固定頻率處理單元操作的功耗最小化的制作方法
【專利摘要】提供了一種用于使固定頻率處理單元的操作的功耗最小化的機制。對時間窗口中向固定頻率處理單元進行節(jié)流的時隙的數(shù)量進行計數(shù)。將進行節(jié)流的時隙的數(shù)量除以時間窗口內(nèi)的時隙總數(shù)，從而產(chǎn)生性能損失(PLOSS)值。確定與固定頻率處理單元相關(guān)聯(lián)的(PLOSS)值是否大于允許性能損失(APLOSS)值。響應(yīng)于PLOSS值小于或等于APLOSS值，發(fā)起供應(yīng)給固定頻率處理單元的電壓的降低。
【專利說明】固定頻率處理單元操作的功耗最小化

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明通常涉及改進的數(shù)據(jù)處理設(shè)備和方法，并且更具體地涉及用于使固定頻率 處理單元操作的功耗最小化的機制。

【背景技術(shù)】
[0002] 時常地，中央處理單元（CPU)設(shè)計聚焦于下述中的一個或多個：數(shù)據(jù)通路、控制單 元、存儲器元件、時鐘電路、PAD收發(fā)器電路、邏輯門單元庫等。為高性能市場設(shè)計的CPU可 能需要針對這些項目中的每一個的定制設(shè)計來實現(xiàn)所需的頻率、功耗、芯片面積目標等。因 此，CPU設(shè)計項目通常包括諸如下述的主要任務(wù)：程序員可見的指令集架構(gòu)，架構(gòu)研究和性 能建模，高級合成或邏輯實現(xiàn)，速度關(guān)鍵組件的電路設(shè)計，邏輯合成或邏輯門級設(shè)計，芯片 定時分析以確認所有邏輯和電路將以指定的工作頻率運行，物理設(shè)計，以及其他設(shè)計規(guī)范。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 技術(shù)問題
[0004] 特定于芯片定時的是標稱芯片頻率，其是基于常常具有大保護帶的最差情況的拐 角（corner)而選擇的。最差情況的拐角是指芯片內(nèi)的所有最壞情況條件，諸如最高可能的 溫度、最差可能的工作負荷等。大保護帶指的是針對給定操作頻率而增加的額外電壓、或 者針對給定電壓的頻率降低，以便從在某個選定的溫度和工作負荷條件下已經(jīng)證明或預(yù)測 會發(fā)生芯片定時故障的操作點移開。然而，當(dāng)前的技術(shù)局限于對于具有完全同步的定時網(wǎng) 格（clocking grid)的芯片減小這些大保護帶。此外,對于具有異步定時網(wǎng)格的芯片，雖然 可以使用動態(tài)頻率調(diào)整來減小保護帶，但是當(dāng)系統(tǒng)總線頻率等于核心頻率（即，固定頻率） 時，可能無法做出這些調(diào)整。
[0005] 問題的解決方案
[0006] 在一個說明性實施例中，提供了一種在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中用于使固定頻率處理單元 的操作的功耗最小化的方法。該說明性實施例對時間窗口中向固定頻率處理單元進行節(jié)流 的時隙的數(shù)量進行計數(shù)。該說明性實施例將進行節(jié)流的時隙數(shù)量除以時間窗口內(nèi)的時隙 總數(shù)，從而產(chǎn)生性能損失（PLOSS)值。該說明性實施例確定與固定頻率處理單元相關(guān)聯(lián)的 (PLOSS)值是否大于允許性能損失（APLOSS)值。該說明性實施例響應(yīng)于PLOSS值小于或等 于APLOSS值，而發(fā)起供應(yīng)給固定頻率處理單元的電壓的降低。
[0007] 在其它說明性實施例中，提供了 一種計算機程序產(chǎn)品，其包括具有計算機可讀程 序的計算機可用或可讀介質(zhì)。所述計算機可讀程序在計算設(shè)備上被執(zhí)行時使該計算設(shè)備執(zhí) 行上面關(guān)于方法說明性實施例所概述的操作中的各種操作以及其組合。
[0008] 在又一說明性實施例中，提供了一種系統(tǒng)/裝置。該系統(tǒng)/裝置可以包括一個或 多個處理器以及與該一個或多個處理器耦合的存儲器。該存儲器可以包括指令，所述指令 在由一個或多個處理器執(zhí)行時使一個或多個處理器執(zhí)行上面關(guān)于方法說明性實施例所概 述的操作中的各種操作以及其組合。
[0009] 本發(fā)明的這些及其它特征和優(yōu)點將在本發(fā)明的示例實施例的以下詳細描述中進 行描述，或者考慮到本發(fā)明的示例實施例的以下詳細描述，本發(fā)明的這些及其它特征和優(yōu) 點對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言將變得明顯。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時，通過參照說明性實施例的以下詳細描述將最佳地理解本發(fā)明 及其優(yōu)選使用模式以及另外的目標和優(yōu)點。
[0011] 圖1是說明性實施例的各方面可以在其中實現(xiàn)的示例數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的框圖；
[0012] 圖2示出根據(jù)說明性實施例的用于使固定頻率處理單元操作的功耗最小化的監(jiān) 視和反饋機構(gòu)的功能框圖；并且
[0013] 圖3示出由根據(jù)說明性實施例的用于使固定頻率處理單元操作的功耗最小化的 監(jiān)視和反饋機構(gòu)執(zhí)行的操作的流程圖。

【具體實施方式】
[0014] 對于以固定頻率運行的系統(tǒng)，電壓從來未被適配成使運行時的功耗最小化。說明 性實施例提供了固定頻率處理單元操作的功耗最小化。可以改變頻率的先前的方法已被應(yīng) 用，使電壓和頻率按照彼此之間的關(guān)系或者按照與芯片上的負荷的關(guān)系而移動。該先前的 解決方案的缺陷在于：當(dāng)以固定頻率運行時，電壓不能被適配成節(jié)約能量并降低功耗。
