專利名稱：用于熱控制的確定性功率估計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微處理器的熱控制。
背景技術(shù)：
隨著新微處理器復(fù)雜度的日益增加，熱控制變得愈發(fā)具有挑戰(zhàn)性。當(dāng)前的微處理器包括大量的執(zhí)行資源來支持多個(gè)指令的并發(fā)處理。給微處理器提供大量執(zhí)行資源的一個(gè)缺點(diǎn)是，需要大量的功率來運(yùn)行這些微處理器。不同的執(zhí)行單元可能消耗較多或較少的功率，這取決于它們的尺寸和它們實(shí)現(xiàn)的功能，但是將如此多的邏輯壓縮到相對(duì)較小的處理芯片的實(shí)際結(jié)果是可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的功率發(fā)散(power dissipation)問題。
在傳統(tǒng)的熱控制系統(tǒng)中，觀察管芯上的結(jié)溫度(Tj)以確保它不會(huì)超出容許的最大值，進(jìn)而來避免可靠性問題。當(dāng)結(jié)溫度達(dá)到容許的最大值時(shí)，可以激活抑制機(jī)制(throttling)以冷卻微處理器，而這導(dǎo)致明顯的性能損失。
通過測(cè)量管芯靠近公知熱點(diǎn)的區(qū)域的溫度，可以完成對(duì)結(jié)溫度是否超過最大容許值的檢測(cè)。一些微處理器使用在微處理器管芯上的熱二極管來進(jìn)行溫度跟蹤。溫度跟蹤可以用于當(dāng)溫度級(jí)別超出最大容許值時(shí)激活某些種類的抑制機(jī)制，或者可以用于當(dāng)溫度級(jí)別較低時(shí)提高微處理器的性能級(jí)別(例如，增大電壓/頻率)。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)經(jīng)過熱二極管的電流是時(shí)間的函數(shù)。因此，至少在一些傳統(tǒng)熱控制系統(tǒng)中，提供了一個(gè)電路，該電路適于檢測(cè)經(jīng)過熱二極管的電流量，并且只要當(dāng)管芯上的溫度超出容許的最大值時(shí)，就觸發(fā)抑制機(jī)制。
當(dāng)前使用的熱二極管防止微處理器處于過熱的狀況，但是在移動(dòng)系統(tǒng)中它可能不是很有用。通常，在常規(guī)工作條件下運(yùn)行一般應(yīng)用時(shí)，移動(dòng)系統(tǒng)的原始設(shè)備制造商(OEM)不希望支持基于熱二極管的抑制機(jī)制。熱二極管抑制機(jī)制給移動(dòng)系統(tǒng)引入了非確定性行為，而這是OEM希望避免的。OEM的運(yùn)營(yíng)基于這一假設(shè)，即同一類型且具有相同芯片版本的系統(tǒng)相似地運(yùn)作并且提供相同的基準(zhǔn)分(benchmark score)。由于每個(gè)芯片具有不同的熱響應(yīng)、漏電流等，所以基于熱二極管的抑制機(jī)制產(chǎn)生了非確定性行為。


本發(fā)明的多個(gè)特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將從下面的詳細(xì)描述、所附權(quán)利要求和附圖中變得更加明顯，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的熱控制系統(tǒng)的方框圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的功率使用監(jiān)控單元的方框圖；以及圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例來估計(jì)微處理器的功率使用的流程圖。
具體實(shí)施例方式
為了充分理解本發(fā)明，在下面的描述中闡述了許多具體細(xì)節(jié)。然而，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說很明顯，在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下，也可以實(shí)施本發(fā)明。在其它的例子中，沒有詳細(xì)示出公知的電路、結(jié)構(gòu)、和技術(shù)，以避免混淆本發(fā)明的主要內(nèi)容。
本發(fā)明描述了一種熱控制系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，提供一個(gè)使用數(shù)字功率監(jiān)控的熱控制系統(tǒng)以在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行熱控制。數(shù)字功率監(jiān)控被配置為用來估計(jì)由微處理器使用的功率的量?；谒烙?jì)的功率使用，熱控制系統(tǒng)控制抑制機(jī)構(gòu)的激活與禁止(deactivation)，以避免不安全的結(jié)溫度，所述不安全的結(jié)溫度可能會(huì)引起系統(tǒng)性能降低，或者超出系統(tǒng)規(guī)格。
