哪些 CPU 指令最耗电？答案

【问题标题】：What CPU instructions use the most power?哪些 CPU 指令最耗电？
【发布时间】：2012-09-24 19:00:59
【问题描述】：

背景是这样的：下周我们办公室将有一天没有暖气，因为维护。室外温度预计在 7 到 12 摄氏度之间，因此可能会变冷。便携式电加热器太少了，无法满足所有人的需求。

但是，我在大约 6-8 平方米的办公室里有一个大的 honkin'（3 岁）工作站（HP xw8600 和 3.0 GHz 四核 Xeon），应该能够输出几百瓦热。运行 Furmark 将最大限度地使用 GPU，但我不确定如何最好地使用 CPU。

上次我在冷办公室时，我要么编译得更频繁，要么只是启动了 4-8 个运行 Norton Commander 的 DOSBox:es，但我认为使用 SSE1-2-3-4、MMX 等可以做得更好，即每个周期做更多工作的东西。

那么，哪些 CPU 指令在每个周期切换最多的晶体管，从而使 CPU 消耗最多的功率，从而释放出最多的热量？

如果我有一个功率计，那么我可以对自己进行基准测试，但我认为这对于 SO 人群来说将是一个有趣的挑战。 :)

【问题讨论】：

您正在用基准为办公室供暖？有点像 MacGyver 的风格，你不觉得吗？ ;o)
Cathodique 屏幕可能会有所帮助。
@KaiMattern：MacGyver 是我在学校的昵称。去搞清楚。 :)
“什么 CPU 指令” - 对于现代超标量 OOO 处理器，您应该混合使用不同的指令来加载所有内部执行端口。仅使用 SSE4 或 AVX 将仅加载 6-8 的 2-3 个端口。
建议使用指令集更有限的旧 CPU 会更容易回答和更能说明问题吗？功率只是翻转了多少晶体管和所有闭合电路的长度的一个因素吗？

标签： cpu cpu-usage power-management

【解决方案1】：

对于您的特定目标，如果您真的想将您的系统用作热发生器，您首先需要确保冷却系统运行良好（将热量从盒子中排出）。今天的处理器被设计为在达到临界温度时自行调节，当使用适当的散热器并且处理器处于 TDP 时会发生这种情况（Thermal Design Power 是处理器使用正常程序的最大功率）。如果您有更好的散热器和良好的通风（箱式风扇？），假设您的电源可以处理它，您可能会超越 TDP。如果你关掉风扇，你基本上会马上达到热极限。

更明确地说，消耗最多的单个指令通常是在缓存中丢失并进入内存的加载指令。为了保证未命中，您需要分配一块比最后一级 CPU 缓存更大的内存并在该内存周围跳跃。最大功率情况下的跳跃模式有点复杂，因为您试图同时在缓存层次结构的每个级别上获得最大未命中数。如果您有 3 级高速缓存，在给定的时间段内，您对 L1 的未命中率可能比对 L2 的未命中率要多于对 L3 的未命中率，而不是对 DRAM 页面的未命中率。（并且您的处理器的特定设计将对未命中有一个总限制。）在未命中之间，指令并不重要，但我猜 SSE4 乘法之一（PMULUDQ）可能是最好的，因为许多现代处理器，它们执行得非常快，并且通常会做很多工作（与添加相比）。

有趣的是，运行 GPU 可能会限制使用 L3 缓存未命中产生的热量，因为 GPU 可能会阻塞内存。在这种情况下，您应该确保对 L3 的所有访问都是命中，但您在其他级别中丢失了。

【讨论】：

参加 TDP 可能就足够了。无需从字面上烧毁CPU。但是，我希望对您关于缓存未命中燃烧功率的声明进行一些验证。我希望 CPU 会空闲并等待内存 15-200 个周期。 @osgx'es 评论 w.r.t.上面的 SIMD 更符合我的直觉......
你是对的，如果你所做的只是缓存未命中，那将不会消耗足够的能量，但正如我上面建议的那样，你想编写缓存中不断丢失的代码并且在指令之间尽可能多地使用处理器。此外，高于 TDP 并不意味着您会烧毁 CPU。 TDP 只是冷却系统的一个规格。如果你有更好的冷却系统，它可以处理更多。
好的。这一切都说得通。谢谢！
您能否提供一些代码示例，如您所描述的，您如何设法实现缓存未命中和此类执行方案？

【解决方案2】：

对于 GeForce 显卡，我的 CudaMFLOPS 程序（免费）对于获取显卡的高温非常方便。如果您有相应的卡详细信息在：

http://www.roylongbottom.org.uk/cuda1.htm#anchor8

我发现我的测试使用 L1 缓存中的数据执行 SSE 指令通常会产生最高的 CPU 温度。

【讨论】：

【解决方案3】：

CPU 使用 Prime95。这是轻量级的，可以很好地加载所有内核。不过，您不会真的从 3ghz xeon 中获得太多热量。那个时代的芯片通常适用于平均冷却超过 4ghz，而高端水回路接近 5ghz。使用 6 核芯片 @ >4ghz 并添加额外电压，您可能会达到 200w TDP，但使用该系统，您将幸运地将 cpu 提高到 100w。

至于 GPU，Heaven Benchmark 非常适合快速升温。同样，除非您拥有高端卡，否则不太可能产生几百瓦的热量。 AMD gpus 上的另一种选择（也许 nvidia 也是？）是使用 crpto 货币挖掘软件，也许得到一个安装了挖掘 linux 发行版并准备就绪的 USB 记忆棒。您也可以在同一台钻机上使用 Prime95，因为采矿软件使用的 CPU 时间非常少。

实际上，我用电脑的热量让几个房间在冬天保持温暖，只是很少需要额外的加热。这是通过一个加密货币采矿设备完成的，该设备有 4 个 GPU，24/7 全天候在 ~80 摄氏度下运行，并带有一个箱式风扇，用于在房间内循环空气。那台钻机有一个 1300W 的 PSU。我是否可以建议您不要尝试使用计算机来保暖，而要多穿衣服？

【讨论】：