[0015] 大多數(shù)計算機系統(tǒng)提供標稱操作模式，其是大多數(shù)消費者運行他們的機器的開箱 即用的正常操作模式。一些系統(tǒng)使用完全同步的處理器互連構(gòu)造，而沒有可以允許孤立的 降頻的異步邊界。該系統(tǒng)中的所有處理器核心和邏輯必須在同步鎖步（synchronous lock step)中運行。這樣的同步設(shè)計的性能優(yōu)勢是不會由于異步邊界而損失性能。然而，功耗缺 陷是不能夠調(diào)整電壓，除非也跨越整個系統(tǒng)調(diào)整頻率。根據(jù)選擇成覆蓋最差情況的工作負 荷、溫度、di/dt噪聲以及壽命耗損（例如負偏壓溫度不穩(wěn)定性）特征的標稱固定電壓，說 明性實施例將導(dǎo)致芯片功耗的百分之5到10的降低。所節(jié)省的芯片功耗的百分比降低可 以取決于消費者環(huán)境中的上述變量的當(dāng)前狀態(tài)。
[0016] 因此，可以在許多不同類型的數(shù)據(jù)處理環(huán)境中利用各說明性實施例。為了給各說 明性實施例的具體元件和功能的描述提供上下文，下文提供圖1作為說明性實施例的各方 面可以在其中實現(xiàn)的示例環(huán)境。應(yīng)該理解的是，圖1僅僅是示例，并且并非旨在斷言或暗示 關(guān)于本發(fā)明的各方面或?qū)嵤├梢栽谄渲袑崿F(xiàn)的環(huán)境的任何限制。可以在不脫離本發(fā)明的 精神和范圍的情況下對所描繪的環(huán)境作出許多修改。
[0017] 圖1是說明性實施例的各方面可以在其中實現(xiàn)的示例數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的框圖。數(shù)據(jù) 處理系統(tǒng)100是計算機的示例，其中實現(xiàn)本發(fā)明的說明性實施例的處理的計算機可用代碼 或指令可以位于所述計算機中。
[0018] 在所描繪的示例中，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)100采用中心（hub)架構(gòu)，其包括北橋及存儲器 控制器中心（NB/MCH)102以及南橋及輸入/輸出（I/O)控制器中心（SB/ICH)104。處理單 元106、主存儲器108和圖形處理器110連接到NB/MCH102。圖形處理器110可以通過加速 圖形端口（AGP)連接到NB/MCH102。
[0019] 在所描繪的示例中，局域網(wǎng)（LAN)適配器112連接到SB/ICH104。音頻適配器 116、鍵盤和鼠標適配器120、調(diào)制解調(diào)器122、只讀存儲器（ROM) 124、硬盤驅(qū)動器（HDD) 126、 ⑶-ROM驅(qū)動器130、通用串行總線（USB)端口及其它通信端口 132、以及PCI/PCIe設(shè)備134 通過總線138和總線140連接到SB/ICH104。PCI/PCIe設(shè)備可以包括例如以太網(wǎng)適配器、 插入卡以及用于筆記本計算機的PC卡。PCI使用卡總線控制器，而PCIe則不使用。R0M124 可以例如是快閃基本輸入/輸出系統(tǒng)（BIOS)。
[0020] HDD126 和 CD-ROM 驅(qū)動器 130 通過總線 140 連接到 SB/ICH104。HDD126 和 CD-ROM 驅(qū)動器130可以使用例如電子集成驅(qū)動器（IDE)或串行高級技術(shù)附件（SATA)接口。超級 I/0(SI0)設(shè)備136可以連接到SB/ICH104。
[0021] 操作系統(tǒng)在處理單元106上運行。操作系統(tǒng)協(xié)調(diào)并提供對圖1中的數(shù)據(jù)處理 系統(tǒng)100內(nèi)的各種部件的控制。作為客戶端，操作系統(tǒng)可以是市售的操作系統(tǒng)，諸如 Microsoft? Windows7?。面向?qū)ο蟮木幊滔到y(tǒng)（諸如Java?編程系統(tǒng)）可以與操作 系統(tǒng)協(xié)同運行，并提供從在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)100上執(zhí)行的Java?程序或應(yīng)用對操作系統(tǒng)的調(diào) 用。
[0022] 作為服務(wù)器，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)100可以是例如丨BM? eServerTM系統(tǒng)P?計算機 系統(tǒng)，其運行高級交互執(zhí)行（AIX? )操作系統(tǒng)或LINUX?操作系統(tǒng)。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 100可以是在處理單元106中包括多個處理器的對稱多處理器（SMP)系統(tǒng)?？商鎿Q地，可以 采用單處理器系統(tǒng)。
[0023] 用于操作系統(tǒng)、面向?qū)ο蟮木幊滔到y(tǒng)以及應(yīng)用或程序的指令位于存儲設(shè)備（諸如 HDD126)上，并且可以被加載到主存儲器108中以便由處理單元106執(zhí)行。本發(fā)明的說明 性實施例的過程可以由處理單元106使用計算機可用程序代碼執(zhí)行，所述計算機可用程序 代碼可以位于存儲器（諸如主存儲器108、R0M124)中，或者位于例如一個或多個外圍設(shè)備 126 和 130 中。
[0024] 總線系統(tǒng)（諸如圖1所示的總線138或總線140)可以由一個或多個總線組成。當(dāng) 然，總線系統(tǒng)可以使用任何類型的通信構(gòu)造或架構(gòu)來實現(xiàn)，所述通信構(gòu)造或架構(gòu)在附接至 該構(gòu)造或架構(gòu)的不同部件或設(shè)備之間提供數(shù)據(jù)的傳遞。通信單元（諸如圖1中的調(diào)制解調(diào) 器122或網(wǎng)絡(luò)適配器112)可以包括一個或多個用來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的設(shè)備。存儲器可以 是例如主存儲器108、R0M124或者諸如圖1的NB/MCH102中可見的高速緩存。
