动态测量处理器中的功耗制造技术

在一个实施例中，本发明专利技术包括具有多个独立执行指令的核的处理器，至少部分地基于在核上发生的事件来测量处理器的第一功耗水平的第一传感器，以及将第一功耗水平和第二功耗水平组合的混合逻辑。描述并且要求保护其他实施例。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】动态测量处理器中的功耗
本领域涉及在各种系统中使用的半导体器件。背景半导体加工和逻辑设计的发展已允许可存在于集成电路器件上的逻辑的量增加。因此，计算机系统配置已经从系统中的单个或多个集成电路进化至各个集成电路上的多个硬件线程、多个核、多个设备和/或完整的系统。此外，随着集成电路密度增长，计算系统(从嵌入式系统到服务器)的功率需求也逐步提高。此外，软件低效率及其对硬件的要求也已造成了计算设备能耗的提高。事实上，一些研究表明计算设备消耗了国家(诸如美国)的整个电力供应中的显著百分比。因此，存在对与集成电路相关联的能效和节能的关键需求。当服务器、桌面型计算机、笔记本、超级本、平板电脑、移动电话、处理器、嵌入式系统等变得甚至更为盛行(从包括在典型计算机、汽车和电视机中到包括在生物技术中)，这些需要将增加。用于诸如处理器(同时在服务器和客户机系统中使用)之类的集成电路的功率管理取决于对当前处理器功耗估计的准确测量。处理器的各组件可具有被调制以保持在特定功率极限内的电压和频率。由于超出功率约束是不合需要的，因此调整处理器总是保持在功率极限内。功率测量中的误差可以被说明为安全带，从而导致处理器性能可用的功率降低。考虑具有100瓦特(W)功率极限的处理器，也被称为热设计功耗(TDP)，以及+/-5％的功率测量误差。由于处理器必须保持在其功率极限以下，因此在测量到功耗为95W时处理器限制功率，使得5W不可用，因为要将其预留为安全带。这一安全带的大小直接与误差量成正比。因此这些安全带降低了可用功率。此外，不同类型的功率监控的不准确性可在低和高负载时变化。附图简述图1是根据本专利技术一个实施例的系统框图。图2是根据本专利技术实施例的方法流程图。图3是根据本专利技术一个实施例的结合多个功耗水平计算的流程图。图4是根据本专利技术实施例的用于执行基于相关性结合多个功率传感器的方法流程图。图5是根据本专利技术另一实施例的执行功率测量的方法流程图。图6是根据本专利技术实施例的处理器框图。图7是根据本专利技术另一实施例的多域处理器的框图。图8是根据本专利技术实施例的系统框图。图9是根据本专利技术一个实施例的具有点到点(PtP)互联的多处理器系统框图。图10是根据本专利技术一个实施例的部分连接的四核处理器系统框图。详细描述各实施例可用于提供对处理器的功率测量，该功率测量在处理器的所有负载水平是高度准确的。为此，各实施例可同时通过数字功率表和基于电压调节器的电流传感器来获得信息，以通过这些传感器信息确定功耗水平。具体而言，各实施例可基于通过这些多个功率传感器获得的传感器信息生成组合的或混合的功率测量。以这一方式，可获得更准确的功率测量。然后基于这一准确的功率测量，实现更大的功率余量。因此基于这一功率信息，可控制处理器在较高操作频率和/或电压上操作以实现在给定功率预算内更好的性能。现在参考图1，示出了根据本专利技术的实施例的一部分系统的框图。如图1所示，系统100可包括各组件，包括示出为多核处理器的处理器110。处理器110可以通过外部电压调节器160被耦合至电源150，该电压调节器可执行第一电压转换以向处理器110提供初级经调节的电压。可以看到，处理器110可以是包括多个核120a–120n的单管芯处理器。此外，每个核可与独立的电压调节器125a–125n相关联。相应地，可提供完全集成的电压调节器(FIVR)实现以允许对每个独立核的电压以及因此对其功率和性能的细粒度控制。由此，每个核可以以独立的电压和频率操作，使得更大的灵活性成为可能，并且提供了用于将功耗与性能平衡的广泛机会。可以进一步看到，每个核120可包括至少一个事件计数器1220-122n以对核上发生的特定事件计数，该特定事件诸如使用特定核电路(例如，高功率电路)的指令等。根据本专利技术的实施例，这一事件信息可用于为数字功率表提供传感器信息。注意到在某些实施例中，核自己可能包含数字功率表以使用这一信息生成该核的功耗水平，并且将这一信息通信至以下描述的功率控制单元。还有，尽管为了便于示例仅为每个核示出单个事件计数器，但是可理解到本专利技术的范围不限于这一点。例如，在其他实现中每个核可以存在多个事件计数器。每个计数器可被配置为计数在相应的核中执行给定类型指令的次数。例如，指令集体系结构(ISA)的所有指令可与这些计数器中的一个相关联，其中基本相同功耗水平(例如，由于用于这一指令的执行的核的单元)的指令可与同一计数器相关联或相扣。以这一方式，可实现基于正在核中执行的指令的对实际功耗相对准确的测量。在一个实施例中，这些计数器中的每一个可与通常对应于其相对功耗水平的给定权重值相关联。因此在一个实施例中，数字功率表(DM)可基于对事件的计数，分配能量权重给每个事件，并且随着温度缩放而操作。各事件发生的速率是处理器动态功耗的指示符。还理解到代替具有内部(核内部)数字功率表，可将来自(每个核的)每个事件计数器的加权计数信息提供给功率控制单元的逻辑，该功率控制单元可基于这一信息执行数字功率测量。此外，这一基于功率控制器的数字功率表可进一步从诸如非核或系统代理电路、接口电路、互联接电路等处理器的其他部分接收信息。基于所有这些信息，这一数字功率表可生成对功耗相对准确的测量。注意到对于系统代理或非核电路，这些信息可与高速缓存访问相关联。对于互连电路，有关的带宽可用作功耗的指示。类似地，对于接口电路，对发送和接收的数据分组数量的测量可以是功耗的良好代替物。