【技術領域】

本發(fā)明有關于功耗/資源預算方法，更具體來說，有關于低功耗政策的自適應優(yōu)化方法和相關裝置。

背景技術：

隨著移動/無線和其他電子裝置的快速發(fā)展，上述裝置若要獲得成功，電池壽命成為一個重要的因素。與此同時，許多用于上述設備的高級應用也變得越來越普及。上述應用通常要求裝置中的元件具有高性能?？沙掷m(xù)的電源受到散熱能力和溫度的限制。若溫度過高，則裝置或半導體芯片會失靈。通常在裝置上使用熱節(jié)流(thermalthrottle)方法來防止由于散熱限制造成的過熱問題。為將溫度保持在目標溫度之內(nèi),傳統(tǒng)的熱節(jié)流方法不必要的犧牲了性能。以傳統(tǒng)的方式，裝置監(jiān)測溫度，若溫度變得高于閾值，觸發(fā)降低功耗。若降低功耗太快，則導致明顯的性能下降并影響整個裝置的性能。性能受限于可持續(xù)的功耗。若降低功耗太慢，溫度下降前會繼續(xù)上升。過熱會導致芯片的壽命縮短，甚至會對設備造成永久性損壞。

此外，存在多種控制溫度的方式，包含動態(tài)電壓和頻率縮放(dynamicvoltageandfrequencyscaling，簡寫為dvfs)、cpu熱插拔(hot-plug)，以及任務遷移/簇開關(taskmigration/clusterswitch)。在當前的系統(tǒng)中，單一的控制政策控制不同溫度方法。單一的政策可能適合一種方法，但是不適合其他方法。其導致效率降低且/或犧牲系統(tǒng)性能。

此外，對于每一控制技術，基于不同用戶偏好和不同操作方案(operationscenario)，控制參數(shù)也會改變。很多時候，用于任意方案下的所有控制技術的單一的控制政策不能提供最有效的方式。

因此，需要改進和提高低功耗政策的自適應優(yōu)化。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明特提供以下技術方案：

本發(fā)明實施例提供一種低功耗政策的自適應優(yōu)化方法，包含：監(jiān)測一個或多個熱性能參數(shù)；基于一個或多個熱性能參數(shù)，為多個對應低功耗政策決定多個操作方案；基于對應操作方案選擇每一低功耗政策，其中每一低功耗政策適用于一個對應地低功耗策略；以及動態(tài)應用每一低功耗政策至其對應地低功耗策略。

本發(fā)明實施例又提供一種低功耗政策的自適應優(yōu)化裝置，包含一個或多個傳感器，監(jiān)測一個或多個熱性能參數(shù)；方案預測器，基于一個或多個熱性能參數(shù)，為多個低功耗政策決定多個操作方案；政策選擇器，基于對應操作方案選擇每一低功耗政策，其中每一低功耗政策適用于對應地低功耗策略；以及策略優(yōu)化器，動態(tài)應用每一低功耗政策至其對應地低功耗策略。