[0025] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認識到，圖1中的硬件可以取決于實現(xiàn)方案而變化。除了 圖1中所描繪的硬件之外、或者取代這些硬件，可以使用其它的內(nèi)部硬件或外圍設(shè)備（諸如 閃存存儲器、等效的非易失性存儲器、或光盤驅(qū)動器等等）。此外，在不脫離本發(fā)明的精神和 范圍的情況下，各說明性實施例的過程可以應(yīng)用于除了前面提到的SMP系統(tǒng)以外的多處理 器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
[0026] 此外，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)100可以采取多種不同的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（包括客戶端計算 設(shè)備、服務(wù)器計算設(shè)備、平板計算機、膝上型計算機、電話或其它通信設(shè)備、個人數(shù)字助理 (PDA)等等）中任何一種的形式。在一些說明性示例中，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)100可以是便攜式計 算設(shè)備，其配置有閃存存儲器以提供例如用于存儲操作系統(tǒng)文件和/或用戶生成的數(shù)據(jù)的 非易失性存儲器?；旧?，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)100可以是沒有任何架構(gòu)限制的任何已知的或以 后開發(fā)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
[0027] 再一次，說明性實施例提供了固定頻率處理單元操作的功耗最小化。說明性實施 例引入節(jié)流（throttling)機制，其可以響應(yīng)于關(guān)鍵路徑監(jiān)視器（CPM)和輸出溫度計代碼， 而在10納秒內(nèi)作出響應(yīng)。CPM即時地識別電壓網(wǎng)格（voltage grid)內(nèi)的許多點處的時序 松弛（slack)或時序缺乏。當(dāng)溫度計輸出指示芯片接近于時序故障時，輸出溫度計代碼在 必要時提供核心節(jié)流。最后，內(nèi)部或外部控制機構(gòu)執(zhí)行監(jiān)視節(jié)流計數(shù)器的算法，并且以如下 方式調(diào)整電壓：使被允許的節(jié)流量最小化至沒有或非常少，同時還使無時序故障地運行處 理單元所需的電壓最小化為針對處理單元的當(dāng)前操作狀況的最小能耗水平。
[0028] 圖2示出根據(jù)說明性實施例的用于使固定頻率處理單元操作的功耗最小化的監(jiān) 視和反饋機構(gòu)的功能框圖。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)200包括被耦合到處理單元204的控制機構(gòu)202， 所述處理單元204是集成電路芯片201內(nèi)的固定頻率處理單元。雖然關(guān)于單個處理單元 204描述說明性實施例，但是取決于集成電路芯片201上的特定實現(xiàn)，處理單元204可以是 一組一個或多個處理器和/或可以是多核處理器。此外，處理器單元204可以使用一個或 多個異構(gòu)處理器系統(tǒng)來實現(xiàn)，在所述異構(gòu)處理器系統(tǒng)中，主處理器與輔助處理器一起存在 于單個芯片（諸如集成電路芯片201)上。作為另一個說明性示例，處理器單元204可以是 對稱多處理器系統(tǒng)，其在集成電路芯片201上包含多個相同類型的處理器。
[0029] 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)200還包括節(jié)流計206,其對預(yù)定時間窗口內(nèi)的進行節(jié)流的時隙數(shù) 量進行計數(shù)。也就是說，在說明性實施例中，存在預(yù)定的時間窗口并且該預(yù)定的時間窗口 被劃分成時隙。因此，在具有10納秒的示例性時隙的1毫秒的示例性時間窗口內(nèi)，存在 100, 000個10納秒時隙。節(jié)流計206針對該時間窗口計數(shù)那些10納秒時隙中有多少是主 動進行節(jié)流的時隙?？商鎿Q地，預(yù)定時間窗口可以是預(yù)定數(shù)量的周期，并且時隙可以是預(yù)定 數(shù)量的周期的等分子集。
[0030] 在每個預(yù)定時間周期的結(jié)束時，節(jié)流計206可以主動地向控制機構(gòu)202中的性能 損失邏輯208發(fā)送節(jié)流計206內(nèi)的計數(shù)器的值，或者可替換地，性能損失邏輯208可以在預(yù) 定時間窗口的結(jié)束時讀取節(jié)流計206內(nèi)的計數(shù)器的值。性能損失邏輯208使用該值來確定 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)200在節(jié)流上花費的時間的百分比。為了確定該百分比，性能損失邏輯208把 從節(jié)流計206獲得的值（即，在這個示例中為50, 000)除以預(yù)定時間窗口內(nèi)的預(yù)定時隙的 數(shù)量，該數(shù)量根據(jù)上面的示例將會是100, 〇〇〇個10納秒時隙。因此，性能損失邏輯208輸 出在這個示例中將會是50%的節(jié)流百分比作為性能損失（PLOSS)值210。
