使用Basemark PAT优化功耗应用程序

Teemu Virolainen 是Basemark的高级软件工程师。Basemark专门为全球领先的半导体和OEM公司如AMD、Imagination Technologies、Intel、NVIDIA、Renesas和Qualcomm开发行业领先的系统性能和功耗分析工具。其最富盛名的产品组合包括Basemark Metal、Basemark ES、Basemark X、Basemark OS和Browsermark.

也许,您的新款游戏即将发布,帧速率是流畅的60 帧,一切看似完美。然而,使用一段时间后,手机发热,电量指示不足。这将会让正沉浸在游戏中的玩家大失所望。

现代移动设备具有强大的原始计算能力。然而,其却受到散热和电池使用寿命的限制。总之,我们的手机具有极致体验感,但却在使用一段时间后由于移动芯片为限制热量输出开始降低时钟频率,于是用户体验感陡然降低。且有一天电池使用寿命会很容易变成仅有的几个小时。

这在新兴的移动虚拟现实应用程序中将是致命的弱点,原本运行平稳的游戏将变得运行不畅。

因此,为运行平稳而优化游戏是合理的——甚至到目前为止只是简单地降低每个特效的质量,但却可以为用户提供更长的电池使用寿命和更好的体验。

何为Basemark PAT

Basemark的功率评估工具(PAT)是一个易于使用的能耗测量工具,可用于通过标准微型USB端口充电的电池供电设备。


Basemark PAT提供了一个易于使用的测量功耗的机制

在手机和充电器之间插入PAT设备便可测量充电电压和电流。

PAT可以测量手机在充电或运行应用程序时的电流损耗

当手机电池充满电时,设备一般可以直接从充电器中获取所需电量。只有当其供电需求超过充电器承载范围时才转向手机电池。在这种情况下,PAT软件可以在测试后通过测量电池充电时间准确地确定真正的电量来源。但这种方法的缺点是,若加强用电量,其具体时间不能确定。但对于确定应用程序的平均功耗,这种方法效果很好。

对于运行时间较长的应用程序来说(且用户让设备一直插在手机和充电器之间),优化功耗是至关重要的,这样可以让充电器供给所有所需的电量。否则设备即使充电也会运行至枯竭状态。

PAT为移动设备提供了一个易于使用且准确测量功耗的解决方案

由于手机计算使用的所有功率都转化为热量,功耗不仅能决定整个电池的使用寿命,还可以影响设备的散热。因此使用PAT既可以指示电池使用寿命,又可以指示移动设备的散热状态。

案例研究

在本案例中,我们使用Basemark GPU手机高端基准作为我们测量的软件。连接PAT设备至最新一代使用PowerVR Rogue GPU的智能手机。

我们可以分别开启和关闭特效,并使用PAT来确定单个特效产生的额外功耗。在我们开始之前,先行观测一下。

下面的例子展示了在手机发热前运行完整的基准会出现的状态。在这种情况下,用电量非常之高,手机便开始从电池本身汲取电量。由于渲染目标在屏幕以外,因此在帧变化图上没有显示。这可能是展示移动GPU功耗的最佳方式。


全面运行使用官方测试设置的Basemark GPU移动设备,且充电期间电池可见

但是由于过热,手机不能长时间持有这种功耗。很显然进行重复测试时,测试比分会呈下降趋势。即使了解测试功耗可能十分有趣,但应用程序开发人员最应关注的是各种变化的相关影响。

再看看最坏的情况有何不同。这一次,用原始分辨率运行测试屏幕,并相应地开启和关闭所有的特效。这是一个高度人工测试用例,关闭了特效的视觉质量变得很低。但这却对于事情的发展和关切进行了展示。

首先,我们允许设备在连接到PAT时完全充电。然后在Basemark GPU手机中选择一个低质量模式并运行场景。随着基准开始运行固定数量的帧,场景持续时间也会相应发生变化,并不会固定在一定的时间内。

修饰花哨的场景以每秒30帧的帧率运行。但可以看到,在移动设备上其消耗了4.3W功率。关闭了特效的场景以60 fps运行,其消耗功率仅3 W。对原始总功率的比较显示,重测试使用的实际功率是300 J,且低质量场景仅有103J。这是每帧功率的3倍多。

更合理的做法是什么?通过删除SSAO(屏幕空间环境闭塞)效应,仍然可以保持很好的图像质量,但在整个运行过程中大约节省了25%的总功率。不断运行不垂直同步的测试,其功率差异仅有5.4%,但如果关闭SSAO特效的fps仅限于30 fps,那功率差异将逼近25%。

由于每个手机都有使用固定功率的部件,如显示屏,所以不可能如上述那样精准地比较测试结果。然而显示屏的效果是不足1W(实际上大约0.5W左右,取决于屏幕亮度)。如果我们将低质量场景限制在30 fps,它将下降至不足2W,使电池使用寿命延长2倍。

通过比较的方式进行这些测试至关重要,因为显示屏或其他部件如移动数据或WI-FI的基本功耗是未知的。此外,电池无效充电率也是未知的(但通常较低),大约10%左右。但10%对于较差的充电电路而言是比较高的数字。

由于这些未知因素,很难通过手机比较单个定量结果,且通常我们都不建议这样做。相反,应该执行的测量方式是保持其它因素不变,在开启或关闭不同特效的情况下测试设备,然后再使用功耗差异作为真实的数据。

小结

一般而言,所有这些因素都是在设计产品预计使用时间时必须考虑的。如果用户预计只一次花几分钟访问应用程序/网页,那么便不需要花费额外的精力来优化功耗。

但如果用户预计每次花5分钟或更多时间,那么对最终产品进行优化以使渲染更流畅便是大有裨益,这可以帮助您的客户享受更长的电池使用寿命且即使长时间使用也不会导致手机过热。

定价事宜

对于企业用户,PAT售价为995€+增值税。产品包括PAT设备、Windows PC桌面软件和高质量的USB电缆。目前下单数量有限,4月份投产量更大。订购信息请访问官网

原文链接: http://blog.imgtec.com/powervr/optimizing-power-consumption-basemark-pat

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