本發(fā)明的低功耗政策的自適應優(yōu)化方法和相關裝置可以自適應優(yōu)化低功耗政策，并優(yōu)化裝置性能。

【附圖說明】

圖1是依據(jù)本發(fā)明實施例的執(zhí)行低功耗政策的自適應優(yōu)化的裝置的簡化框圖。

圖2是依據(jù)本發(fā)明實施例的具有自適應溫度控制的低功耗控制單元的范例的示意圖。

圖3是依據(jù)本發(fā)明實施例的使用熱性能參數(shù)的長期和短期平均值的范例的方案分析的示意圖。

圖4是依據(jù)本發(fā)明實施例的使用不同控制政策的不同芯片的功耗比較的范例性示意圖。

圖5a是依據(jù)本發(fā)明實施例的具有短期低載荷自動識別的功耗控制的示意圖。

圖5b是依據(jù)本發(fā)明實施例的具有短期高載荷自動識別的功耗控制的示意圖。

圖6a是依據(jù)本發(fā)明實施例的基于探測的方案和用戶定義偏好的dvfs政策選擇的示意圖。

圖6b是依據(jù)本發(fā)明實施例的基于探測的方案和用戶定義偏好的cpu熱插拔政策選擇的示意圖。

圖6c是依據(jù)本發(fā)明實施例的基于探測的方案和用戶定義偏好的任務遷移政策選擇的示意圖。

圖7是依據(jù)本發(fā)明實施例的低功耗政策自適應優(yōu)化的流程圖。

【具體實施方式】

在說明書及權(quán)利要求書當中使用了某些詞匯來指稱特定的組件。所屬領域中的技術人員應可理解，制造商可能會用不同的名詞來稱呼同樣的組件。本說明書及權(quán)利要求書并不以名稱的差異來作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來作為區(qū)分的基準。在通篇說明書及權(quán)利要求書當中所提及的「包含」是開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定于」。另外，「耦接」一詞在此包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述第一裝置耦接于第二裝置，則代表第一裝置可直接電氣連接于第二裝置，或透過其它裝置或連接手段間接地電氣連接至第二裝置。

為了說明本發(fā)明的目的，特征和優(yōu)點，本發(fā)明的實施例和附圖將詳細描述如下。

圖1是依據(jù)本發(fā)明實施例的執(zhí)行低功耗政策的自適應優(yōu)化的裝置100的簡化框圖。裝置100可具有一或多組傳感器，例如傳感器組101，傳感器組102，以及傳感器組103。裝置100也包含政策控制器110、時鐘產(chǎn)生器121、處理單元122，及/或電壓產(chǎn)生器123。傳感器組監(jiān)測不同功耗參數(shù)。在一個實施例中，傳感器組101感測系統(tǒng)的一個或多個載荷信息，并發(fā)送載荷信息181至政策控制器110。傳感器組102感測一個或多個時鐘信息，并發(fā)送時鐘信息182至政策控制器110。傳感器組103感測任務調(diào)度(task-scheduling)信息，并發(fā)送任務調(diào)度信息183至政策控制器110。在其他一些實施例中，政策控制器110可自另一裝置，而不是從傳感器(即，傳感器組101、傳感器組102，以及傳感器組103)組接收上述信息，其并非為本發(fā)明的限制。

政策控制器110包含監(jiān)測器111、方案預測器(scenariopredictor)112、自適應優(yōu)化器116，以及dvfs控制器113、熱插拔控制器114及任務遷移控制器115中的至少一個。時鐘產(chǎn)生器121產(chǎn)生處理單元122的時鐘信息。處理單元122包含一個或多個多核處理器。電壓產(chǎn)生器123控制輸出電壓的水平。為有效控制裝置100的溫度，政策控制器110發(fā)送時鐘控制信息191至時鐘產(chǎn)生器121。基于時鐘控制信息191，時鐘產(chǎn)生器121發(fā)送時鐘信息194至處理單元122。政策控制器110可通過開啟/關閉控制信息192來控制處理單元122。政策控制器110可發(fā)送電壓控制信息193至電壓產(chǎn)生器123?；陔妷嚎刂菩畔?93，電壓產(chǎn)生器123通過控制信息195控制處理單元122的操作電壓。

在一個實施例中，裝置100基于已確定的操作方案選擇一個或多個低功耗政策。一個或多個低功耗政策應用于至少一個相應地低功耗策略(包含dvfs、cpu熱插拔和任務遷移)。dvfs策略是通過動態(tài)調(diào)整時鐘頻率和時鐘電壓來平衡(leverage)性能和功耗的低功耗策略。dvfs低功耗政策的主要問題之一是平衡兩個相互沖突的目標，即最大限度節(jié)省功耗并保證嚴密精細的性能(tightfine-grainperformance)。cpu熱插拔策略是通過采用一個或多個cpu核來平衡性能和功耗的低功耗策略。cpu熱插拔的低功耗策略的主要問題之一是何時開啟或關閉一個或多個cpu核。隨著越來越多的cpu核開啟，性能增加，同時功耗效率降低。類似地，隨著越來越少的cpu核開啟，性能降低，同時功耗效率增加。當開啟和關閉cpu核時，低功耗政策需要考慮性能和功耗開銷(overhead)。任務遷移是在hmp系統(tǒng)中平衡性能和功耗的低功耗策略。在多核cpu系統(tǒng)中，存在具有較高性能，需要消耗較高功耗的大核。也存在具有較低性能，但是消耗較低功耗的小核。任務遷移策略可在大核和小核之間遷移不同任務。任務遷移的低功耗政策的主要問題之一是何時遷移至另一簇(cluster)。任務遷移期間，也需要考慮性能和功耗開銷。