[0031] 控制機構(gòu)202內(nèi)的電壓控制邏輯212使用PLOSS值210連同允許性能損失 (APLOSS)值214來控制處理單元204的節(jié)流，同時通過動態(tài)調(diào)整供應(yīng)給處理單元204的電 壓來最小化工作電壓。APLOSS值214可以是預(yù)先指定的可接受的性能損失值，其包括可忽 略的性能損失?？珊雎缘男阅軗p失是不可察覺的損失；然而，在說明性實施例中，百分之一 或更少的性能損失是無法檢測到的，并且因此被認為是可忽略的。例如，如果電壓控制邏輯 212確定PLOSS值210大于APLOSS值214,則電壓控制邏輯212可以發(fā)送信號以提高供應(yīng) 給處理單元204的電壓。
[0032] 另外，如果將要提高電壓，則在發(fā)送信號以提高給處理單元204的電壓之前，電壓 控制邏輯212可以確定供應(yīng)電壓（Vdd)是否小于標稱電壓（Vnom)加電壓保護帶，該電壓保 護帶通常是供應(yīng)電壓（Vdd)的3%。如果電壓控制邏輯212確定供應(yīng)電壓（Vdd)小于標稱 電壓（Vnom)加電壓保護帶，則電壓控制邏輯212可以發(fā)送信號來提高供應(yīng)給處理單元204 的電壓。然而，如果電壓控制邏輯212確定供應(yīng)電壓（Vdd)大于或等于標稱電壓（Vnom)加 電壓保護帶，則電壓控制邏輯212可以將電壓保持在其當(dāng)前設(shè)置。
[0033] 此外，如果將要提高電壓，則在發(fā)送信號以提高給處理單元204的電壓之前，電壓 控制邏輯212可以確定是否存在用于做出所期望的電壓改變的熱余量。即，電壓控制邏輯 212可以確定與處理單元204相關(guān)聯(lián)的溫度是否小于熱閾值（例如85攝氏度）。如果電壓 控制邏輯212確定與處理單元204相關(guān)聯(lián)的溫度小于該熱閾值，則電壓控制邏輯212可以 發(fā)送信號來提高供應(yīng)給處理單元204的電壓。然而，如果電壓控制邏輯212確定與處理單 元204相關(guān)聯(lián)的溫度大于或等于熱閾值，則電壓控制邏輯212可以將電壓保持在其當(dāng)前設(shè) 置。因此，在提高或降低供應(yīng)給處理單元204的電壓之前，電壓控制邏輯212可以做出關(guān)于 工作特征的一個或多個確定。
[0034] 可替換地，如果電壓控制邏輯212確定PLOSS值210小于或等于APLOSS值214,則 電壓控制邏輯212可以發(fā)送信號來降低供應(yīng)給處理單元204的電壓。此外，對供應(yīng)給處理 單元204的電壓的任何提高或降低可以基于諸如供應(yīng)電壓（Vdd)的0.5%之類的度量。
[0035] 此外，為了使得供應(yīng)給處理單元204的電壓在一個時間周期期間不被提高，在接 下來的時間周期中被降低，然后在接下來的時間周期中被提高，則電壓控制邏輯212可以 利用遲滯控制，在該遲滯控制中，在可以實現(xiàn)對先前電壓設(shè)置的返回之前，必須經(jīng)過至少一 個或多個時間周期。如果電壓將被提高或降低，則電壓控制邏輯212向電壓調(diào)節(jié)器216發(fā) 送信號。然后，電壓調(diào)節(jié)器216對供應(yīng)給處理單元204的電壓實現(xiàn)所期望的改變。
[0036] 基于由控制機構(gòu)202實現(xiàn)的供應(yīng)電壓改變、以及基于與處理單元204相關(guān)聯(lián)的工 作負荷、溫度和其他特征，額外且更快的節(jié)流措施將被請求以應(yīng)對其他問題，諸如時序余裕 (timing margin)和差錯。也就是說，控制機構(gòu)202基于固定頻率處理單元204的性能來實 現(xiàn)電壓調(diào)整。然而，由于電壓調(diào)節(jié)控制回路的性質(zhì)，這樣的電壓調(diào)整將總是與微秒或更長的 時間尺度相關(guān)聯(lián)，諸如在2微秒與4微秒之間。然而，為了應(yīng)對工作負荷中的突然變化（其 可能造成時序余裕差錯），數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)200還包括時序余裕電路218,其由監(jiān)視與處理單 元204相關(guān)聯(lián)的特征的檢測電路（諸如關(guān)鍵路徑監(jiān)視器（CPM)電路、RAZOR電路等等）組 成，其中與處理單元204相關(guān)聯(lián)的特征諸如是工作負荷變化、溫度變化和電壓變化（例如， 不受電壓調(diào)節(jié)器216控制的電壓突降、電壓高漲，控制機構(gòu)202不能足夠快速響應(yīng)的工作負 荷增加等）。因此，為了避免基于工作負荷變化、溫度變化和電壓變化（諸如由電壓調(diào)節(jié)器 216發(fā)出的那些）的時序故障，時序余裕電路218可以在幾個納秒的時間尺度上（諸如在 10納秒和40納秒之間）進行節(jié)流。例如，當(dāng)電壓控制邏輯開始經(jīng)由電壓調(diào)節(jié)器216降低電 壓時，當(dāng)諸如上述那些的問題連同電壓變化一起發(fā)生時，固定頻率處理單元204可能更接 近于時序故障。為了避免該時序故障，時序余裕電路218內(nèi)的檢測電路輸出信號，該信號使 節(jié)流控制邏輯220在幾納秒的時間尺度上進行節(jié)流。節(jié)流控制邏輯220可以通過降低工作 負荷（即指令）來進行節(jié)流。因此，時序余裕電路218應(yīng)對這類問題，并且對處理單元204 做出快速的節(jié)流改變。對于預(yù)定時間窗口內(nèi)的由時序余裕電路218進行節(jié)流的任何時隙， 節(jié)流計206遞增其計數(shù)器，使操作在該預(yù)定時間窗口結(jié)束時再次重新開始。該節(jié)流可以得 到保證，使得檢測到時序余裕的損失越多，就進行越極端的節(jié)流，從而僅對性能造成保持系 統(tǒng)安全所必要的量的損害。
