致外圍硬件設備的需求數量劇增，因此對能源的需求也隨之增加，進而導致二氧化碳排放量的增加，同時能耗的成本也隨之上升。但是運營商長期的財務壓力，勢必要求在降低能耗支出，同時滿足企業的社會責任需求和/或符合相應的法律法規。但是數據處理以及傳輸速率的提高，需要更多的通信設備來支持，這反過來又擴大了電信業的總體功耗。

為了獲得可持續的發展，電信運營商及設備提供商開始逐漸意識到并加強電源管理技術的投入，通過重點開發能源效率計劃，實現節能減排。部署于網絡系統中的AdvancedTCA®(ATCA)機箱，在其整個生命周期中，大部分二氧化碳排放主要來自于機箱本身的性能需要以及冷卻散熱的需求。功耗則主要來自于運營階段，在此階段的二氧化碳排放量占整個產品生命周期總排放量的80%左右。運營階段中的三個層次(輔助設備、網絡設備和能量轉換)將消耗能量，同時也是可以管理的部分。通過對相關技術的掌握，我們可以實現能耗的管理。

圖1. 僅有36%的能量消耗來自于網絡設備，如服務器、存儲設備以及網絡裝置，其中大部分的能量直接轉化為熱能，大約只有2.4%的能量是有效輸出。如今，供應商所提供的基于ATCA架構的網絡設備都采用了提升能源效率的解決方案，可以大幅節約輔助設備及電源轉換過程中的能耗。

合理的設計對于散熱管理非常重要，通過降低CPU的利用率，電源輸出隨之減少，進而降低機房內的散熱需求。最終既降低了二氧化碳的排放，又減少了因散熱產生的能源消耗成本。

電源管理的理念和技術

對于設備本身而言，也有一些設計理念可以用來幫助減少能耗。其中最為大家熟知的就是處理器級動態電源管理技術，這使得設備或系統可以被設置成不同的工作模式，如：性能/按需/節能/緊急。通過這項技術，可以對處理器進行動態電壓調節和動態頻率調節，從而進行有效的電源管理。通過動態電壓調節和動態頻率調節，處理器的核心電壓、時鐘頻率或者兩者都可以減小以降低能耗，同時還能滿足系統的性能所需。功耗限制功能可以讓系統或組件保持其能耗使用峰值在設定的數值范圍內(此數值通常根據實際的服務模式下的策略而定)，如CPU使用率的原始數據、并發會話數量等等。

ATCA機箱級的電源管理策略包含了用于負載整合的虛擬化動態遷移，此策略可以降低能耗和相關的成本/費用。服務器管理員可以借助動態遷移將一個正在運行的虛擬設備(VM)或應用在兩個不同的物理設備間遷移，且不會斷開與客戶端的鏈接或應用。動態遷移最典型的一個應用就是云計算中的資源管理。電信運營商擁有的成千上萬個虛擬設備(VM)都運行在其數據中心，為了節約能源和成本、負載均衡，這些電信運營商可以利用動態遷移對虛擬設備進行轉移，而無需中斷運行在這些虛擬設備中的客戶應用程序。

實時遷移的配置策略可以基于能耗感知的遷移模式和/或負載調度的模式而定，這取決于首要目的是節能還是優質的服務品質。實時遷移節能的關鍵是有效地對服務進行打包并提供給更少的物理服務器，物理服務器數量的減少意味著對電力能源的需求就會減少，所產生的熱量也隨之減少，從而實現節能的最終目的。

雖然實時虛擬設備遷移具有諸多益處，如資源(CPU，內存等)的分配和能耗感知的整合，但是虛擬設備的遷移本身也需要消耗額外的能量。曾經有一篇關于虛擬設備實時遷移的性能和能量模式的文章，發表在第20屆高性能分布式計算國際研討會會議論文集上，該篇文章講述了一個測試方法，用來測試實時遷移的功耗。結果顯示，當部署了能耗感知以及服務器整合模型后，實時遷移所消耗的能量大幅減少。這種模式引導的決策，大幅減少了72.9%的遷移成本，并且節能73.6%。

配置和控制管理策略

以電信行業為例，現今的ATCA機箱通常包括一組高品質的電源模塊以及智能風扇系統，可以用來控制溫度輸出和功耗。我們使用一個典型的ATCA機箱來做相關的測試，通過自動調整策略(根據周圍的溫度來決定風扇的轉速)，風扇(整個機箱的1/8)的功耗可以減少40%。

對于機箱剩余的7/8部分，可以通過嵌入式軟件設置每個刀片上的CPU、內存以及其他設備的頻率和工作模式，從而實現動態電源管理和/或功耗限定。通過智能固件和軟件層面的控制部署電源管理策略，可以大幅減少能耗。

從系統管理的角度來看，當系統的工作負載運行在滿負荷水平之下時，就可以按既定策略實現動態電源管理。同時在峰值期間也可以使用動態電源管理以減少功耗。然而，當功耗(能量)節約模式啟用時，處理器頻率將降低，從而影響工作負載的性能和吞吐量。

功耗限定功能可以通過顯示器或制動器的內部或外部處理實現。制動器可以提升處理器的電壓或提升處理器/內存的頻率。制動器也可以“抑制”處理器，即通過注入死循環來延遲對指令的處理。當功耗限定達到時以及限定技術啟用時，工作負載的性能可能會受到影響。

嵌入式電源管理軟件

電源管理軟件的拓撲結構是由多個系統守護進程的組件構成，其中每個組件都會管理一個刀片，和一個客戶端組件。