尽管这一数字功率表可以是跨处理器的整个负载线相对准确的，但是为处理器中发生的各种操作和事件恰当地调整该表是非常困难的。相应地，根据本专利技术的实施例的混合功率表可提高准确性而不需要对数字功率表进行更复杂的调整。仍然参考图1，处理器内可存在额外的组件，包括输入/输出接口132、另一接口134以及集成存储器控制器136。可以看到，这些组件中的每一个可由另一集成电压调节器125x供电。在一个实施例中，接口132可根据快速通道互连(QPI)协议，该协议提供了包含包括物理层、链路层和协议层的多个层的高速缓存一致协议中的点到点(PtP)链路。进而，接口134可根据快速外围设备组件互连(PEIeTM)规范，例如PCIExpressTM规范基础规范版本2.0(发布于2007年1月17日)。还示出可包括执行关于处理器110的功率管理操作的硬件、软件和固件的功率控制单元(PCU)138。在各实施例中，PCU138可包括执行上文所述的数字功率测量的逻辑。此外，PCU138可包括执行根据本专利技术的实施例的混合功率测量的逻辑。此外，PCU138可通过专用接口被耦合至外部电压调节器160。以这一方式，PCU138可指令电压调压器向处理器提供请求的经调节的电压。此外，电压调节器160可提供关于其电流传递至处理器的信息。在不同的实现中，电压调节器160可将这一信息存储在PCU访问的电压调节器的寄存器中。或者，位于电压调节器160中或在电压调节器160和PCU138之间的路径上的电流传感器可提供这一信息。这一电流信息可由PCU138的功率表逻辑使用以基于这一电流传递生成功耗水平。因此，基于电压调节器的电流传感器可直接测量由电压调节器160供应给处理器的电流。乘以供应电压，则可提供对处理器功耗的测量。如将在下文所述，PCU13本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理器，包括：多个核，用于独立执行指令；第一传感器，用于至少部分地基于在多个核上发生的多个事件测量处理器的第一功耗水平；以及混合逻辑，用于组合基于向处理器提供的动态电流确定的处理器的第一功耗水平和第二功耗水平。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种处理器，其特征在于包括：多个核，适于独立执行指令；第一传感器，适于至少部分地基于在多个核上发生的多个事件测量处理器的第一功耗水平；混合逻辑单元，适于组合基于向处理器提供的动态电流所确定的处理器的第一功耗水平和第二功耗水平，所述混合逻辑单元进一步适于在处理器上执行低功率负载且使用来自第一传感器的传感器信息和动态电流分别计算第一和第二功耗水平，并且确定和存储基于第一和第二功耗水平的偏置。2.如权利要求1所述的处理器，其特征在于，所述功率控制器适于基于所组合的第一和第二功耗水平以及处理器的功率极限，控制处理器的操作频率和电压中的至少一个。3.如权利要求2所述的处理器，其特征在于，所述功率控制器还适于在第一功耗水平小于阈值时使用第一功耗水平控制操作频率和电压中的至少一个，否则使用第二功耗水平控制操作频率和电压中的至少一个。4.如权利要求1所述的处理器，其特征在于，所述第一传感器包括适于从与多个核中每一个相关联的多个事件计数器接收计数器信息并且基于计数器信息测量第一功耗水平的逻辑单元。5.如权利要求1所述的处理器，其特征在于，所述混合逻辑单元适于通过以下方式组合第一功耗水平和第二功耗水平：使用第一功耗水平和第二功耗水平生成第一校正因子；以及使用第二功耗水平和第一校正因子生成第二校正因子。6.如权利要求5所述的处理器，其特征在于，所述混合逻辑单元进一步适于使用第二功耗水平以及第一和第二校正因子确定混合功耗水平。7.如权利要求1所述的处理器，其特征在于，所述混合逻辑单元进一步适于在处理器上执行高功率负载且使用动态电流计算第二功耗水平，并且确定和存储基于偏置和第二功耗水平的斜率。8.如权利要求7所述的处理器，其特征在于，所述混合逻辑单元进一步适于接收动态电流且使用动态电流计算第二功耗水平，并且使用第二功耗水平、斜率和偏置确定混合功耗水平。9.一种用于动态测量处理器功耗的方法，其特征在于包括：在处理器的第一逻辑单元中，接收来自处理器的数字功率表的传感器信息，并且使用来自数字功率表的传感器信息计算处理器的第一功耗水平；在第一逻辑单元中，接收来自适于测量由耦合至处理器的电压调节器传递的电流的电流传感器的传感器信息，并且使用来自电流传感器的传感器信息计算处理器的第二功耗水平；以及在第一逻辑单元中，组合第一和第二功耗水平以获得处理器的混合功耗水平，其中用于组合第一和第二功耗水平的所述步骤包括：在处理器上执行低功率负载且使用来自第一传感器的传感器信息和动态电流分别计算第一和第二功耗水平，并且确定和存储基于第一和第二功耗水平的偏置。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括基于所述混合功耗水平和处理器的功率极限，控制处理器的操作频率和电压中的至少一个。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，用于组合第一和第二功耗水平的所述步骤包括：如果第一功耗水平小于阈值，则使用第一功耗水平控制操作频率和电压中的至少一个；以及否则，使用第二功耗水平控制操作频...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·万玛，K·V·西斯特拉，M·T·罗兰德，V·加吉，J·S·波恩斯，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US