[0037] 所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的是，本發(fā)明的各個方面可以實施為系統(tǒng)、方法或計 算機程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明的各個方面可以采取以下形式，即：完全的硬件實施方式、完全 的軟件實施方式（包括固件、駐留軟件、微代碼等），或軟件和硬件方面結(jié)合的實施方式，這 里可以統(tǒng)稱為"電路"、"模塊"或"系統(tǒng)"。此外，本發(fā)明的各個方面還可以采取用一個或多 個計算機可讀介質(zhì)實施的計算機程序產(chǎn)品的形式，該計算機可讀介質(zhì)上包含有計算機可讀 程序代碼。
[0038] 可以采用一個或多個計算機可讀介質(zhì)的任意組合。計算機可讀介質(zhì)可以是計算 機可讀信號介質(zhì)或者計算機可讀存儲介質(zhì)。計算機可讀存儲介質(zhì)例如可以是--但不限 于--電、磁、光、電磁、紅外線或半導(dǎo)體的系統(tǒng)、裝置或器件，或者任意以上的適當(dāng)組合。計 算機可讀存儲介質(zhì)的更具體的例子（非窮舉的列表）包括：具有一個或多個導(dǎo)線的電連接、 便攜式計算機軟盤、硬盤、隨機存取存儲器（RAM)、只讀存儲器（ROM)、可擦式可編程只讀存 儲器（EPROM或閃存）、光纖、便攜式緊湊盤只讀存儲器（CD-ROM)、光存儲器件、磁存儲器件、 或者上述的任意合適的組合。在本文件的上下文中，計算機可讀存儲介質(zhì)可以是任何包含 或存儲程序的有形介質(zhì)，該程序可以被指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或者器件使用或者與其結(jié)合使 用。
[0039] 計算機可讀信號介質(zhì)可以包括例如在基帶中或者作為載波一部分傳播的數(shù)據(jù)信 號，其中承載了計算機可讀程序代碼。這種傳播的信號可以采用各種形式，包括但不限于電 磁信號、光信號或上述的任意合適的組合。計算機可讀信號介質(zhì)還可以是計算機可讀存儲 介質(zhì)以外的任何計算機可讀介質(zhì)，該計算機可讀介質(zhì)可以發(fā)送、傳播或者傳輸用于由指令 執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或者器件使用或者與其結(jié)合使用的程序。
[0040] 計算機可讀介質(zhì)上包含的程序代碼可以用任何適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)傳輸，包括但不限于無 線、有線、光纜、RF等等，或者上述的任意合適的組合。
[0041] 可以以一種或多種程序設(shè)計語言的任意組合來編寫用于執(zhí)行本發(fā)明各方面的操 作的計算機程序代碼，所述程序設(shè)計語言包括面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言（諸如Java(TM)、 Smalltalk(TM)、C++等），還包括常規(guī)的過程式程序設(shè)計語言（諸如"C"程序設(shè)計語言或類 似的程序設(shè)計語言）。程序代碼可以完全地在用戶計算機上執(zhí)行、部分地在用戶計算機上執(zhí) 行、作為獨立的軟件包執(zhí)行、部分在用戶計算機上部分在遠程計算機上執(zhí)行、或者完全在遠 程計算機或服務(wù)器上執(zhí)行。在涉及遠程計算機的情形中，遠程計算機可以通過任意種類的 網(wǎng)絡(luò)--包括局域網(wǎng)（LAN)或廣域網(wǎng)（WAN)-連接到用戶計算機，或者，可以連接到外部計 算機（例如利用因特網(wǎng)服務(wù)提供商來通過因特網(wǎng)連接）。
[0042] 下面參照根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的方法、裝置（系統(tǒng)）和計算機程序產(chǎn)品的 流程圖和/或框圖描述本發(fā)明的各方面。應(yīng)當(dāng)理解的是，流程圖和/或框圖的每個方框以 及流程圖和/或框圖中各方框的組合，都可以由計算機程序指令實現(xiàn)。這些計算機程序指 令可以提供給通用計算機、專用計算機或其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置的處理器，從而生產(chǎn)出 一種機器，使得這些計算機程序指令在通過計算機或其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置的處理器執(zhí) 行時，產(chǎn)生實現(xiàn)流程圖和/或框圖中的一個或多個方框中規(guī)定的功能/動作的裝置。
[0043] 也可以把這些計算機程序指令存儲在計算機可讀介質(zhì)中，這些指令可以使得計算 機、其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置、或其他設(shè)備以特定方式工作，使得存儲在計算機可讀介質(zhì)中 的指令產(chǎn)生包括實現(xiàn)流程圖和/或框圖中的一個或多個方框中規(guī)定的功能/動作的指令的 制造品°
[0044] 計算機程序指令還可以加載到計算機、其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置或其他設(shè)備上， 以使一系列操作步驟在計算機、其它可編程裝置或其他設(shè)備上被執(zhí)行以產(chǎn)生計算機實現(xiàn)的 過程，使得在計算機或其它可編程裝置上執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)流程圖和/或框圖中的 一個或多個方框中規(guī)定的功能/動作的處理。
