对稳定的虚拟频率管理多个操作点制造技术

一种用于管理多个分立操作点以产生稳定的虚拟操作点的系统和方法。处理器内的一个或多个功能块产生对应于与相应功能块相关的活动水平的数据。功率管理器在每个给定的采样间隔基于数据确定功率消耗值一次。此外，功率管理器确定随着时间的流逝在热设计功率（TDP）和功率消耗值之间的带正负号的累积差异。功率管理器基于带正负号的累积差异和给定阈值的比较来选择下一功率-性能状态（P-状态）。以这种方式在P-状态之间转变而工作负荷不明显改变使处理器在所支持的分立操作点之间的虚拟操作点处操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对稳定的虚拟频率管理多个操作点专利技术背景专利
本专利技术涉及计算系统，且更具体地涉及处理器的分立操作点的有效管理。相关技术的描述现代集成电路(IC)的功率消耗变成对半导体芯片的每次生成的日益增大的设计问题。当功率消耗增加时，更昂贵的冷却系统例如较大的风扇和散热器用于移除额外的热并防止IC故障。然而，冷却系统增加了系统成本。IC功率损耗限制不仅对便携式计算机和移动通信设备而且对高性能超标量微处理器也是问题，该微处理器可包括多个处理器核心或核心以及在核心内的多个管线。IC例如现代互补型金属氧化物半导体(CMOS)芯片的功率消耗至少与表达式 2成比例。符号f是芯片的操作频率。符号V是芯片的操作电压。在现代微处理器中，参数·f和V都可在IC的操作期间变化。例如，在操作期间，现代处理器允许用户在最大性能状态和最小功率状态之间选择一个或多个中间功率性能状态。最大性能状态包括最大操作频率，而最小功率状态包括最小操作频率。中间分立的功率-性能状态(P-状态)包括对操作频率和操作电压的组合的给定折合值。软件例如操作系统或固件或硬件可至少基于改变状态的投影时间、选定的功率限制、工作负荷特征和对应于当前工作负荷的来自片上功率监测器的输入来选择特定的P-状态。然而，操作频率和操作电压的所计算的组合一般不匹配对应于分立的给定P-状态的组合。因此，紧密匹配的给定P-状态被选择。一般，这个选定的P-状态可对应于比所计算的功率限制低的功率消耗。因此，选定的P-状态的性能比所计算的功率限制低。如果几个更分立P-状态被添加到处理器以提供操作频率和电压的更精细的粒度组合，则处理器的设计和测试成本增加。鉴于上述内容，需要用于管理处理器的分立操作点的有效方法和机构。设想用于管理多个分立操作点以产生稳定的虚拟操作点的系统和方法。在一个实施方案中，处理器包括几个功能块和功率管理器。每个功能块产生对应于与相应的功能块相关的活动水平的数据。功率管理器在每个给定的采样间隔基于数据来确定功率消耗值一次。此外，功率管理器确定随着时间的流逝在给定的功率目标和功率消耗值之间的带正负号的累积差异。在一个实施方案中，功率目标可对应于处理器的热设计功率(TDP)。在各种实施方案中，滞后作用可用于避免无益的P-状态转变。在这样的实施方案中，如果带正负号的累积差异比负阈值小的量大于给定δ (delta)，则功率管理器选择比当前P-状态低的功率性能状态(P-状态)。如果带正负号的累积差异比正阈值大的量大于给定S，则功率管理器选择比当前P-状态高的P-状态。还设想在到另一 P-状态的转变被允许之前可能需要在P-状态中的最小驻留的实施方案。当参考下面的描述和附图时将进一步认识到这些和其它实施方案。附图简述图I是半导体芯片的功率-性能状态转变的一个实施方案的一般化方框图。图2是核心功率管理的一个实施方案的一般化方框图。图3是用于管理多个分立操作点以 产生稳定的虚拟操作点的方法的一个实施方案的流程图。图4是核心功率管理系统的一个实施方案的一般化方框图。图5是用于管理多个分立操作点以产生稳定的虚拟操作点的方法的一个实施方案的流程图。