人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在一定時(shí)間間隔期間，微處理器消耗的功率的量與該微處理器的管芯上的結(jié)溫度(Tj)有關(guān)。換句話說，在一定時(shí)間段內(nèi)，當(dāng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的微處理器消耗相對(duì)較大數(shù)量的功率時(shí)，這可能表示該微處理器在相對(duì)較高的溫度下工作。因此，當(dāng)所估計(jì)的功率使用相對(duì)較高時(shí)，熱控制系統(tǒng)可以激活它的一個(gè)或多個(gè)抑制機(jī)構(gòu)，以使微處理器能夠冷卻自身。此外，當(dāng)所估計(jì)的功率使用相對(duì)較低時(shí)，熱控制系統(tǒng)可以被配置成提高微處理器的性能，例如，通過提高工作電壓電平、提高時(shí)鐘頻率或啟動(dòng)另外的活動(dòng)。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在給定時(shí)間間隔期間，通過在微處理器中周期性執(zhí)行軟件代碼(例如，微代碼、系統(tǒng)管理模式(SMM)軟件等)，熱控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)估計(jì)微處理器消耗的平均功率。在一個(gè)實(shí)施例中，基于在微處理器中發(fā)生的各種活動(dòng)的頻率，估計(jì)功率消耗的級(jí)別。與基于熱二極管的溫度估計(jì)不同，這種由軟件執(zhí)行的功率估計(jì)具有確定性行為(對(duì)于給定的系統(tǒng)和給定的一組應(yīng)用)，從而獲得確定性的系統(tǒng)行為。相反地，當(dāng)前所使用的熱二極管不提供確定性的用于熱控制的功率估計(jì)。
圖1描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的熱控制系統(tǒng)104。熱控制系統(tǒng)104包含在微處理器102中，該微處理器除了其它的元件之外，還具有包括至少一個(gè)抑制機(jī)構(gòu)106的半導(dǎo)體管芯。在所圖示的實(shí)施例中，示出了三種類型的抑制機(jī)構(gòu)，包括停止時(shí)鐘抑制邏輯114、電壓控制邏輯112和中斷邏輯116。當(dāng)熱控制系統(tǒng)104檢測(cè)到微處理器102消耗的功率超出最大容許功率時(shí)，一個(gè)或多個(gè)抑制機(jī)構(gòu)106可以被調(diào)用，以確保管芯溫度在工作期間不會(huì)超出熱設(shè)計(jì)限度。舉例來說，停止時(shí)鐘抑制邏輯114被激活時(shí)，立即將微處理器的時(shí)鐘降低或減少諸如幾微秒。也可以通過降低工作電壓電平來降低管芯溫度，這由熱控制系統(tǒng)104通過電壓控制邏輯112來控制。觸發(fā)包括電壓控制邏輯電路112、停止時(shí)鐘抑制邏輯114和中斷邏輯116的抑制機(jī)構(gòu)的任何一個(gè)，都可以在相對(duì)較短的時(shí)間段內(nèi)就顯著減少由微處理器產(chǎn)生的熱量。
圖1示出的抑制機(jī)構(gòu)106只是用作示例的目的，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在實(shí)際應(yīng)用中，熱控制系統(tǒng)104可以采用其它類型的抑制機(jī)構(gòu)。因此應(yīng)當(dāng)理解，這里所描述的熱控制系統(tǒng)可以通用地應(yīng)用于所有類型的微處理器，而與所采用的具體抑制機(jī)構(gòu)無(wú)關(guān)。
所圖示的熱控制系統(tǒng)104包括功率使用監(jiān)控單元108和抑制控制單元110。在一個(gè)實(shí)施例中，功率使用監(jiān)控單元108以軟件代碼的形式實(shí)現(xiàn)，例如在微處理器內(nèi)周期執(zhí)行的微代碼，以基于在微處理器中執(zhí)行的各種活動(dòng)的發(fā)生次數(shù)來估計(jì)功率消耗?；谟晒β适褂帽O(jiān)控單元108提供的所估計(jì)的功率使用，如果冷卻對(duì)于避免可能引起系統(tǒng)性能降低的不安全管芯溫度是很需要的話，則抑制控制單元110產(chǎn)生信號(hào)并將所述信號(hào)發(fā)送到抑制機(jī)構(gòu)106的一個(gè)或多個(gè)以冷卻微處理器。