[0045] 圖3描繪根據(jù)說明性實施例由監(jiān)視和反饋機構(gòu)執(zhí)行用于使固定頻率處理單元操 作的功耗最小化的操作的流程圖。當(dāng)操作開始時，在預(yù)定時間窗口期間或?qū)τ谥付〝?shù)量 的周期，與處理單元相關(guān)聯(lián)的節(jié)流計對向處理單元進行節(jié)流的時隙的數(shù)量進行計數(shù)（步驟 302)。一旦該指定的時間窗口已經(jīng)期滿或者指定數(shù)量的周期已經(jīng)得到滿足，節(jié)流計就向內(nèi) 部或外部控制機構(gòu)中的性能損失邏輯發(fā)送計數(shù)器的值，其指示對處理單元進行節(jié)流的時隙 的數(shù)量（步驟304)。性能損失邏輯使用由節(jié)流計提供的值來確定數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在對處理單 元進行節(jié)流上所花費的時間的百分比（步驟306)。然后，性能損失邏輯將節(jié)流百分比作為 性能損失（PLOSS)值輸出給控制機構(gòu)內(nèi)的電壓控制邏輯（步驟308)。
[0046] 電壓控制邏輯使用PLOSS值連同允許性能損失（APLOSS)值來控制處理單元的節(jié) 流，同時通過動態(tài)地調(diào)整供應(yīng)給處理單元的電壓來最小化工作電壓。為了確定是否應(yīng)該提 高、降低供應(yīng)給處理單元的電壓或者將其保持在當(dāng)前電壓，電壓控制邏輯確定PLOSS值是 否大于APLOSS值（步驟310)。如果在步驟310,電壓控制邏輯確定PLOSS值大于APLOSS 值，則電壓控制邏輯確定供應(yīng)電壓（Vdd)是否小于標稱電壓（Vnom)加電壓保護帶，該電壓 保護帶通常是供應(yīng)電壓（Vdd)的3% (步驟312)。如果在步驟312,電壓控制邏輯確定供 應(yīng)電壓（Vdd)大于或等于標稱電壓（Vnom)加電壓保護帶，則電壓控制邏輯將電壓保持在其 當(dāng)前設(shè)置（步驟314)。如果在步驟312,電壓控制邏輯確定供應(yīng)電壓（Vdd)小于標稱電壓 (Vnom)加電壓保護帶，則電壓控制邏輯確定與處理單元相關(guān)聯(lián)的溫度是否小于熱閾值（步 驟316)。如果在步驟316,電壓控制邏輯確定與處理單元相關(guān)聯(lián)的溫度大于或等于熱閾值， 則電壓控制邏輯將電壓保持在其當(dāng)前設(shè)置（步驟314)，使操作返回到步驟304以等待從節(jié) 流計進行下一次讀取。如果在步驟316,電壓控制邏輯確定與處理單元相關(guān)聯(lián)的溫度小于熱 閾值，則電壓控制邏輯發(fā)送信號來提高供應(yīng)給處理單元的電壓（步驟318)。
[0047] 如果在步驟310,電壓控制邏輯確定PLOSS值小于或等于APLOSS值，則電壓控制邏 輯發(fā)送信號以降低供應(yīng)給處理單元的電壓（步驟320)。從步驟318和320以及在對供應(yīng)給 處理單元的電壓做出調(diào)整之前，電壓控制邏輯可以確定是否已經(jīng)滿足遲滯條件，諸如自從 供應(yīng)給處理單元的電壓的上一次改變以來，已經(jīng)經(jīng)過一個或多個時間窗口或者已經(jīng)發(fā)生了 預(yù)先指定數(shù)量的周期（步驟322)。如果在步驟322, 一個或多個時間周期尚未經(jīng)過或者沒 有發(fā)生預(yù)先指定數(shù)量的周期，則電壓控制邏輯不發(fā)送信號以提高或降低供應(yīng)給處理單元的 電壓，并將電壓保持在其當(dāng)前設(shè)置（步驟314)，使操作返回到步驟304以等待從節(jié)流計的下 一次讀取。如果在步驟322, 一個或多個時間窗口已經(jīng)過去或者已經(jīng)發(fā)生了預(yù)先指定數(shù)量的 周期，則電壓控制邏輯向電壓調(diào)節(jié)器發(fā)送所生成的信號（步驟324)。然后，電壓調(diào)節(jié)器對供 應(yīng)給處理單元的電壓實現(xiàn)所期望的改變（步驟326)。
[0048] 基于由控制機構(gòu)實現(xiàn)的供給電壓改變、以及基于與處理單元相關(guān)聯(lián)的工作負荷、 溫度和其他特征，額外和更快的節(jié)流措施將被請求以應(yīng)對其他問題，諸如時序余裕（timing margin)和差錯。因此，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)內(nèi)的時序余裕電路確定在當(dāng)前時間周期或預(yù)先指定數(shù) 量的周期期間是否出現(xiàn)了需要進一步節(jié)流的問題（步驟328)。如果在步驟328,時序余裕 電路確定在當(dāng)前時間周期或預(yù)先指定數(shù)量的周期內(nèi)發(fā)生了這樣的問題，則時序余裕電路通 過經(jīng)由節(jié)流控制邏輯進行節(jié)流來應(yīng)對這類問題，使得對處理單元進行快速節(jié)流改變（步驟 330)，使操作在此后返回到步驟304。如果在步驟328,時序余裕電路確定在當(dāng)前時間周期 或預(yù)先指定數(shù)量的周期內(nèi)沒有發(fā)生問題，則操作簡單地返回到步驟304。
[0049] 附圖中的流程圖和框圖示出根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的系統(tǒng)、方法和計算機程序 產(chǎn)品的可能實現(xiàn)的架構(gòu)、功能和操作。在這點上，流程圖或框圖中的每個方框可以代表模 塊、程序段或代碼的一部分，所述模塊、程序段或代碼的一部分包含一個或多個用于實現(xiàn)規(guī) 定的邏輯功能的可執(zhí)行指令。也應(yīng)當(dāng)注意的是，在有些替代性實現(xiàn)中，方框中所標注的功 能也可以以不同于附圖中所標注的順序發(fā)生。例如，兩個連續(xù)的方框?qū)嶋H上可以基本并行 地執(zhí)行，它們有時也可以按相反的順序執(zhí)行，這依所涉及的功能而定。也要注意的是，框圖 和/或流程圖中的每個方框、以及框圖和/或流程圖中的方框的組合，可以用執(zhí)行規(guī)定的功 能或動作的專用的基于硬件的系統(tǒng)來實現(xiàn)，或者可以用專用硬件與計算機指令的組合來實 現(xiàn)。
