多處理器核心的功率管理的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了涉及用于多處理器核心的功率管理的方法和設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施例中，可以在本地（例如，基于每個(gè)核心）使用一個(gè)或多個(gè)技術(shù)來(lái)管理處理器中的功耗。在另一個(gè)實(shí)施例中，功率可以根據(jù)基于能量的考慮分布在處理器的不同的電源層中。還公開(kāi)并請(qǐng)求保護(hù)其它實(shí)施例。
【專利說(shuō)明】多處理器核心的功率管理
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2009年10月30日、申請(qǐng)?zhí)枮?00910249077.1的同名專利申
請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明總體上涉及電子領(lǐng)域。更具體地說(shuō)，本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于多處理器核
心的功率管理。
【背景技術(shù)】
[0003]隨著集成電路(IC)制造工藝的改進(jìn),制造商能夠?qū)㈩~外的功能集成在單個(gè)娃襯底上。然而，隨著這些功能的數(shù)量的增加，單個(gè)IC芯片上的部件的數(shù)量增加。額外的部件增加額外的信號(hào)轉(zhuǎn)換，繼而產(chǎn)生更多的熱量。額外的熱量例如熱膨脹會(huì)損害IC芯片。另外，額外的熱量還會(huì)限制包括這種芯片的計(jì)算設(shè)備的使用位置和/或應(yīng)用。例如，便攜式計(jì)算設(shè)備可以只靠電池供電。因此，當(dāng)額外的功能集成在便攜計(jì)算設(shè)備中時(shí)，降低能耗的需要變得越來(lái)越重要，例如，在延長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)維持電池能量。非便攜式計(jì)算系統(tǒng)由于它們的IC部件使用更多的能量并產(chǎn)生更多的熱量，還面臨著冷卻和功率產(chǎn)生的問(wèn)題。
[0004]為了減少來(lái)自熱緊急事件的損害，一種方法可以使用動(dòng)態(tài)電壓縮放(DVS)。例如，當(dāng)溫度超過(guò)某個(gè)閾值時(shí)，頻率和電壓降低到某個(gè)水平，然后增加到另一水平(未必是原始水平)。然而，在多核心處理器設(shè)計(jì)中，因?yàn)樗泻诵臒o(wú)論是否由其引起熱緊急事件都會(huì)受到處罰，所以這種方法會(huì)降低性能。另一種方法是使用頻率節(jié)流(其可以只是DVS到頻域的投影)。然而，這種方法的處罰相對(duì)于功率減少會(huì)是線性的。例如，因?yàn)橐蜃覺(jué)會(huì)減少頻率，這伴隨著相同的因子而減少電壓，所以DVS技術(shù)的處罰可以部分減少，因此因子X(jué)3會(huì)降低功率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0005]參考附圖提供了詳細(xì)的說(shuō)明。在附圖中，附圖標(biāo)記最左邊的數(shù)字標(biāo)識(shí)附圖標(biāo)記第一次出現(xiàn)的圖。不同圖中相同附圖標(biāo)記的使用指示類似或相同項(xiàng)目。
[0006]圖1、6和7是計(jì)算系統(tǒng)的實(shí)施例的框圖，其可以用于實(shí)現(xiàn)本文討論的各種實(shí)施例。
[0007]圖2和4是根據(jù)一些實(shí)施例的圖。
[0008]圖3和5是根據(jù)一些實(shí)施例的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]在以下描述中，闡述多個(gè)具體的細(xì)節(jié)是為了提供對(duì)各種實(shí)施例的透徹的理解。然而，可以在沒(méi)有具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的各種實(shí)施例。在其它例子中，公知的方法、程序、部件和電路沒(méi)有詳細(xì)描述，以便于不模糊本發(fā)明的特定實(shí)施例。此外，可以使用各種方法，例如集成半導(dǎo)體電路(“硬件”)、組成一個(gè)或多個(gè)程序的計(jì)算機(jī)可讀指令(“軟件”)或硬件與軟件的組合，來(lái)執(zhí)行本發(fā)明的實(shí)施例的各種方面。本公開(kāi)提及“邏輯”的目的應(yīng)當(dāng)指硬件、軟件或其某種組合。