通常，微處理器內(nèi)有大量的功能單元，每個(gè)功能單元消耗不同的功率量。因此，通過計(jì)數(shù)在定義時(shí)間段期間某些功能單元被激活的次數(shù)，可以估計(jì)在那段時(shí)間期間由微處理器消耗的功率量。為了計(jì)算某些活動(dòng)發(fā)生的次數(shù)，功率使用監(jiān)控單元108與包含在微處理器中的一組計(jì)數(shù)器118-122進(jìn)行通信。計(jì)數(shù)器118-122可以實(shí)現(xiàn)為硬件組件中的寄存器或軟件代碼中的變量，并被用于計(jì)數(shù)特定活動(dòng)的發(fā)生次數(shù)。
例如，由功率使用監(jiān)控單元108監(jiān)控的一個(gè)計(jì)數(shù)器可以被配置為對(duì)在抽樣時(shí)間段期間由微處理器執(zhí)行的浮點(diǎn)運(yùn)算的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。另一個(gè)計(jì)數(shù)器可以被配置為對(duì)在微處理器中發(fā)生的高速緩存訪問的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，該計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)可以用于估計(jì)微處理器消耗的功率的量。由譯碼器譯碼的指令的數(shù)目也可以是由功率使用監(jiān)控單元108通過某種計(jì)數(shù)器機(jī)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)控的另一種活動(dòng)。應(yīng)當(dāng)理解，通過監(jiān)控在微處理器中發(fā)生的任何其它的適當(dāng)活動(dòng)也可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，而不應(yīng)將本發(fā)明限制為這里所詳細(xì)描述的示例。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，與當(dāng)前使用的與熱二極管相結(jié)合的硬件電路相反，熱控制采用軟件與硬件的結(jié)合。從而，通過使用硬件和軟件兩者來估計(jì)功率使用，提供了額外的靈活性，使得熱控制系統(tǒng)能夠在功率估計(jì)中考慮諸如工作電壓電平和時(shí)鐘頻率等多個(gè)參數(shù)。通過使用軟件代碼來估計(jì)功率使用而不是使用純邏輯或硬件電路，可以足夠的精確度來檢測(cè)結(jié)溫度是否超出最大容許值，進(jìn)而以基本輸入/輸出系統(tǒng)(BIOS)進(jìn)行最少的系統(tǒng)級(jí)調(diào)整來激活抑制機(jī)制。
圖2描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的功率使用監(jiān)控(PUM)單元108的方框圖。PUM單元108包括功率使用估計(jì)器202，用于基于計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)來估計(jì)功率使用；以及過濾器，用于提供在當(dāng)前及過去抽樣時(shí)間段期間獲得的估計(jì)功率使用(EPU)值218-222的平均功率使用值。
如上所述，為了估計(jì)由微處理器消耗的功率，功率使用估計(jì)器202周期性地從包含在微處理器中的多個(gè)計(jì)數(shù)器獲得計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)238-242。在一個(gè)實(shí)施例中，由于熱響應(yīng)可能相對(duì)較慢(例如，在幾十微秒的范圍內(nèi))，所以每隔幾微秒，對(duì)功率使用進(jìn)行估計(jì)。在這方面，在每一抽樣時(shí)間段的開始處，功率使用估計(jì)器202將首先訪問每個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)，然后一旦已經(jīng)讀取了計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)，就將計(jì)數(shù)器復(fù)位。一旦已經(jīng)獲得了計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)，功率使用估計(jì)器202將各加權(quán)因子212-216應(yīng)用到計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)238-242中的每一個(gè)，并且結(jié)合所加權(quán)的計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)以提供計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)的加權(quán)和。