[0050] 因此，說明性實施例提供了用于使固定頻率處理單元操作的功耗最小化的機制。 說明性實施例引入節(jié)流機制，其可以響應(yīng)于關(guān)鍵路徑監(jiān)視器（CPM)和輸出溫度計代碼而在 10納秒內(nèi)進行響應(yīng)。CPM即時地識別電壓網(wǎng)格內(nèi)的許多點處的時序松弛或其缺乏。最后， 內(nèi)部或外部控制機構(gòu)執(zhí)行監(jiān)視新節(jié)流計數(shù)器的算法，并且以如下方式調(diào)整電壓：使被允許 的節(jié)流量最小化至沒有或非常少，同時還使無時序故障地運行處理單元所需的電壓最小化 為針對處理單元的當(dāng)前操作狀況的最小能耗水平。
[0051] 如上面所指出的，應(yīng)該認識到，各說明性實施例可以采取以下形式：完全硬件實施 例、完全軟件實施例、或者既包含硬件元件也包含軟件元件的實施例。在一個說明性實施例 中，各說明性實施例的機制以軟件或程序代碼實現(xiàn)，所述軟件或程序代碼包括但不限于固 件、駐留軟件、微代碼等。
[0052] 適合于存儲和/或執(zhí)行程序代碼的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將包括通過系統(tǒng)總線與存儲器 元件直接或間接耦合的至少一個處理器。存儲器元件可以包括在實際執(zhí)行程序代碼期間采 用的本地存儲器、大容量存儲器、以及高速緩存存儲器，該高速緩存存儲器提供至少一些程 序代碼的臨時存儲以便減少在執(zhí)行期間必須從大容量存儲器取回代碼的次數(shù)。
[0053] 輸入/輸出或I/O設(shè)備（包括但不限于鍵盤、顯示器、指點設(shè)備等）可以與系統(tǒng)直 接地耦合，或者通過居間I/O控制器與系統(tǒng)耦合。網(wǎng)絡(luò)適配器也可以與系統(tǒng)耦合以使數(shù)據(jù) 處理系統(tǒng)能夠通過居間的私有或公用網(wǎng)絡(luò)與其它數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)或者遠程打印機或存儲設(shè) 備耦合。調(diào)制解調(diào)器、線纜調(diào)制解調(diào)器以及以太網(wǎng)卡僅僅是一些當(dāng)前可用類型的網(wǎng)絡(luò)適配 器。
[0054] 本發(fā)明的描述已經(jīng)出于舉例說明和描述的目的而被給出，并且并非旨在是無遺漏 的或局限于所公開的形式的發(fā)明。對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，許多修改和變化是明顯的。 實施例被選擇并描述是為了最佳地解釋本發(fā)明的原理、實際應(yīng)用以及為了使本領(lǐng)域其它普 通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明從而獲得具有適合于所設(shè)想的特定用途的各種修改的各種實 施例。
【權(quán)利要求】
1. 一種在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中用于使固定頻率處理單元的操作的功耗最小化的方法，所述 方法包括： 對時間窗口中向所述固定頻率處理單元進行節(jié)流的時隙的數(shù)量進行計數(shù)； 將進行節(jié)流的時隙的數(shù)量除以所述時間窗口內(nèi)的時隙總數(shù)，從而產(chǎn)生性能損失 (PLOSS)值； 確定與所述固定頻率處理單元相關(guān)聯(lián)的所述（PLOSS)值是否大于允許性能損失 (APLOSS)值；以及 響應(yīng)于所述PLOSS值小于或等于所述APLOSS值，發(fā)起供應(yīng)給所述固定頻率處理單元的 電壓的降低。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括： 確定對于所述固定頻率處理單元是否存在定時問題；以及 響應(yīng)于定時問題存在，對所述固定頻率處理單元的操作進行節(jié)流，其中解決所述定時 問題的響應(yīng)比調(diào)整供應(yīng)給所述固定頻率處理單元的電壓的響應(yīng)更快。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中通過時序余裕電路檢測所述定時問題。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括： 響應(yīng)于所述PLOSS值大于所述APLOSS值，確定與所述固定頻率處理單元相關(guān)聯(lián)的供應(yīng) 電壓是否小于標稱電壓加電壓保護帶所得的結(jié)果；以及 響應(yīng)于所述供應(yīng)電壓大于或等于所述標稱電壓加所述電壓保護帶所得的結(jié)果，將供應(yīng) 給所述固定頻率處理單元的電壓保持在當(dāng)前設(shè)置。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，還包括： 響應(yīng)于所述供應(yīng)電壓小于所述標稱電壓加所述電壓保護帶所得的結(jié)果，確定與所述固 定頻率處理單元相關(guān)聯(lián)的溫度是否小于熱閾值；以及 響應(yīng)于所述溫度大于或等于所述熱閾值，將供應(yīng)給所述固定頻率處理單元的電壓保持 在當(dāng)前設(shè)置。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，還包括： 響應(yīng)于所述溫度小于所述熱閾值，發(fā)起供應(yīng)給所述固定頻率處理單元的電壓的提高。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括： 在調(diào)整供應(yīng)給所述固定頻率處理單元的電壓之前，確定遲滯條件是否已經(jīng)得到滿足； 以及 響應(yīng)于所述遲滯條件未能得到滿足，將供應(yīng)給所述固定頻率處理單元的電壓保持在當(dāng) 前設(shè)置。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述遲滯條件是：自從供應(yīng)給所述固定頻率處理單 元的電壓的上一次改變以來，是否已經(jīng)過去預(yù)先指定數(shù)量的時間窗口。