在一個實施例中，dvfs控制器113、熱插拔控制器114及任務遷移控制器115自方案預測器112接收操作方案。在一個實施例中，每一低功耗控制器具有相應地操作方案。每一控制器基于操作方案選擇相應地低功耗方案。舉例而言，dvfs控制器113選擇用于dvfs低功耗策略的最佳dvfs政策；cpu熱插拔控制器114選擇用于cpu熱插拔低功耗策略的最佳cpu熱插拔政策；而任務遷移控制器115選擇用于任務遷移低功耗策略的最佳任務遷移政策。用于每一低功耗策略的選定的低功耗政策被送至自適應優(yōu)化器116。自適應優(yōu)化器116為一個或多個對應低功耗策略控制器選擇一個或多個低功耗政策。在一個實施例中，當其他組沒有被使用時，低功耗策略的子組被選定。自適應優(yōu)化器116發(fā)送控制信息至時鐘產(chǎn)生器121、處理單元122，以及電壓產(chǎn)生器123以應用低功耗策略。

圖2是依據(jù)本發(fā)明實施例的具有自適應溫度控制的低功耗控制單元的范例的示意圖。溫度控制單元包含控制回路201、快速政策探測器202，以及政策控制器203。控制回路201自適應地控制溫度，這樣使得溫度低于最大允許溫度限制?？刂苹芈?01以工作載荷(workload)211作為輸入?？刂苹芈?01基于工作載荷211為政策控制器203產(chǎn)生一個或多個控制政策221。政策控制器203包含dvfs控制器231、熱插拔控制器232及任務遷移控制器233。工作載荷211包含熱性能參數(shù)，例如電源的正在運行的核的數(shù)量、運行頻率、載荷、任務級并行(task-levelparallelism，簡寫為tlp)，以及任何其他功耗相關參數(shù)或其組合。在一個實施例中，工作載荷211基于一個或多個熱性能的長期平均值。在另一個實施例中，工作載荷211基于一個或多個熱性能的短期平均值。在又一個實施例中，工作載荷211基于一個或多個熱性能的短期平均值和長期平均值的組合。工作載荷211的信息可由硬件或軟件產(chǎn)生?？刂苹芈?01由固定參數(shù)配置?？刂苹芈?01基于工作載荷211產(chǎn)生控制政策。固定參數(shù)包含最大允許溫度限制和性能相關參數(shù)。

在一個新穎性的方面，控制回路201將額外的快速變化的控制參數(shù)213作為輸入，并為至少一個對應控制政策單元自適應地產(chǎn)生一個或多個控制政策。伴隨額外的快速變化的控制參數(shù)213，控制回路201可在將溫度控制在低于目標溫度的同時最大化性能。在一個實施例中，溫度控制單元也包含快速政策探測器202?？焖僬咛綔y器202將用戶定義政策212和工作載荷211作為輸入?？焖僬咛綔y器202為控制回路201產(chǎn)生快速變化的控制參數(shù)213?？焖僮兓目刂茀?shù)213包含用于對應政策控制技術(例如dvfs、cpu熱插拔及任務遷移)的不同用戶定義政策偏好?？刂苹芈?01基于固定參數(shù)和快速變化的控制參數(shù)213產(chǎn)生不同政策。伴隨動態(tài)參數(shù)，例如快速變化的控制參數(shù)213，因為除了一般參數(shù)之外，精細信息(fine-grainedinformation)也可用于作出決定，控制回路201可為控制功耗獲取更好地定義的方案。此外，不同參數(shù)可用于為不同溫度控制技術產(chǎn)生控制政策。在一個實施例中，控制回路201也基于其輸入選擇一個或多個控制技術。

