具有数字功率调节的微处理器制造技术

本发明专利技术提供了一个基于数字的机制，用于调整在一个处理器中的功率损耗。该处理器包含一个或者多个功能单元和一个数字调节，该数字调节监控该处理器功能单元的活动状态，以估计处理器的功率损耗。该数字调节的一个实施例包含一个或者多个选通单元、一个监控电路（３２０）、以及一个调节电路（３３０）。每一个选通单元控制传送到该处理器的一个功能单元的功率传送，并且提供一个信号指示它的相关功能单元的活动状态。该监控单元从该信号中确定估计的功率损耗水平，并将估计的功率损耗和一个阈值功率电平相比较。如果估计的功率损耗超过一个阈值功率电平，则该调节电路调整在一个处理器中的指令流。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微处理器，而且尤其涉及用于控制在微处理器中的功 率消耗的机制。
技术介绍
现代的处理器包含广大的执行资源以支持多条指令的并行处理。 一个处理器一般包含一个或多个整数、浮点、转移、和存储器执行单 元以分别实现整数、浮点、转移，和加载/存储指令。此外，整数和 浮点单元一般包含寄存器堆以相对接近于该处理器核心保持数据。向 一个处理器提供广大的执行资源的一个缺点是要求有大数量的功率来 运^f亍它们。取决于执行单元的大小和它们实现的功能，不同的执行单 元可以耗费或多或少的功率，但是把这么多逻辑封装到一个相对小的 处理芯片上的效杲是将产生重要功率耗散问题的可能性。几乎没有程序需要一个处理器执行资源的全部范围持续很长的时 间间隔。运行 一 个程序耗散的功率取决于它的组件指令的属性和它们 被并行执行的可能性。程序一般包含各种指令类型，但是很少有足够 多的正确类型指令可以用来使得处理器的全部执行资源忙碌相当长的 时间周期。为此，大多数处理器使用一个时钟选通机制，以当执行资 源不被使用时切断传送到该执行资源的时钟，由此减小功率。此外， 当指令进入和退出由该组件服务的流水线阶段时， 一个执行资源的不 同组件能够被打开和关闭。因此，普通的程序可以耗散相对可管理的 功率电平。某些程序确实激活处理器的许多执行资源持续相对长的间隔，因 此耗散比普通程序多很多的功率。除非提供了一个机制来限制处理器 的功率消耗，该处理器通常被设计成处理耗费最高功率的程序。这可能需要以低于它的最高性能水平为所有程序运行该处理器，而与运行 普通程序所要求的功率无关。功率调节是一个已经提出用来处理由高性能处理器产生的功率消 耗问题的策略。当一个处理器的功率消耗过高时，功率调节降低一个 处理器的性能。这可以通过临时减小该处理器执行指令的速率直到功 率消耗降低到一个安全水平为止来进行。功率调节允许处理器被设计 成用于普通程序运行的功率电平。当运行一个资源消耗较多的程序时， 处理器减小它的指令执行速率以保持它的功率消耗在一个已确定的范 围内。提出的功率调节机制取决于模拟参数来监控由一个处理器耗散的 功率。例如， 一个热量调节机制监控该处理器芯片的温度，并且当温 度超过一个阈值时减小处理器的执行速度。其它已经提出的调节方案 监控由一个处理器耗损的电流、或者监控在一个开关调节器中的一个 脉冲宽度调制器的占空比。这些功率调节机制具有许多缺点。它们引入附加的模拟电路到一 个主要数字环境，即处理器中。它们易于随在处理器环境(温度、电 压、组成)中的变化而改变。它们可以在处理器的功率电平中产生低 频率的变化。它们不直接限制由该处理器耗损的功率，而且它们不是 决定性的。这就是说，它们的行为不能在一个时钟接一个时钟的基础 上进行预计。本专利技术解决了可用功率调节机制的这些及其它不足。
技术实现思路
本专利技术提供了一种数字调节器来控制一个微处理器的功率消耗。 根据本专利技术， 一种处理器包含一个或多个功能单元和数字调节器。该数字调节器监控处理器功能单元的动作状态以估计该处理器的功率消耗。根据本专利技术的第一方面，提供一种处理器，包含 形成指令执行流水线的功能单元；选通电路，控制到该功能单元的功率传送，并且提供一个指示传 送给该功能单元的功率电平的信号；一个监控电路，把指示的功率电平与一个阈值功率电平进行比较；以及一个调节电路，如果指示的功率电平超过阈值功率电平，则调整 所迷处理器中的指令流。