A study of Intel’s Speed Shift power management technology

In modern processor design, lowering the energy consumption is of paramount importance. In PCs as well as in data centers, the CPU is the component consuming the most energy. Intel, from the Skylake processor generation and on, developed a hardware micro-controller, which is responsible for keeping the operating frequency at its optimal value, maximizing the performance per Watt. The logic behind such a microcontroller, however, is not disclosed. Hence the operating system and the HW controller may set contradictory operating points, leading then to performance degradation. In this work, we investigate non-documented features of the frequency scaling policy of Intel's Skylake processors, known as Intel Speed Shift or Hardware p-state (HWP). In our experiments, we investigated the response of the frequency controller in response to known workload patterns. A few characteristics were detected, analyzed and explained. Others are left as future work.

L'abbattimento del consumo energetico dei processori è un obiettivo sempre più importante. Nei personal computer e, in misura anche maggiore, nei data center, la CPU è il componente che consuma la maggior parte di energia. Intel, dalla generazione Skylake di CPU in poi, ha implementato un micro-controllore in hardware, responsabile della massimizzazione del rapporto fra performance e Watt consumati. Il suo funzionamento è tuttavia proprietario, e risulta una "black-box" con cui il sistema operativo collabora con difficoltà. Ancor peggio, la natura "segreta" delle decisioni del micro-controllore può finire per generare decisioni contraddittorie fra hardware e software e, conseguentemente, il degrado delle prestazioni. In questo lavoro si sono indagati gli aspetti non documentati della tecnologia Skylake dei procesori Intel nota come Intel Speed Shift o Hardware p-state (HWP). Considerato che la frequenza della CPU impostata dal controllore è funzione del carico di lavoro, si è studiato il profilo temporale della frequenza del processore in risposta a workload noti. I risultati ottenuti hanno portato all'analisi di alcuni fenomeni riscontrati, altri sono rimasti da indagare in lavori futuri.