[0010]本文討論的一些實(shí)施例可以提供用于多處理器核心的有效功率管理。如上所討論的，由于所有核心無(wú)論是否由其引起熱緊急事件都將被處罰，所以依靠DVS會(huì)降低性能。在實(shí)施例中，對(duì)于一個(gè)或多個(gè)處理器核心(例如，在多核心處理器中)，可以在本地使用一個(gè)或多個(gè)節(jié)流技術(shù)(例如，基于每個(gè)核心)，例如響應(yīng)于熱事件(例如，在一個(gè)或多個(gè)核心檢測(cè)到過(guò)高的溫度)的檢測(cè)，共享單個(gè)電源層。此外，在多個(gè)電源層的設(shè)計(jì)中，功率可以根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的基于能量的定義分布在不同的電源層之間。此外，例如參考圖1-7所討論的，一些實(shí)施例可以應(yīng)用在包括一個(gè)或多個(gè)處理器(例如，具有一個(gè)或多個(gè)處理器核心)的計(jì)算系統(tǒng)中。
[0011]更具體地說(shuō)，圖1說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的計(jì)算系統(tǒng)100的框圖。系統(tǒng)100可以包括一個(gè)或多個(gè)處理器102-1到102-N (本文通常稱為“多個(gè)處理器102”或“處理器102”)。多個(gè)處理器102可以經(jīng)由互連或總線104進(jìn)行通信。每個(gè)處理器可以包括各種部件，為了清楚起見(jiàn)，參照處理器102-1，只討論其中的一些部件。因此，其余的處理器102-2到102-N中的每個(gè)可以包括參照處理器102-1討論的相同或相似的部件。
[0012]在實(shí)施例中，處理器102-1可以包括一個(gè)或多個(gè)處理器核心106-1到106-M(本文稱為“多個(gè)核心106”或“核心106”)、高速緩存108和/或路由器110。處理器核心106可以在單個(gè)集成電路(IC)芯片上實(shí)現(xiàn)。此外，芯片可以包括一個(gè)或多個(gè)共享和/或私有高速緩存(例如，高速緩存108)、總線或互連(例如，總線或互連112)、圖形和/或存儲(chǔ)控制器(例如，參考圖6-7所討論的)或其它部件。
[0013]在一個(gè)實(shí)施例中，路由器110可以用于在處理器102-1和/或系統(tǒng)100的各種部件之間進(jìn)行通信。此外，處理器102-1可以包括多于一個(gè)路由器110。此外，多個(gè)路由器110可以進(jìn)行通信以使得在處理器102-1內(nèi)部或外部的各種部件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)路由。
[0014]高速緩存108可以存儲(chǔ)由處理器102-1的一個(gè)或多個(gè)部件(例如，核心106)所使用的數(shù)據(jù)(例如，包括指令)。例如，高速緩存108可以在本地將存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器114中的數(shù)據(jù)存入高速緩存中，以加快處理器102的部件的訪問(wèn)(例如，加快核心106的訪問(wèn))。如圖1所示，存儲(chǔ)器114可以經(jīng)由互連104與處理器102進(jìn)行通信。在實(shí)施例中，高速緩存108 (可以被共享)可以是中級(jí)高速緩存(MLC)、后級(jí)高速緩存(LLC)等。此外，每個(gè)核心106可以包括I級(jí)(LI)高速緩存(116-1)(本文通常稱為“LI高速緩存116”)或其它級(jí)的高速緩存，例如2級(jí)(L2)高速緩存。此外，處理器102-1的各種部件可以通過(guò)總線(例如，總線112)和/或存儲(chǔ)控制器或集線器直接與高速緩存108進(jìn)行通信。
[0015]系統(tǒng)100還可以包括電源120 (例如，直流(DC)電源或交流(AC)電源)，用于向系統(tǒng)100的一個(gè)或多個(gè)部件提供功率。在一些實(shí)施例中，電源120可以包括一個(gè)或多個(gè)電池組。電源120可以通過(guò)穩(wěn)壓器(VR) 130耦合到系統(tǒng)100的多個(gè)部件。此外，盡管圖1只說(shuō)明了一個(gè)電源120和一個(gè)穩(wěn)壓器130，但是可以使用額外的電源和/或穩(wěn)壓器。例如，每個(gè)處理器102可以具有對(duì)應(yīng)的(多個(gè))穩(wěn)壓器和/或(多個(gè))電源。此外，(多個(gè))穩(wěn)壓器130可以耦合到單個(gè)電源層135 (例如，向所有核心106提供功率)或多個(gè)電源層135 (例如，其中每個(gè)電源層可以向不同的核心或核心的不同的組提供功率)。
[0016]此外，雖然圖1說(shuō)明了電源120和穩(wěn)壓器130為分開(kāi)的部件，但是電源120和穩(wěn)壓器130可以被包括到系統(tǒng)100的其它部件之中。例如，VR 130的全部或部分可以被包括到電源120和/或處理器102中。