根据本专利技术的第二方面，提供了一种控制在一个处理器中的功率 消耗的方法，包含收集来自于在该处理器中的选通电路的功率信号，该功率信号指示当前传送到与选通电路相关联的多个功能单元的功率电平； 根据收集的功率信号调整估计的功率消耗水平； 将该估计的功率消耗水平与一个阈值功率消耗水平相比较；以及 当该估计的功率消耗水平超过阈值功率消耗水平时，调整处理器 的一个指令执行速率。根据本专利技术的第三方面，提供了一种处理器，包含 形成指令执行流水线的一个或多个功能单元；以及 一个数字调节器，监控该一个或多个功能单元的动作状态以估计 用于该处理器的一个功率消耗水平，其中该数字调节器包含一个或多个选通单元，其中每一个选通单元控制到 一个相关功能 单元的功率传送，并且指示用于该相关功能单元的一个动作状态；一 个监控电路，从指示的一个或多个功能单元的动作状态中确定处理器 功率消耗水平的估计，其中所述估计将与预定的阈值进行比较；以及一个调节电路，在所述估计超过所述预定阈值时，调整所述处理 器中的指令流。对于本专利技术的一个实施例，该数字调节器包含一个或多个选通单 元、 一个监控电路、和一个调节电路。每一个选通单元控制传送到该 处理器一个功能单元的功率传送，并且提供一个信号来指示它的相关 功能单元的动作状态。该监控电路从信号中确定该处理器的一个估计 的功率消耗水平，并且将估计的功率消耗与一个阈值功率电平相比较。如果该估计的功率消耗水平超过该阈值功率电平，则调节电路调整在 处理器中的指令流。 附图说明参考以下附图可以理解本专利技术，其中类似的单元用类似的数字指 示。提供这些附图以说明本专利技术中的选定实施例并且不用于限制本发 明的范围。图1是一个可以在其上实现本专利技术的一个计算机系统的一个实施 例的框图。图2是根据本专利技术，实现了一个数字功率调节的一个处理器的一个实施例的框图。图3是由图2中的处理器实现的数字功率调节的一个实施例的框图。图4是一个表示图3中的调节电路的一个实施例的示意图。图5是一个流程图，表示了一种根据本专利技术、用于调整一个处理 器的功率消耗的方法。图6A和6B是根据本专利技术，表示实现数字调节器的多个执行核心 处理器的实施例的框图。具体实施例方式在下面的讨论中，阐述了许多具体的细节以便提供对本专利技术的一 个彻底了解。然而，本领域普通技术人员利用这个公开的优点，将会 理解可以实践专利技术而不需要这些细节。此外，各种众所周知的方法、 过程、组件和电路没有被详细描述以便把注意力集中在本专利技术的特征 上。本专利技术提供了一种机制，用于通过监控一个处理器的功能单元响 应于一个指令序列的动作来控制该处理器的功率损耗。例如哪个功能 单元由当前在进行中的指令激活的动作，可以由指示相应功能单元是 否被打开或者关闭的二进制信号表示。由处理器耗损的功率的一个估 计是通过求和与当前"打开，，的每一个功能单元相关联的功率加权来 提供。用于一个功能单元的功率加权表示当该功能单元被激活时它耗 损的功率数量。如果估计的功率超过一个阈值电平，则一个调节机制 调整通过该处理器的指令流以减少该功能单元的动作。用于每一个功能单元的功率加权可以通过一个校准处理过程进行 确定。例如，作为设计过程的一部分该数字调节器可以被校准一次， 或者它可以被自我校准。在后面的情况中，该数字调节器可以使用当 前的监控电路和一个校准算法定期地调整用于每一功能单元的功率加 权。对于该专利技术的一个实施例， 一个选通单元与每一功能单元相关联， 以响应于当前在进行中的指令，控制到该功能单元的功率传送。 一个 流水线控制电路向每一个选通单元指示它的相关功能单元的打开/关 闭状态。来自每一个选通单元的一个信号向一个监控电路指示它的相 关功能单元的打开/关闭状态。监控电路依据指示状态，在该处理器当前功率消耗的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理器，包含：　至少一个执行单元；　至少一个时钟选通电路，用于对第一数目的指令由所述执行单元执行进行响应而去耦合来自所述至少一个执行单元的至少一个时钟信号；　数字调节电路，用于对第二数目的指令被所述至少一个执行单元执行 进行响应而降低指令被从高速缓存取出和提供给所述至少一个执行单元的速率。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：ET格罗乔夫斯基，V沙马，GS马休斯，V乔希，RM克林，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]