圖3是依據(jù)本發(fā)明實施例的使用熱性能參數(shù)的長期和短期平均值的范例的方案分析的示意圖。溫度控制回路監(jiān)測并收集熱性能參數(shù)，例如電源的正在運行的核的數(shù)量、運行頻率、載荷、tlp，以及任何其他功耗相關參數(shù)或其組合。基于這些參數(shù)預測操作方案。在一個實施例中，控制回路更獲取所收集的熱性能參數(shù)的長期和短期平均值。所收集的參數(shù)、長期平均參數(shù)和短期平均參數(shù)用于選擇一組功耗控制的最佳政策，以使得性能最大化。優(yōu)化分析器包含監(jiān)測器310、方案預測器320，及自適應優(yōu)化器330。該方案分析監(jiān)測并收集輸入(包含性能/載荷信息301、操作頻率信息302，以及任務調(diào)度信息303)。在其他實施例中，也包含其他熱性能參數(shù)以優(yōu)化政策選擇。監(jiān)測器310包含長期濾波器311和短期濾波器312。長期濾波器311接受輸入，例如性能/載荷信息301、操作頻率信息302，以及任務調(diào)度信息303，并獲取每一所收集的參數(shù)的長期平均值。類似地，短期濾波器312獲取由監(jiān)測器310所收集的對應參數(shù)的短期平均值。方案預測器320包含一個或多個方案產(chǎn)生器，用于每一對應測量控制器(包含fvfs控制器、cpu熱插拔控制器，及任務遷移控制器)。方案預測器320包含載荷檢查單元321、頻率檢查單元322，期任務調(diào)度檢查單元323。在一個實施例中，載荷檢查單元321基于載荷信息決定載荷是否重或輕。載荷檢查單元321比較所探測的工作載荷和預定義閾值，并決定當前工作載荷是否重或輕。在一個實施例中，所探測的工作載荷為所量測的載荷信息。

類似地，頻率檢查單元322基于頻率信息決定操作頻率是否重或輕。頻率檢查單元322比較所探測的操作頻率和預定義閾值，并決定當前操作頻率是否重或輕。在一個實施例中，所探測的操作頻率為所量測的操作頻率。類似地，任務調(diào)度檢查單元323基于任務調(diào)度信息決定任務調(diào)度是否重或輕。任務調(diào)度檢查單元323比較所探測的任務調(diào)度和預定義閾值，并決定當前任務調(diào)度是否重或輕。在一個實施例中，所探測的任務調(diào)度為所量測的任務調(diào)度。

自適應優(yōu)化器330包含載荷政策選擇器331、頻率政策選擇器332，任務調(diào)度政策選擇器333，和政策選擇器341。載荷政策選擇器331基于所決定的重或輕載荷信息、長期載荷平均值以及短期載荷平均值選擇載荷政策。類似地，頻率政策選擇器332基于所決定的重或輕頻率信息、長期頻率平均值以及短期頻率平均值選擇頻率政策。類似地，任務調(diào)度政策選擇器333基于所決定的重或輕任務調(diào)度信息、長期任務調(diào)度平均值以及短期任務調(diào)度平均值選擇任務調(diào)度政策。自載荷政策選擇器331、頻率政策選擇器332，和任務調(diào)度政策選擇器333中選定的政策被送至政策選擇器341。政策選擇器341基于輸入選擇最佳政策350。在一個實施例中，所選定的最佳政策應用一個或多個政策控制器。在另一個實施例中，為每一對應政策控制器選擇一個或多個政策。