人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由微處理器消耗的功率的量也受該微處理器的時(shí)鐘頻率和工作電壓電平的影響。例如，如果計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的微處理器以較高頻率或較高電壓電平工作，則它將消耗更多的功率。在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)的加權(quán)和由當(dāng)前時(shí)鐘頻率206及電壓電平208來調(diào)整，以更準(zhǔn)確地估計(jì)功率使用。在一個(gè)實(shí)施例中，所估計(jì)的功率使用(EPU)218-222計(jì)算如下EPU＝WSCD×V2×F (1)其中，WSCD表示計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)的加權(quán)和，V表示當(dāng)前電壓電平并且F表示當(dāng)前時(shí)鐘頻率。
當(dāng)前工作時(shí)鐘頻率206和電壓電平208可以通過檢查BIOS中的寄存器來確定，所述寄存器已被指定用來存儲(chǔ)當(dāng)前頻率和電壓電平值。至少在一些最近開發(fā)的微處理器中，在多個(gè)工作狀態(tài)下，運(yùn)行時(shí)電壓電平和工作頻率可能變化。例如，電壓電平和頻率可以由抑制機(jī)構(gòu)中的一個(gè)來調(diào)整?；蛘撸谝苿?dòng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，當(dāng)移動(dòng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)從外部電源模式轉(zhuǎn)換到電池電源模式時(shí)，電壓電平可能會(huì)變化。
一旦已經(jīng)計(jì)算了所估計(jì)的功率使用(EPU)，則將它與過去的EPU值218-222進(jìn)行平均，以過濾掉瞬時(shí)峰值功率使用。然后，平均功率使用值與最大容許功率級(jí)別(在下文稱為“TDP”210)相比較。與TDP 210相關(guān)聯(lián)的值可以被編程到BIOS的寄存器之一中，并且該值有助于基于所估計(jì)的功率使用來確定何時(shí)微處理器的結(jié)溫度可能違反最大容許溫度。通過執(zhí)行基準(zhǔn)程序(benchmark program)，并且在微處理器超出在正常或最壞情況下的最大容許溫度之前，確定該微處理器能夠消耗多少功率，可以確定TDP值210。如果當(dāng)前功率使用超出TDP值210一段時(shí)間，則微處理器的結(jié)溫度將開始超出最大容許溫度。因此，為了降低在這種狀態(tài)下的結(jié)溫度，當(dāng)平均功率使用超出TDP值時(shí)，抑制控制單元110將激活抑制機(jī)構(gòu)中的一個(gè)或多個(gè)。
人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，功率消耗(功率)和結(jié)溫度(Tj)的關(guān)系可以表達(dá)如下Tj＝Ta+Tsys+Rjc×功率 (2)其中，Ta表示微處理器周圍的環(huán)境溫度；Tsys表示主板對(duì)熱量的貢獻(xiàn)；以及Rjc表示熱阻。
與值Ta、Tsys和Rjc相關(guān)聯(lián)的值是依賴于系統(tǒng)的，并且通常是未知的。例如，很難獲得與系統(tǒng)的熱阻(Rjc)相關(guān)聯(lián)的值，因?yàn)樗Q于多個(gè)因素，例如風(fēng)扇和散熱器的冷卻能力等。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，熱控制系統(tǒng)不直接計(jì)算結(jié)溫度。相反地，將所估計(jì)的功率與固定參考點(diǎn)(例如，TDP)相比較。通過這樣做，可以提供熱控制而不必計(jì)算諸如Ta、Tsys和Rjc等參數(shù)。
圖3描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的估計(jì)功率使用的操作。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，基于當(dāng)前功率使用與一組計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)成比例的假設(shè)，在微處理器中運(yùn)行的軟件代碼估計(jì)當(dāng)前功率使用級(jí)別，所述一組計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)由與每個(gè)單獨(dú)的計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的對(duì)應(yīng)加權(quán)因子來調(diào)整。