9. 如權(quán)利要求7所述的方法，還包括： 響應(yīng)于所述遲滯條件得到滿足，調(diào)整供應(yīng)給所述固定頻率處理單元的電壓。
10. -種包括計算機可讀存儲介質(zhì)的計算機程序產(chǎn)品，所述計算機可讀存儲介質(zhì)具有 存儲在其中的計算機可讀程序，其中所述計算機可讀程序在計算設(shè)備上被執(zhí)行時使所述計 算設(shè)備： 對時間窗口中向固定頻率處理單元進行節(jié)流的時隙的數(shù)量進行計數(shù)； 將進行節(jié)流的時隙的數(shù)量除以所述時間窗口內(nèi)的時隙總數(shù)，從而產(chǎn)生性能損失 (PLOSS)值； 確定與處理單元相關(guān)聯(lián)的所述（PLOSS)值是否大于允許性能損失（APLOSS)值；以及 響應(yīng)于所述PLOSS值小于或等于所述APLOSS值，發(fā)起供應(yīng)給所述固定頻率處理單元的 電壓的降低。
11. 如權(quán)利要求10所述的計算機程序產(chǎn)品，其中所述計算機可讀程序還使所述計算設(shè) 備： 確定對于所述固定頻率處理單元是否存在定時問題；以及 響應(yīng)于定時問題存在，對所述固定頻率處理單元的操作進行節(jié)流，其中解決所述定時 問題的響應(yīng)比調(diào)整供應(yīng)給所述固定頻率處理單元的電壓的響應(yīng)更快。
12. 如權(quán)利要求11所述的計算機程序產(chǎn)品，其中通過時序余裕電路檢測所述定時問 題。
13. 如權(quán)利要求10所述的計算機程序產(chǎn)品，其中所述計算機可讀程序還使所述計算設(shè) 備： 響應(yīng)于所述PLOSS值大于所述APLOSS值，確定與所述固定頻率處理單元相關(guān)聯(lián)的供應(yīng) 電壓是否小于標稱電壓加電壓保護帶所得的結(jié)果；以及 響應(yīng)于所述供應(yīng)電壓大于或等于所述標稱電壓加所述電壓保護帶所得的結(jié)果，將供應(yīng) 給所述固定頻率處理單元的電壓保持在當(dāng)前設(shè)置。
14. 如權(quán)利要求13所述的計算機程序產(chǎn)品，其中所述計算機可讀程序還使所述計算設(shè) 備： 響應(yīng)于所述供應(yīng)電壓小于所述標稱電壓加所述電壓保護帶所得的結(jié)果，確定與所述固 定頻率處理單元相關(guān)聯(lián)的溫度是否小于熱閾值；以及 響應(yīng)于所述溫度大于或等于所述熱閾值，將供應(yīng)給所述固定頻率處理單元的電壓保持 在當(dāng)前設(shè)置。
15. 如權(quán)利要求14所述的計算機程序產(chǎn)品，其中所述計算機可讀程序還使所述計算設(shè) 備： 響應(yīng)于所述溫度小于所述熱閾值，發(fā)起供應(yīng)給所述固定頻率處理單元的電壓的提高。
16. -種設(shè)備，包括： 處理器；以及 耦合到所述處理器的存儲器，其中所述存儲器包括指令，所述指令在被所述處理器執(zhí) 行時使所述處理器： 對時間窗口中向固定頻率處理單元進行節(jié)流的時隙的數(shù)量進行計數(shù)； 將進行節(jié)流的時隙的數(shù)量除以所述時間窗口內(nèi)的時隙總數(shù)，從而產(chǎn)生性能損失 (PLOSS)值； 確定與處理單元相關(guān)聯(lián)的所述（PLOSS)值是否大于允許性能損失（APLOSS)值；以及 響應(yīng)于所述PLOSS值小于或等于所述APLOSS值，發(fā)起供應(yīng)給所述固定頻率處理單元的 電壓的降低。
17. 如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述指令還使所述處理器： 確定對于所述固定頻率處理單元是否存在定時問題；以及 響應(yīng)于定時問題存在，對所述固定頻率處理單元的操作進行節(jié)流，其中解決所述定時 問題的響應(yīng)比調(diào)整供應(yīng)給所述固定頻率處理單元的電壓的響應(yīng)更快。
18. 如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中通過時序余裕電路檢測所述定時問題。
19. 如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述指令還使所述處理器： 響應(yīng)于所述PLOSS值大于所述APLOSS值，確定與所述固定頻率處理單元相關(guān)聯(lián)的供應(yīng) 電壓是否小于標稱電壓加電壓保護帶所得的結(jié)果；以及 響應(yīng)于所述供應(yīng)電壓大于或等于所述標稱電壓加所述電壓保護帶所得的結(jié)果，將供應(yīng) 給所述固定頻率處理單元的電壓保持在當(dāng)前設(shè)置。
20. 如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中所述指令還使所述處理器： 響應(yīng)于所述供應(yīng)電壓小于所述標稱電壓加所述電壓保護帶所得的結(jié)果，確定與所述固 定頻率處理單元相關(guān)聯(lián)的溫度是否小于熱閾值；以及 響應(yīng)于所述溫度大于或等于所述熱閾值，將供應(yīng)給所述固定頻率處理單元的電壓保持 在當(dāng)前設(shè)置。
21. 如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中所述指令還使所述處理器： 響應(yīng)于所述溫度小于所述熱閾值，發(fā)起供應(yīng)給所述固定頻率處理單元的電壓的提高。
【文檔編號】G06F1/32GK104246653SQ201380019054
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月10日
【發(fā)明者】M·S·艾倫-韋爾, A·J·德拉克, 黃偉, M·S·弗洛伊德, 聞華君 申請人:國際商業(yè)機器公司