圖4是依據(jù)本發(fā)明實施例的使用不同控制政策的不同芯片的功耗比較的范例性示意圖。在一個新穎性的方面，不同控制政策應被用于不同方案以獲取最佳功耗。如圖所示，4種不同類型的dvfs控制政策被用于不同的方案下。dvfs政策設計兩部分功耗控制。第一部分是當決定溫度在控制之下時增加功耗。第二部分是降低功耗，以使溫度可以保持在最大允許限制之下。不同政策被設計來觸發(fā)第一部分和第二部分。作為范例，dvfs政策#1被設計來觸發(fā)增加具有較低水平標準的功耗，及降低具有較高水平標準的功耗。類似地，dvfs政策#2被設計來觸發(fā)增加具有較低水平標準的功耗，及降低具有較低水平標準的功耗。dvfs政策#3被設計來觸發(fā)增加具有較高水平標準的功耗，及降低具有較高水平標準的功耗。dvfs政策#4被設計來觸發(fā)增加具有較高水平標準的功耗，及降低具有較低水平標準的功耗。在一個實施例中，增加或降低功耗的標準的水平可通過改變觸發(fā)功耗增加或降低的溫度的值來調(diào)整。例如，通過使用較高功耗增加觸發(fā)溫度，增加功耗的標準被設置的較高，而通過使用較低功耗增加觸發(fā)溫度，增加功耗的標準被設置的較低。類似地，通過使用較低功耗降低觸發(fā)溫度，降低功耗的標準被設置的較高，而通過使用較高功耗降低觸發(fā)溫度，降低功耗的標準被設置的較低。

圖4是用于不同應用的四種不同dvfs政策的功耗示意圖。如圖所示，在不同的方案/應用下，不同dvfs政策導致不同的功耗。舉例來說，對于k2_beaty_pp和k2_camera_40cs應用，dvfs政策#2產(chǎn)生最低功耗。然而，對于k2_temple_run2、k2_wbrowsing_ls、k2_vr_1080p，和k2_vp_1080p應用，dvfs政策#4產(chǎn)生最低功耗。在一個新穎性的方面，不同控制政策基于不同方案應用，使得在保持溫度低于最大允許限制的同時性能可被最優(yōu)化。

在一個實施例中，熱性能參數(shù)的長期平均值及/或短期平均值被獲取用于方案預測?；谒綔y的工作載荷及長期及/或短期平均工作載荷，不同政策可被用于不同方案。圖5a和圖5b展示了兩個范例的方案。

圖5a是依據(jù)本發(fā)明實施例的具有短期低載荷自動識別的功耗控制的示意圖。圖5a展示了所探測的工作載荷情形(plot)501和對應長期平均值情形502。情形501展示了在點503、504、505和506，性能需求下降，而在周期的其余位置，性能保持在高水平。長期平均值情形502給出了額外的信息，展示了平均值性能水平高。從而，一旦決定短期低載荷方案，控制回路可以選擇快速反應政策。即當一個或多個短期載荷值低的時候，長期平均載荷值高，且其中一個或多個低功耗策略采用快速反應政策?？焖俜磻邔ぷ鬏d荷下降快速反應，并立即調(diào)整功耗水平以在短期負載跌落時獲得功耗受益。

圖5b是依據(jù)本發(fā)明實施例的具有短期高載荷自動識別的功耗控制的示意圖。圖5b展示了所探測的工作載荷情形511和對應長期平均值情形512。情形511展示了在點513、514、515和516，性能需求躍升，而在周期的其余位置，性能保持在低水平。長期平均值情形512給出了額外的信息，展示了平均值性能水平低。從而，一旦決定短期高載荷方案，控制回路可以選擇慢速反應政策。即當一個或多個短期載荷值高的時候，長期平均載荷值低，且其中一個或多個低功耗策略采用慢速反應政策。慢速反應政策將對工作載荷躍升慢速反應，并避免因為短期功耗躍升引起的短期功耗涌動(surging)。

如上所述，功耗控制單元更探測熱性能參數(shù)及獲取對應熱性能參數(shù)的長期及/或短期平均值?；谒綔y的參數(shù)及長期平均值和短期平均值中的至少一個，方案預測器產(chǎn)生方案，以使更好的適應政策被選出。在一個實施例中，政策選擇更基于一個或多個用戶定義偏好。圖6a、6b和6c展示了自適應政策選擇的示意圖。