[0017]如圖1所示，處理器102可以進(jìn)一步包括功率管理邏輯140，其用于控制處理器102的部件(例如，核心106)的功率的提供。邏輯140可以對(duì)本文所討論的一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行訪問(wèn)，以存儲(chǔ)與邏輯140的操作相關(guān)的信息，例如與本文討論的系統(tǒng)100的各種部件進(jìn)行通信的信息。如圖所示，邏輯140可以耦合到VR 130和/或系統(tǒng)100的其它部件(例如，核心106)。例如，邏輯140可以耦合以接收信息(例如，以一個(gè)或多個(gè)比特或信號(hào)的形式)，所述信息用于指示一個(gè)或多個(gè)傳感器150的狀態(tài)(其中可以將傳感器150提供到系統(tǒng)100的最近的部件(或本文討論的其它計(jì)算系統(tǒng)，例如參照其它圖(包括圖4和5)討論的)，例如核心106、連接104或112等，以檢測(cè)在溫度、工作頻率、工作電壓、能耗、核心間(inter-core)通信活動(dòng)等)和/或來(lái)自一個(gè)或多個(gè)功率監(jiān)視邏輯145的信息(例如,所述功率監(jiān)視邏輯145可以指示系統(tǒng)100的各種部件的操作狀態(tài)，例如工作溫度、工作頻率、工作電壓、工作狀態(tài)(例如，活動(dòng)或不活動(dòng))、功耗(瞬時(shí)或一段時(shí)間的功耗)等)。邏輯140可以命令系統(tǒng)100的VR 130、電源120和/或單獨(dú)的部件(例如，核心106)修改它們的操作。在實(shí)施例中，可以用計(jì)算泄露與有效能量之比的方法來(lái)檢測(cè)變化。例如，邏輯140可以指示VR130和/或電源120調(diào)節(jié)它們的輸出。在一些實(shí)施例中，邏輯140可以請(qǐng)求核心106修改它們的工作頻率、功耗等。盡管示出了部件140、145和150包括在處理器102-1中，但是可以將這些部件提供到系統(tǒng)100的其它地方。例如，可以將功率管理邏輯140提供到VR 130、電源120或直接耦合到一個(gè)或多個(gè)(或可選地，全部)處理器102內(nèi)的互連104等。
[0018]假設(shè)具有η個(gè)處理器的系統(tǒng)，并且其中有單個(gè)熱核心，為了防止違反熱約束，其功率將按照β因子減少(即，乘以β，其可以在O到I之間)。測(cè)量系統(tǒng)總的減速，作為每個(gè)處理器的減速的加權(quán)和。例如，如果4個(gè)核心中的一個(gè)降低了 20%，那么有效頻率因子可以被確定為(3+0.8)/4 或 95%。
[0019]在實(shí)施例中， 不同熱管理方法的減速(其中Sdvs指代DVS的減速，Sft指代頻率控制的減速)可以按照如下確定:
[0020]
【權(quán)利要求】
1.一種裝置，包括:處理器，具有多個(gè)處理器核心；單個(gè)電源層，用于向所述多個(gè)處理器核心中的多于一個(gè)處理器核心提供功率；以及功率管理邏輯，用于響應(yīng)于以下事件，使得對(duì)所述多個(gè)處理器核心中的至少一個(gè)處理器核心的工作特性進(jìn)行修改:在至少一個(gè)處理器核心處檢測(cè)到過(guò)高的溫度；以及確定所述多個(gè)處理器核心中的其它處理器核心中的哪一個(gè)是活動(dòng)的且處于一溫度值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述溫度值是在過(guò)高的閾值溫度值以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述功率管理邏輯使得:降低提供給所述處理器的多于一個(gè)核心的電壓，并且降低所述至少一個(gè)處理器核心的所述工作特性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述至少一個(gè)處理器核心的所述工作特性包括工作電壓和工作頻率中的一個(gè)或多個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)傳感器，所述傳感器用于檢測(cè)對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)處理器核心中的一個(gè)或多個(gè)處理器核心的、以下各項(xiàng)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)的變化:溫度、工作頻率、工作電壓和功耗。