测试响应：基准测试能有效地比较能量效率吗？
要点
功率基准测量的是完成一项任务的能量，而不是能耗率。
能量效率逐渐成为区分两个类似处理器的一种更重要的因素。
功率基准测试必须使能耗与“足够好”的性能处理有效点均衡。
现在还不太清楚如何能公正地采用一种一致的方法测量能量效率。
用来比较两种可供选择的处理器的相对性能的基准，严格说来是提高设计生产率的工具。基准测试本身并不能使技术难题得以解决，但却能缩短开发人员为某个项目挑选处理器所花的时间。也就是说，在理想情况下，标准化的基准测试为开发人员提供一种方法，可以像挑选苹果一样快速而准确地比较可供选择的产品。嵌入式处理器基测试准的现实情况是，难以提供一种简单、快速、综合的处理方法来对各类应用系统和处理器体系结构进行挑苹果式的比较。除了处理器性能基准之外，几个团体目前还在研究能对处理器的功率和能量效率进行有意义的描述和比较的方法。
用来比较处理器性能的基准已经存在很多年了，这些基准的核心都强调一段时间内处理器能够完成多少工作，而忽略或不重视达到这种性能水平所需的功率效率和成本。为了弄清楚什么样的数据可以揭示一个系统在某个应用的设计和实现中的工作情况，需要依赖于使用某套基准的人（参考文献1）。虽然市场调查资料仍然引用着指令/秒等综合处理器性能的数据，但是，由于其对处理器在特定场境下的运行情况提供的相关信息少之又少，所以这些数据对于设计人员来说通常没有什么用处。
BDTI公司（伯克利设计技术公司）、EEMBC（EDN 嵌入式微控制器基准财团）和SPEC公司（标准性能评估公司）等基准团体都支持强调处理器在执行专用任务时的性能的基准集。BDTI公司和EEMBC的研究人员都在研究如何扩展其基准测试集，为的是测量和比较处理器在执行专用任务时的能量效率（附文《能量与功率》），而不是测量和比较功耗。这些任务的范围不只是测量一种功能（如FFT）和表征较高级别任务性能（如音频或视频解码器级）的地址的执行效率。
与生成处理器性能基准相比，确定并执行有意义的能量效率基准更具挑战性。性能基准测试目前侧重于测量处理器的最大处理性能。当开发人员试图确定某款处理器是否能够提供实现某组功能所需的性能，特别是在只有一组数目有限的候选处理器能够满足项目的性能要求时，这一信息是非常有用的。然而，随着能够满足给定性能阈值的处理器数目不断增加，功耗或能量效率就成为区分这些候选处理器的更重要的因素。
虽然在有源模式下，处理器功耗占总系统功耗的百分比很小，但是，应用系统正在处理呈指数增长的计算负荷（例如在处理较大图像时），而且更需要较好的处理器能量效率。作为一个新兴的实例，供患者在家中使用的医疗设备（例如可佩戴的和植入的健康监测装置）除了处理不断增加的计算负荷之外，还有尺寸上的限制，不得不使用微型电池，而这些电池必须能够持续使用很长的时间——也许长达数年。
一个器件的功耗是其静态功耗和动态功耗之和。在正常工作条件下，动态功率超过静态功率。对于长期休眠或待机工作的应用系统来说，静态功耗成为决定电池寿命的一个主导因素。晶体管漏电是静态功耗的最大分量。随着栅极介质厚度的减小，晶体管漏电反而呈指数增长。这种情况表明，随着晶体管几何尺寸的不断缩小，漏电电流会增大。处理器设计师可以采用多种技术来将静态功耗降到最低，同时要使应用系统开发人员能够降低动态功耗（参考文献2）。降低静态功耗的技术有：在非关键路径的电路中使用速度较慢的晶体管；对漏电的快速晶体管进行钝化；动态控制晶体管衬底的本体偏置。
下列公式可描述处理器的动态功耗：P=CFV2，式中，C是处理器的动态电容，F是时钟频率或开关频率，而V是电源电压。处理器设计师使用包括低功耗工作模式、频率换算和电压换算等在内的功率管理技术，来使应用系统开发人员能将动态功耗降低到最小。
复杂性上升
一个系统的专用软件及其使用处理器资源的方法都会对处理器的能量效率产生很大的影响，而这种情况使如何定义、测量和标定一个执行特定应用任务的处理器的能量效率变得极其复杂（附文《反直觉的能量效率》）。采用可公用的参考代码来进行基准测试是不切实际的。首先，开发人员很可能从来不会原样使用这一参考代码，但会根据目标处理器的体系结构、资源以及任何可用的专用加速器，对该代码进行优化。
使用非优化参考代码的不合理性对于各种性能基准测试来说没有什么不同。然而，性能基准测试的优化（例如采用EEMBC公司的“full-fury”基准测试）可能会不切实际地使用内存及其它处理器资源来获得最高的性能。功率基准测试必须考虑这种情况：当开发人员优化参考代码时，必须在能耗和利用该代码得到“足够好”性能之间保持平衡。性能基准测试目前忽视了这一要求。
因此，要获得适合于某一处理器一系列性能点的有效功率基准测试，可能会涉及到使用不同算法、软件代码和片上资源。这一要求对设计师在不同性能点上对同一器件进行挑苹果式比较的能力会产生很大的影响，更不用说这一要求在比较不同的处理器体系结构时意味着什么了。然而，这种情况是不切实际的，原因就在于基准应该是一种提高开发生产率的工具，有助于设计师迅速考察候选的体系结构和配置，并且更快地做出折衷的决策。
一种折衷方案是在多个性能点上，在多个时钟频率和多个电压下执行相同的优化代码，这意味着，当处理器厂商将功率基准测试应用于处理器时，该厂商的优化代码应该针对性能有效点。基准测试数据在该有效点及其附近最适宜，而对远离该有效点的性能点则可能失去有效性。因此，处理器厂商必须标出目标的性能有效点；不过，对于用标准化的性能阈值进行的专用基准测试来说，这一问题可能并不重要。
更多挑战
EEMBC公司总裁Markus Levy说：“在硬件上运行基准测试集是很容易的，但测量能耗却是很困难的。与之相反，测量IP（知识产权）内核的能耗是很容易的，而在IP内核上运行基准测试集却是很困难的。”这种说法表明：EEMBC公司的基准测试能以处理器速度在硬件上执行，但却要在数天的周期内使用IP内核的门级网表进行仿真。同样地，将测量装置连接到硬件的什么地方，在测量中应该包含哪些系统子部件，测量何时开始和何时终止，这些有时是不明显的。在进行IP内核仿真时，获得任何位置的数据是一件相对简单的事情，给仿真配备仪器就是了。
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