虽然本专利技术容许各种修改和可选的形式，但是特定的实施方案作为例子在附图中示出并在本文被详细描述。然而应理解，附图和对其的详细描述并不是用来将本专利技术限制到所公开的特定形式，而是相反，本专利技术涵盖落在如所附权利要求所限定的本专利技术的精神和范围内的所有修改、等效和可选形式。详细描述在下面的描述中，阐述了很多特定的细节以提供对本专利技术的彻底理解。然而，本领域中具有普通技能的人应认识到，可在没有这些特定细节的情况下实践本专利技术。在一些实例中，没有详细示出公知的电路、结构和技术以避免不使本专利技术难理解。参考图I，示出了半导体芯片的功率-性能状态转变100的一个实施方案。在说明功率与电压以及频率与电压之间的非线性(例如三次或二次)关系的图中示出了两条曲线。五个分立的功率-性能状态(P-状态)在图中被表示为PO到P4。示出了少量分立P-状态以简化该图。虽然只示出五个分立P-状态，但可支持其它数量的分立P-状态。 在所示的图中，P-状态P4可对应于具有所有支持的分立状态的最低性能的分立状态，并包括最低操作频率。此外，P-状态P4可对应于具有所有支持的分立状态的最低功率消耗的分立状态，并包括最低操作电压。另一方面，P-状态Ptl可对应于具有所有支持的分立状态的最高性能的分立状态，并包括最高操作频率。此外，P-状态Ptl可对应于具有所有支持的分立状态的最高功率消耗的分立状态，并包括最高操作电压。一般，端点分立状态由P-状态Ptl和P4表示，并限定可预测性能的区域。因此，配置处理器以支持沿着频率与电压的非线性关系曲线的多个P-状态或操作点可为半导体芯片例如处理器提供功率的稳定的最佳利用和性能的输送。P-状态的管理可符合工业标准，例如最初由因特尔公司、微软公司和东芝公司发展的高级配置和电源接口(ACPI)标准。如在图中所示的，可为芯片选择功率目标i (例如，期望功率消耗水平)。在一个实施方案中，选定的功率目标i可对应于芯片的热设计功率(TDP)。也可以称为热设计点的热设计功率(TDP)表示计算机中的冷却系统能够消耗的最大数量的功率。可以对20瓦TDP设计膝上型处理器的冷却系统。因此，已确定冷却系统能够消耗20瓦而不超过处理器内的晶体管的最大结温度。TDP值可以不同,取决于生产芯片的芯片制造商。例如,一个制造商可将TDP值定义为在给定的最坏情况温度条件下在默认的电压电平处测量的功率值。另一制造商可将TDP值定义为当芯片执行与高功率病毒应用相对的一般应用时在给定的间隔上测量的最大功率值。其它测量定义是可能的并被设想。在一个实施方案中，在裸片102的硅前模型上执行的功率模型可执行功率测量。在设计周期中的后期，可在测试阶段和调试阶段期间在实际制造的硅裸片上执行功率测量。在一个实施方案中，芯片的峰值功率值可由在核心上执行高功率应用的芯片的功能故障定义。TDP值一般小于峰值功率值。TDP值可用于为了分仓(binning)目的而设定芯片的操作电压和操作频率。图I中的值功率目标1可表示所分配的TDP值。如图I所示，功率目标3寸应于在功率与电压的非线性关系曲线上的数据点A。数据点A对应于操作电压V2。关于操作电压V2将数据点A投影到频率与电压的非线性关系曲线上提供了数据点A’。数据点A”对应于操作频率F2。由操作电压V2和操作频率F2的组合表示的操作点可为芯片提供功率的最佳利用和性能的输送。如上所述和在图中示出的，功率目标i的操作点由数据点A’标识。然而，这个操作点并不由功率与频率的关系曲线上的分立P-状态表示。数据点A’位于P-状态P1和P2之间。为了减少功率消耗，P-状态P2可被选择为相应芯片的初始操作点。操作电压V1和操 作频率F1的相应组合可以是因而产生的选定的操作点。这个操作点对应于比值功率目标ι低的功率消耗值。