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括穩(wěn)壓器，其用于經(jīng)由所述單個(gè)電源層向所述處理器中的多于一個(gè)核心提供功率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述多個(gè)處理器核心本質(zhì)上由3個(gè)或更多的處理器核心組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述處理器和所述功率管理邏輯在單個(gè)集成電路上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述.的裝置，其中，所述功率管理邏輯基于以下內(nèi)容來(lái)確定多個(gè)電源層中的每一個(gè)的能量預(yù)算:多個(gè)電源層中的對(duì)應(yīng)的電源層的能量余量，其中所述能量余量指示在之前的時(shí)間段期間有多少剩余的未消耗的能量；以及對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)電源層中的每一個(gè)的多個(gè)約束中的一個(gè)或多個(gè)約束。
10.一種裝置，包括:處理器，具有多個(gè)處理器核心；多個(gè)電源層，用于向所述多個(gè)處理器核心提供功率；以及功率管理邏輯，用于基于以下內(nèi)容來(lái)確定所述多個(gè)電源層中的每一個(gè)的能量預(yù)算:所述多個(gè)電源層中的對(duì)應(yīng)電源層的能量余量，其中所述能量余量指示在之前的時(shí)間段期間有多少剩余的未消耗的能量；以及對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)電源層中的每一個(gè)的多個(gè)約束中的一個(gè)或多個(gè)約束。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述功率管理邏輯基于在所述時(shí)間段期間的熱設(shè)計(jì)功率(TDP)限制來(lái)確定所述能量余量。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述功率管理邏輯基于在所述時(shí)間段內(nèi)消耗的功率量來(lái)確定所述能量余量。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述功率管理邏輯基于衰減分量來(lái)確定所述能量余量。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述功率管理邏輯基于所述多個(gè)約束中的所有約束來(lái)確定所述多個(gè)電源層中的每一個(gè)的能量預(yù)算。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)傳感器，所述傳感器用于檢測(cè)對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)處理器核心中的一個(gè)或多個(gè)處理器核心的、以下各項(xiàng)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)的變化:溫度、工作頻率、工作電壓和功耗。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，進(jìn)一步包括穩(wěn)壓器，用于經(jīng)由所述多個(gè)電源層向所述處理器提供功率。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中，響應(yīng)于以下事件，所述功率管理邏輯引起對(duì)所述多個(gè)處理器核心中的至少一個(gè)處理器核心的工作特性的修改:在至少一個(gè)處理器核心處檢測(cè)到過(guò)高的溫度；以及確定所述多個(gè)處理器核心中的其它處理器核心中的哪一個(gè)是活動(dòng)的且處于一溫度值。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中，所述溫度值是在過(guò)高的閾值溫度值以下。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中，所述功率管理邏輯使得:降低提供給所述處理器的多于一個(gè)核心的電壓，并且降低所述至少一個(gè)處理器核心的工作特性。