所估計(jì)的功率使用(PU)可以表示如下EPU＝(加權(quán)因子(i)×計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)(i))+空載功率(3)其中，加權(quán)因子(i)表示與它的對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的系數(shù)值，用于調(diào)整在抽樣期間所收集的計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)，而空載功率表示一個(gè)常數(shù)值，該常數(shù)值對(duì)應(yīng)于當(dāng)微處理器沒有執(zhí)行指令時(shí)由該微處理器消耗的功率(例如計(jì)時(shí)功率、靜態(tài)電流功率、漏電流功率)的量。
參考圖3，在方框310中，從計(jì)數(shù)器讀取一組計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，這組計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)與某些高級(jí)別活動(dòng)相關(guān)，這些活動(dòng)可以由包含在微處理器中的計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。例如，所述計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)可以從現(xiàn)有性能監(jiān)控計(jì)數(shù)器或其它計(jì)數(shù)器收集，所述計(jì)數(shù)器包含在微處理器中，用于監(jiān)控功率使用。如果現(xiàn)有性能監(jiān)控計(jì)數(shù)器被使用，則性能監(jiān)控邏輯或軟件程序可以用來跟蹤與對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)器相關(guān)聯(lián)的活動(dòng)的級(jí)別。
然后，在方塊320中，相應(yīng)的加權(quán)因子被應(yīng)用于每個(gè)計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)。例如，在一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，通過將每個(gè)各別的計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的加權(quán)因子相乘，獲得加權(quán)計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)。當(dāng)設(shè)計(jì)熱系統(tǒng)時(shí)，給每個(gè)計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)指定相應(yīng)的加權(quán)因子，以表示與對(duì)應(yīng)于所述計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)的功能單元相關(guān)聯(lián)的功率使用的級(jí)別。每個(gè)加權(quán)因子可以由微處理器IC設(shè)計(jì)者使用某種功率估計(jì)工具(例如，體系結(jié)構(gòu)級(jí)功率模擬器(ALPS))來得到。一旦已經(jīng)計(jì)算了加權(quán)計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)，通過在方框330中將加權(quán)計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，就獲得了累加的計(jì)數(shù)器值。
微處理器消耗的功率取決于許多因子，包括工作時(shí)鐘頻率、應(yīng)用于微處理器的電壓電平，這些因子的值可以在運(yùn)行期間變化。為了將這些因子考慮在內(nèi)，在方框340中，基于當(dāng)前工作頻率和電壓電平，調(diào)整累加的計(jì)數(shù)器值。例如，所述累加的計(jì)數(shù)器值可以由當(dāng)前工作頻率和電壓電平的乘法因子來調(diào)整。
在方框350中，基于所調(diào)整的計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)，估計(jì)由微處理器消耗的功率量。然后，為了防止對(duì)所估計(jì)的功率消耗中的瞬時(shí)變化(例如，峰值功率使用)產(chǎn)生響應(yīng)，功率使用的過去歷史作為因子而被加以考慮。在這一點(diǎn)上，在方框360中，對(duì)在過去某些抽樣時(shí)間段期間獲得的所估計(jì)的功率使用級(jí)別進(jìn)行平均。執(zhí)行此操作的一種方法是保持具有已定義的數(shù)量的過去功率估計(jì)的一個(gè)滑動(dòng)窗口，并且使用加權(quán)和來估計(jì)平均功率使用。