值功率P2指示对应于P-状态P2的操作点的较低功率消耗值。芯片例如处理器可继续利用最初分配的P-状态处理工作负荷，直到(i )工作负荷明显改变，这弓I起所报告的活动水平中的明显变化，或(ii )初始TDP值改变，例如由功率监测软件或固件调节，这改变图中所示的功率目标值。例如，如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.21 US 12/819,7771.一种计算系统，其包括 一个或多个功能块，每个功能块都被配置成产生对应于相应块的活动水平的数据；以及 功率管理器，其中所述功率管理器被配置成 至少部分地基于所述数据为所述一个或多个功能块中的一个功能块确定在给定时间间隔期间的平均功率消耗； 响应于确定所述平均功率消耗超过期望功率消耗来选择比当前P-状态低的功率-性能状态(P-状态)； 响应于确定所述平均功率消耗值小于期望功率消耗来选择比当前P-状态高的P-状态。2.如权利要求I所述的计算系统，其中所述期望功率消耗对应于虚拟P-状态，所述虚拟P-状态低于较高的P-状态并高于较低的P-状态，且其中所述功率管理器被配置成可选地选择所述较高的P-状态和/或较低的P-状态，以便随着时间的流逝产生比所述较高的P-状态或所述较低的P-状态更紧密地对应于所述期望功率消耗的平均功率消耗。3.如权利要求I所述的计算系统，其中所述功率管理器被配置成 进一步响应于确定所述平均功率消耗超过所述期望功率消耗至少第一 δ量来选择所述较低的P-状态，所述第一 δ量具有大于零的绝对值；以及 进一步响应于确定所述平均功率消耗小于所述期望功率消耗至少第二 δ量来选择所述较高的P-状态，所述第二 δ量具有大于零的绝对值。4.如权利要求3所述的计算系统，其中所述期望功率消耗对应于所述一个或多个功能块的热设计功率值。5.如权利要求2所述的计算系统，其中所述功率管理器还被配置成基于达到对应阈值的速率选择远离所述当前P-状态的P-状态的两个或多个状态。6.如权利要求I所述的计算系统，其中在选择新的P-状态之前，所述功率管理器还被配置成确定所述一个或多个功能块已在当前P-状态中操作了给定的时间量。7.如权利要求I所述的计算系统，其中所述功率管理器还被配置成 确定随着时间的流逝在所述期望功率消耗和多个功能块功率消耗值之间的带正负号的累积差异； 进一步响应于确定所述带正负号的累积差异大于第一 δ值来选择所述较低的P-状态，所述第一 δ值具有大于零的绝对值；以及 进一步响应于确定所述带正负号的累积差异小于第二 δ值来选择所述较高的P-状态，所述第二 S值的绝对值大于零。8.如权利要求7所述的计算系统，其中所述时间间隔包括N个功能块采样间隔的最大计数，且其中所述功率管理器还被配置成响应于探测到所述带正负号的累积差异已改变了符号或所述计数达到N-无论哪个首先出现-来重置所述计数。9.一种用于管理多个分立操作点以产生稳定的虚拟操作点的方法，所述方法包括 产生对应于一个或多个功能块的活动水平的数据； 至少部分地基于所述数据为所述一个或多个功能块中的一个功能块确定在给定时间间隔期间的平均功率消耗；响应于确定所述平均功率消耗超过期望功率消耗来选择比当前P-状态低的功率-性能状态(P-状态)；以及 响应于确定所述平均功率消耗值小于期望功率消耗值至少第二 S值来选择比当前P-状态高的P-状态。10.如权利要求9所述的方法，其中所述期望功率消耗值对应于虚拟P-状态，所述虚拟P-状态低于所述较高的P-状态并...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞缪尔·D·纳夫齐格，约翰·P·佩特里，威廉·A·休斯，
申请(专利权)人：超威半导体公司，
类型：
国别省市：