圖6a是依據(jù)本發(fā)明實施例的基于探測的方案和用戶定義偏好的dvfs政策選擇的示意圖。dvfs政策管理器包含方案探測器601、dvfs控制器600、自適應優(yōu)化器605，及dvfs政策選擇器606。dvfs控制器600利用不同用戶定義偏好配置。在一個實施例中，用戶定義偏好包含功耗政策602、性能政策603，及平衡政策604。在一個實施例中，功耗政策602指示功耗節(jié)省具有更高權(quán)重。性能政策603指示性能具有更高權(quán)重。平衡政策604指示平衡政策具有更高權(quán)重。一旦被配置，dvfs控制器指示自適應優(yōu)化器605選擇哪個政策。自適應優(yōu)化器605分析輸入。dvfs政策選擇器606選擇最佳dvfs政策。

圖6b是依據(jù)本發(fā)明實施例的基于探測的方案和用戶定義偏好的cpu熱插拔政策選擇的示意圖。cpu熱插拔政策管理器包含方案探測器611、cpu熱插拔控制器610、自適應優(yōu)化器615，及cpu熱插拔政策選擇器616。cpu熱插拔控制器610利用不同用戶定義偏好配置。在一個實施例中，用戶定義偏好包含保守政策612、激進政策613，及平衡政策614。在一個實施例中，保守政策612指示保守的調(diào)整操作頻率。激進政策613指示更積極地調(diào)整操作頻率。平衡政策614指示在保守和積極之間的平衡的政策。一旦被配置，cpu熱插拔控制器指示自適應優(yōu)化器615選擇哪個政策。自適應優(yōu)化器615分析輸入。cpu熱插拔政策選擇器616選擇最佳cpu熱插拔政策。

圖6c是依據(jù)本發(fā)明實施例的基于探測的方案和用戶定義偏好的任務遷移政策選擇的示意圖。任務遷移政策管理器包含方案探測器621、任務遷移控制器620、自適應優(yōu)化器625，及任務遷移政策選擇器626。任務遷移控制器620利用不同用戶定義偏好配置。在一個實施例中，用戶定義偏好包含性能政策622、平衡政策623，及其他政策624。在一個實施例中，性能政策622指示性能在政策選擇中具有更高權(quán)重。平衡政策623指示在保守和積極之間的平衡的政策。其他政策624指示其他因素可被考慮。一旦被配置，任務遷移控制器指示自適應優(yōu)化器625選擇哪個政策。自適應優(yōu)化器625分析輸入。任務遷移政策選擇器626選擇最佳任務遷移政策。

圖7是依據(jù)本發(fā)明實施例的低功耗政策自適應優(yōu)化的流程圖。在步驟701，裝置監(jiān)測一個或多個熱性能參數(shù)。在步驟702，裝置基于一個或多個熱性能參數(shù)決定多個對應低功耗政策的多個操作方案。在步驟703，裝置基于對應操作方案選擇每一低功耗政策，其中每一低功耗政策應用于對應的低功耗策略。在步驟704，裝置動態(tài)應用每一低功耗政策至其對應低功耗策略。

雖然本發(fā)明為說明的目的結(jié)合了某些具體實施方案進行了描述，但本發(fā)明不限于此。舉例來說，裝置可基于tlp和操作頻率決定運行的cpu核的數(shù)量。在一個實施例中，當tlp高于閾值時，運行的cpu核的數(shù)量增加。在另一個實施例中，當操作頻率高于預定義閾值時，調(diào)整cpu核數(shù)量的評估周期(evaluationcycle)被縮短。相應地，可在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求范圍的情況下實施說明書中實施例的特征的各種變形、修改和組合。

雖然結(jié)合以上具體的較佳實施例揭露了本發(fā)明，然而其并非用以限定本發(fā)明。反之，本發(fā)明要求保護的范圍也包含多個變形和類似的排列(如本領域技術人員顯而易見的)。本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，仍可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍應以權(quán)利要求所界定的為準。

本說明書中所描述的本發(fā)明的各個實施方式僅用于說明的目的，并且可以在不脫離本公開的范圍和精神的情況下進行修改。因此，本說明書中所描述的各個實施方式并不意在限制，真正的范圍和精神由權(quán)利要求書來限定。