一旦已經(jīng)估計(jì)了平均功率使用，就可以將它與定義的閾值進(jìn)行比較。在一個(gè)實(shí)施例中，所估計(jì)的平均功率使用與最大容許功率使用值(TDP)相比較?；谒烙?jì)的功率使用與TDP之間的比率，可以調(diào)高或調(diào)低微處理器的頻率、工作電壓電平和性能。例如，當(dāng)該比率達(dá)到1時(shí)，啟動(dòng)輕度抑制機(jī)制。
與使用熱二極管的傳統(tǒng)微處理器相關(guān)的一個(gè)問題是，它們?cè)诓煌南到y(tǒng)中不提供確定性結(jié)果。例如，因?yàn)楣苄镜臏囟仁鞘褂脽岫O管進(jìn)行測(cè)量的，所以多個(gè)因子可能影響溫度測(cè)量結(jié)果和系統(tǒng)的性能。此外，每個(gè)微處理器都以稍微不同的參數(shù)和稍微不同的行為而制造，所述參數(shù)例如是靜態(tài)功率級(jí)別、溫度響應(yīng)等，所述行為例如是散熱器性能、質(zhì)量等。結(jié)果，使用同一基準(zhǔn)程序在相似條件下測(cè)量的不同微處理器的性能將提供不同的性能結(jié)果。因?yàn)閷?duì)于不同的微處理器，抑制機(jī)制何時(shí)被激活的時(shí)間不同，所以每個(gè)微處理器的行為將是不確定的，導(dǎo)致一個(gè)微處理器比另一個(gè)微處理器運(yùn)行的更好。為了避免所有微處理器的高結(jié)溫度，可能需要指定一個(gè)較大的容限值(margin value)，使得在欠敏感的微處理器中，抑制機(jī)制也能及時(shí)被激活，而這導(dǎo)致了性能的損失。與非確定性行為相關(guān)的另一個(gè)問題是在測(cè)試和系統(tǒng)調(diào)試中增加的復(fù)雜度，所述測(cè)試和系統(tǒng)調(diào)試通常由OEM和購(gòu)買了大量諸如筆記本的便攜式電腦系統(tǒng)的大公司的IT經(jīng)理來執(zhí)行。
與之不同，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例來實(shí)現(xiàn)熱控制系統(tǒng)的微處理器提供了確定性行為。這意味著微處理器的性能不取決于偶然因素，而是每次運(yùn)行都相同。這意味著，當(dāng)同一應(yīng)用程序在不同的主板上運(yùn)行時(shí)，它們將產(chǎn)生相同的計(jì)數(shù)值并且具有相同的抑制行為和性能。通過使用相同的最大容許功率使用值和加權(quán)因子值，由本發(fā)明教導(dǎo)的方案能夠以確定性方式激活抑制機(jī)構(gòu)，這是很有利的。
在一個(gè)實(shí)施例中，在諸如筆記本計(jì)算機(jī)的便攜式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)熱控制系統(tǒng)，以提供確定性抑制行為。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在便攜式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，確定性行為是特別期望的。在一個(gè)實(shí)施例中，通過使用熱控制系統(tǒng)來檢測(cè)微處理器以低溫工作以及微處理器溫度接近最大值的狀況，熱控制系統(tǒng)的數(shù)字功率監(jiān)控能力被用于改進(jìn)便攜式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能。通過這樣做，可以在低溫狀況下通過增大工作頻率和電壓電平來提高性能級(jí)別。此外，當(dāng)微處理器的溫度接近最大值時(shí)，可以啟動(dòng)輕度抑制機(jī)制。通過使用輕度抑制機(jī)制可以避免最大容許溫度，而不用使用全抑制機(jī)制。
由本發(fā)明執(zhí)行的操作能以存儲(chǔ)于任一類型的機(jī)器可讀介質(zhì)的軟件程序形式來實(shí)現(xiàn)，所述機(jī)器可讀介質(zhì)能夠存儲(chǔ)或編碼指令序列用于機(jī)器執(zhí)行。術(shù)語(yǔ)“機(jī)器可讀介質(zhì)”應(yīng)當(dāng)包括但不局限于固態(tài)存儲(chǔ)器、磁和光存儲(chǔ)器和載波信號(hào)。此外，本發(fā)明沒有參考任何具體編程語(yǔ)言而進(jìn)行描述。應(yīng)當(dāng)知道，多種編程語(yǔ)言可以用于實(shí)現(xiàn)這里描述的本發(fā)明的教導(dǎo)。
