原创 新式待命模式 – Modern Standby 解析与实测案例分享

2021-5-11 13:45 2352 4 4 分类: 测试测量

何谓新式待命模式 – Modern Standby?

系统待命在系统电源管理中是不可或缺的一部分如何在有限的电池容量里取得使用时间的平衡是一个重要课题。举例来说,没有在使用系统时,透过让系统进入待命模式来有效控制电量耗损并延长使用时间;从待命模式中回复到正常操作环境,也比从执行关机后再开机的等待时间短。

「新式待命模式」就是一种以传统待命模式(S3)所发展出来的待命状态,这个概念最早从Windows 8开始,当时称为「Connected Standby」,经过OS操作系统的改版升级,Windows 10时代发展为「Modern Standby」。新式待命的概念主要是提供实时回复的用户体验,让系统可以从待命中快速回复到正常操作状态。

这个想法类似生活中的智能型手机,屏幕解锁后马上可以使用,当屏幕关闭时,背景持续保持网络连接,能收信、接收通讯软件的即时消息。新式待命透过背景保持网络连接并透过新的省电技术控制,在范围内维持软件运作,软硬件方面透过ACPI低电源闲置(Low Power Idle)的基础架构系统,支持Power Engine (PEP),D3装置电源状态支持等等,无论是传统搭配旋转式储存媒体(HDD)或是混合式储存媒体(SSD+HDD)的系统都可以支持新式待命。

新式待命模式 VS. 传统S3

和传统S3相比,新式待命模式的最大的差异是背景中维持网络连接,当系统进入新式待命时,系统会透过一系列的步骤来确认,透过优化相关行为来延后非系统关键功能(例如IO input),或是非现代待命相关的唤醒,并监控网络活动、电子邮件等;当系统都没有相关活动时,会进入「最深的运行时间闲置平台状态」(DRIPS),在这个状态则是最佳省电模式

新式待命模式优点

和传统S3相比,系统唤醒时间和回复较快,并且比S0更加节省电力,我们可从下图来看:

图1:系统状态与回复时间

图2:系统状态与电力消耗

以平台支持度来说,从Ice Lake大约70%左右的系统支持Modern Standby ,到Tiger Lake平台已经接近全面性支持Modern Standby。确认手上的系统是否支持 Modern Standby的方法很简单,可以透过Command Prompt (CMD)简单输入一串指令:「powercfg /a」,按下Enter键后,在 「Standby list」如果出现「S0 Low Power Idle」表示系统可以完整支持(参考图3),享受现代待命带来的用户实时体验:

图3:S0 Low Power Idle

储存媒体与新式待命的关联

以系统储存媒体支持方面来看,可以分几个面向:

  1. 最常见的SATA SSD,支持Device Sleep (DevSlp),可以在待命中有效增进电池寿命
  2. 主流储存媒介NVMe (PCIe),透过支持PCIe Power State L1.2,可以将储存媒体更有效进入低电源模式。

混合式储存媒体(SSD+HDD)可以透过将数据存放在Flash中,来加速回复时间和达到节省旋转头的省电需求;而传统旋转式储存媒体(HDD)在支持Modern Standby时,通常会透过加大快取(HDD Buffer)的方式,因为转头磁头的读写速度,会因为写入组件的移动时间而影响到回复(Resume)时间,加上旋转头旋转会增加电量的耗损。总结来说,支持Modern Standby并不需要一个相对高规的硬件需求,现有硬件即可以有效支持。Modern Standby Services为确保相关组件模块能够符合规范,Intel与Microsoft以Intel参考验证平台(Intel Reference Validation Platform, RVP)与各项组件制定了相对应的现代待命认证规范以及认证测试(Modern Standby Compliance Process)。认证种类请参考表1:表1:Device Categories

实际测试Modern Standby 的功能与耗电案例现代待命认证测试 – Modern Standby中有量测进入Low Power之后设备所消耗的电力,ACPI 定义D3当系统闲置时就会进入睡眠模式,这部分又分别为「D3 cold」与「D3 hot」,这两个都属于Modern Standby Power Status,D3 cold相对D3 hot的状态来说,为更加省电的状态,基本上在这个状态都是电源完全移除,而进入深眠的设备会消耗掉多少系统电力也攸关到整机的电池寿命。Modern Standby很重要的一个项目是回复时间,在这部分的规范是要在1000ms内将系统回复,如此一来才能提供使用者一个良好的操作感受。为使读者更加清楚,我们利用主流NVMe储存媒体来说明这些关键因素:1.【NVMe – D3Hot】以实测案例来看,进入D3后Power measured (mW) 平均值仅有1.5mW, Exit Average Latency规范要在1000ms之内,以NVMe的来看450ms就可以从睡眠模式中唤醒,透过的PCIe的NVMe储存媒体这部分也符合用户的实时体验,当使用者按下电源1秒内系统就可以正确唤醒并开始使用。表2:NVMe-D3Hot

2. 【NVMe – D3Cold】以实测案例来看,进入D3后Power measured (mW) 平均值为0mW(<1mW), 以NVMe来看,这部分几乎没有消耗掉系统电量,Exit Avg Latency为500ms来观察NVMe和D3 hot完全没有消耗电量的睡眠模式仅多花50ms的时间就可以从睡眠模式中唤醒,不但省电而且一样快速。表3:NVMe-D3Cold

总结来说,现代待命透过软硬件的支持,提供了快且实时的系统回复;特别是电量耗损,更加让人放心。透过新世代技术,待命模式下仅有消耗微弱电量,让系统能提供用户更长的使用时间。

作者: 百佳泰测试实验室, 来源:面包板社区

链接: https://mbb.eet-china.com/blog/uid-me-400317.html

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