20.—種方法,包括:·響應(yīng)于以下事件，確定是否修改多個(gè)處理器核心中的至少一個(gè)處理器核心的工作特性:在所述至少一個(gè)處理器核心處檢測(cè)到過(guò)高的溫度，以及確定所述多個(gè)處理器核心中的其它處理器核心中的哪一個(gè)是活動(dòng)的并且處于一溫度值；以及基于以下內(nèi)容來(lái)確定耦合的用于向所述多個(gè)處理器核心提供功率的一個(gè)或多個(gè)電源層的能量預(yù)算:所述一個(gè)或多個(gè)電源層中的對(duì)應(yīng)的電源層的能量余量，其中所述能量余量指示在之前的時(shí)間段期間有多少剩余的未消耗的能量，以及對(duì)應(yīng)于所述一個(gè)或多個(gè)電源層中的每一個(gè)的一個(gè)或多個(gè)約束。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述溫度值是在過(guò)高的閾值溫度值以下。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述至少一個(gè)處理器核心的工作特性包括工作電壓和工作頻率中的一項(xiàng)或多項(xiàng)。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，進(jìn)一步包括檢測(cè)對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)處理器核心中的一個(gè)或多個(gè)處理器核心的、以下各項(xiàng)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)的變化:溫度、工作頻率、工作電壓和功耗。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，基于以下各項(xiàng)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)來(lái)執(zhí)行對(duì)一個(gè)或多個(gè)電源層的能量預(yù)算的確定:在所述時(shí)間段期間的熱設(shè)計(jì)功率(TDP)限制；在所述時(shí)間段內(nèi)消耗的功率量；以及衰減分量。
25.—種系統(tǒng),包括:處理器，具有多個(gè)處理器核心；一個(gè)或多個(gè)電源層，用于向所述多個(gè)處理器核心提供功率；穩(wěn)壓器，用于經(jīng)由所述一個(gè)或多個(gè)電源層向所述多個(gè)處理器核心提供功率；以及功率管理邏輯，用于:響應(yīng)于以下事件，確定是否修改多個(gè)處理器核心中的至少一個(gè)處理器核心的工作特性:在所述至少一個(gè)處理器核心處檢測(cè)到過(guò)高的溫度，以及確定所述多個(gè)處理器核心中的其它處理器核心中的哪一個(gè)是活動(dòng)的并且處于一溫度值；以及 基于以下內(nèi)容來(lái)確定耦合的用于向所述多個(gè)處理器核心提供功率的一個(gè)或多個(gè)電源層的能量預(yù)算:所述一個(gè)或多個(gè)電源層中的對(duì)應(yīng)的電源層的能量余量，其中所述能量余量指示在之前的時(shí)間段期間有多少剩余的未消耗的能量，以及對(duì)應(yīng)于所述一個(gè)或多個(gè)電源層中的每一個(gè)的一個(gè)或多個(gè)約束。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)傳感器，所述傳感器用于檢測(cè)對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)處理器核心中的一個(gè)或多個(gè)處理器核心的、以下各項(xiàng)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)的變化:溫度、工作頻率、工作電壓和功耗。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中，所述溫度值是在過(guò)高的閾值溫度值以下。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中，所述功率管理邏輯使得:降低提供給所述處理器的多于一個(gè)核心的電壓，并且降低所述至少一個(gè)處理器核心的工作特性。
29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中，所述功率管理邏輯基于以下各項(xiàng)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)來(lái)確定所述能量余量: 在所述時(shí)間段期間的熱設(shè)計(jì)功率(TDP)限制； 在所述時(shí)間段內(nèi)消耗的功率量；以及 衰減分量。
30.根據(jù)權(quán)利要求25所 述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括音頻設(shè)備。
【文檔編號(hào)】G06F1/32GK103440028SQ201310343923
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2008年10月31日
【發(fā)明者】L·芬克爾斯坦, E·羅特姆, A·科亨, R·羅恩, D·拉吉萬(wàn) 申請(qǐng)人:英特爾公司