盡管已經(jīng)描述和示出了本發(fā)明的前面的實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行諸如在本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的那些所建議的和其它的變化和修改。因此本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
1.一種微處理器，包括至少一個(gè)抑制機(jī)構(gòu)；以及熱控制子系統(tǒng)，用于估計(jì)由所述微處理器使用的功率量，并且基于所述所估計(jì)的功率使用來控制所述至少一個(gè)抑制機(jī)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的微處理器，其中基于在所述微處理器中執(zhí)行的至少一種活動(dòng)的發(fā)生次數(shù)，估計(jì)由所述微處理器使用的功率量。
3.如權(quán)利要求1所述的微處理器，其中所述熱控制子系統(tǒng)包括功率使用監(jiān)控單元，所述功率使用監(jiān)控單元確定在抽樣時(shí)間段內(nèi)由所述微處理器執(zhí)行的至少一種活動(dòng)的發(fā)生次數(shù)，并且基于(1)與所述至少一種活動(dòng)相關(guān)聯(lián)的計(jì)數(shù)值、(2)所述微處理器的當(dāng)前時(shí)鐘頻率和(3)工作電壓電平，計(jì)算所述所估計(jì)的功率使用。
4.如權(quán)利要求3所述的微處理器，其中通過以在先前抽樣時(shí)間段期間獲得的已定義的數(shù)量的最近估計(jì)的功率使用值來平均當(dāng)前估計(jì)的功率使用值，所述功率使用監(jiān)控單元估計(jì)由所述微處理器使用的功率量。
5.如權(quán)利要求1所述的微處理器，其中所述熱控制子系統(tǒng)還包括抑制控制單元，用于將由所述微處理器使用的所估計(jì)的功率量與閾值相比較，并且如果由所述微處理器使用的所述所估計(jì)的功率大于所述閾值，則激活所述抑制機(jī)構(gòu)；或者如果由所述微處理器使用的所述所估計(jì)的功率小于所述閾值，則禁止所述抑制機(jī)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1所述的微處理器，其中所述抑制機(jī)構(gòu)由所述熱控制子系統(tǒng)以確定性方式激活。
7.如權(quán)利要求2所述的微處理器，其中由所述熱控制子系統(tǒng)監(jiān)控的所述至少一種活動(dòng)包括下列活動(dòng)的至少一個(gè)(1)浮點(diǎn)運(yùn)算、(2)高速緩存訪問和(3)指令譯碼。
8.一種方法，包括估計(jì)由微處理器使用的功率量；以及基于所述估計(jì)的功率使用，控制包含在所述微處理器中的至少一個(gè)抑制機(jī)構(gòu)。
9.如全利要求8所述的方法，其中基于在所述微處理器中執(zhí)行的至少一種活動(dòng)的發(fā)生次數(shù)，估計(jì)由所述微處理器使用的功率量。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述估計(jì)由所述微處理器使用的功率量還包括對(duì)在抽樣時(shí)間段內(nèi)由所述微處理器執(zhí)行的至少一種活動(dòng)的發(fā)生次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)；以及根據(jù)所述微處理器的當(dāng)前工作頻率和電壓電平，調(diào)整所述至少一種活動(dòng)的發(fā)生次數(shù)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述估計(jì)由所述微處理器使用的功率量還包括，以在先前抽樣時(shí)間段期間獲得的已定義的數(shù)量的最近估計(jì)的功率使用值來平均當(dāng)前估計(jì)的功率使用值。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括將由所述微處理器使用的所述所估計(jì)的功率量與閾值相比較；如果由所述微處理器使用的所述所估計(jì)的功率大于所述閾值，則激活所述至少一個(gè)抑制機(jī)構(gòu)；以及如果由所述微處理器使用的所述所估計(jì)的功率小于所述閾值，則禁止所述至少一個(gè)抑制機(jī)構(gòu)。
13.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述抑制機(jī)構(gòu)以確定性方式激活。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所監(jiān)控的所述至少一種活動(dòng)選自下列活動(dòng)(1)浮點(diǎn)運(yùn)算、(2)高速緩存訪問和(3)指令譯碼。
15.一種熱控制系統(tǒng)，包括功率使用估計(jì)器，用于基于在已定義的時(shí)間段期間由微處理器執(zhí)行的至少一種活動(dòng)的發(fā)生次數(shù)，估計(jì)由所述微處理器使用的功率量；以及抑制控制單元，用于基于由所述微處理器使用的所述所估計(jì)的功率量，控制包含在所述微處理器中的至少一個(gè)抑制機(jī)構(gòu)。
16.如權(quán)利要求15所述的熱控制系統(tǒng)，其中基于(1)至少一種活動(dòng)的發(fā)生次數(shù)、(2)所述微處理器的當(dāng)前時(shí)鐘頻率和(3)工作電壓電平，所述功率使用估計(jì)器估計(jì)由所述微處理器使用的功率量。
17.如權(quán)利要求15所述的熱控制系統(tǒng)，還包括過濾器，用于通過將在先前抽樣時(shí)間段期間獲得的最近估計(jì)的功率使用值應(yīng)用于當(dāng)前估計(jì)的功率使用值，調(diào)整所述所估計(jì)的功率使用量。
18.如權(quán)利要求15所述的熱控制系統(tǒng)，其中所述抑制控制單元將由所述微處理器使用的所述所估計(jì)的功率量與閾值相比較，并且如果由所述微處理器使用的所述所估計(jì)的功率大于所述閾值，則激活所述抑制機(jī)構(gòu)；或者如果由所述微處理器使用的所述所估計(jì)的功率小于所述閾值，則禁止所述抑制機(jī)構(gòu)。
19.一種提供指令的機(jī)器可讀介質(zhì)，當(dāng)所述指令由微處理器執(zhí)行時(shí)，使得所述微處理器執(zhí)行包括下述步驟的操作估計(jì)由微處理器使用的功率量；以及基于所述所估計(jì)的功率使用，控制包含在所述微處理器中的至少一個(gè)抑制機(jī)構(gòu)。
20.如權(quán)利要求19所述的機(jī)器可讀介質(zhì)，其中基于在所述微處理器中執(zhí)行的至少一種活動(dòng)的發(fā)生次數(shù)，估計(jì)由所述微處理器使用的功率量。
21.如權(quán)利要求19所述的機(jī)器可讀介質(zhì)，其中估計(jì)由所述微處理器使用的功率量的操作還包括讀取計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)和調(diào)整步驟，其中，所述計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)表示在抽樣時(shí)間段內(nèi)由所述微處理器執(zhí)行的至少一種活動(dòng)的發(fā)生次數(shù)，所述調(diào)整步驟根據(jù)所述微處理器的當(dāng)前工作頻率和電壓電平來調(diào)整所述至少一種活動(dòng)的發(fā)生次數(shù)。
22.如權(quán)利要求21所述的機(jī)器可讀介質(zhì)，其中估計(jì)由所述微處理器使用的功率量的操作還包括，以在先前抽樣時(shí)間段期間獲得的已定義的數(shù)量的最近估計(jì)的功率使用值來平均當(dāng)前估計(jì)的功率使用值。
23.如權(quán)利要求19所述的機(jī)器可讀介質(zhì)，其中所述操作還包括將由所述微處理器使用的所述所估計(jì)的功率量與閾值相比較；如果由所述微處理器使用的所述所估計(jì)的功率大于所述閾值，則激活所述至少一個(gè)抑制機(jī)構(gòu)；以及如果由所述微處理器使用的所述所估計(jì)的功率小于所述閾值，則禁止所述至少一個(gè)抑制機(jī)構(gòu)。
24.如權(quán)利要求19所述的機(jī)器可讀介質(zhì)，其中所述抑制機(jī)構(gòu)以確定性方式被激活。
25.如權(quán)利要求21所述的機(jī)器可讀介質(zhì)，其中所監(jiān)控的所述至少一種活動(dòng)選自下列活動(dòng)(1)浮點(diǎn)運(yùn)算、(2)高速緩存訪問和(3)指令譯碼。
全文摘要
本發(fā)明描述了一個(gè)包括微處理器(102)和熱控制子系統(tǒng)(104)的系統(tǒng)。微處理器(102)包括用來支持指令處理的執(zhí)行資源并消耗功率。微處理器(102)還包括至少一個(gè)抑制機(jī)構(gòu)(106)，以減少由微處理器(102)產(chǎn)生的熱量。熱控制子系統(tǒng)(104)被配置為用來估計(jì)由微處理器(102)使用的功率量，并且基于所估計(jì)的當(dāng)前功率使用量來控制所述抑制機(jī)構(gòu)(106)，以確保結(jié)溫度不會(huì)超出最大容許溫度。
文檔編號(hào)G06F1/32GK1526089SQ02812853
公開日2004年9月1日 申請(qǐng)日期2002年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月2日
發(fā)明者多倫·奧倫斯汀, 龍尼·羅恩, 多倫 奧倫斯汀, 羅恩 申請(qǐng)人:英特爾公司