[發明專利]基于指令使用的自適應電壓縮放的方法和設備

有效

• 申請號: 201710056945.9
• 申請日: 2008-07-25
• 公開（公告）號: CN107015625B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 理查德·杰拉爾德·霍夫曼;杰弗里·托德·布里奇斯
• 申請（專利權）人: 高通股份有限公司
• 主分類號: G06F1/3296
• 分類號: G06F1/3296;G06F1/324
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 宋獻濤

本申請涉及基于指令使用的自適應電壓縮放的方法和設備。不同軟件應用程序可使用具有比復合處理器的最壞情況臨界時序路徑小的臨界時序路徑的指令集。對于此類應用程序，可降低電源電壓，同時仍維持滿足所述應用程序的性能要求必需的時鐘頻率。為了降低電源電壓，使用一種自適應電壓縮放方法。從多個臨界路徑中選擇一臨界路徑以供在模仿邏輯上分析以確定所述所選臨界路徑在芯片上功能操作期間的屬性。所述所選臨界路徑表示將在程序執行期間操作的最壞情況臨界路徑。在芯片上功能操作期間，響應于所述屬性來控制電壓，其中所述電壓將功率供應給與所述多個臨界路徑相關聯的功率域。所述電壓降低基于指令集使用而減少功率耗用，從而允許延長電池壽命。

分案申請的相關信息

本案是分案申請。該分案的母案是申請日為2008年7月25日、申請號為200880100592.7、發明名稱為“基于指令使用的自適應電壓縮放的方法和設備”的發明專利申請案。

技術領域

本發明大體上涉及集成電路和處理系統中的功率控制的領域，且更具體來說，涉及基于指令使用的自適應電壓縮放。

背景技術

許多便攜式產品(例如，手機、膝上型計算機、個人數據助理(PDA)或其類似者)利用處理器執行的程序，例如通信和多媒體程序。用于此類產品的處理系統包括用于處理指令和數據的復合處理器。此類便攜式產品、其它個人計算機和其類似者的功能復雜性要求高性能的處理器和存儲器。同時，便攜式產品具有呈電池形式的有限能量源且通常需要在功率電平減少的情況下提供高性能水平以增加電池壽命。還正開發許多個人計算機以在低功率耗用的情況下提供高性能以減少總能量消耗。

在復合處理器內部，信號路徑和管線級被設計成滿足對應于所要時鐘頻率的最壞情況臨界時序路徑。存儲器元件、邏輯門、觸發器和使所述元件互連的線在臨界路徑時序中引入延遲，從而限制管線級中功能元件的數目，此取決于時鐘頻率。因此，許多處理器使用大量管線級來執行復雜性各不相同的指令且實現滿足產品功能要求所需的千兆赫(GHz)時鐘頻率。由于功率隨頻率、切換電容和電源電壓的平方而變，因此減少功率需要減少這三個變量中的至少一者。由于千兆赫頻率操作常常為產品功能所需，因此降低頻率限于較不苛求的功能。切換電容隨實施方案和用于制造裝置的技術工藝而變，且一旦用硅來使設計實例化，那么這個變量便不可改變。減少電源電壓的一個后果為：隨著電壓電壓的減少，邏輯元件和存儲器元件變慢，使滿足頻率要求的難度增加。

為了滿足復合處理器中的最壞情況臨界時序路徑，對所述復合處理器內的所有信號路徑的最壞情況臨界時序路徑進行分析，且這些路徑中的最長路徑變成臨界時序路徑，其管理所述復合處理器的最高的可能時鐘頻率。為保證滿足這個時鐘頻率，指定電源電壓大于或等于最壞情況最小電壓。舉例來說，可確定，在執行浮點指令時，通過浮點乘法器的信號路徑可為復合處理器中最長的臨界時序路徑。確定電源電壓，使得通過浮點乘法器的最壞情況時序路徑滿足所要時鐘頻率。

由于可從處理器的指令集選擇任何指令供在任何時候執行，因此復合處理器通常在為最壞情況時序路徑作準備的情況下操作。因此，在執行臨界時序路徑小于最壞情況時序路徑的指令時，浪費功率。不幸地，不可容易地改變電源電壓以匹配千兆赫處理器的逐指令使用。可變電壓調節器需要數微秒或毫秒來調整電源電壓。

發明內容

本發明認識到，降低復合處理器中的功率要求對于便攜式應用為重要的且大體上針對減少處理系統中的功率使用。還認識到，不同軟件應用程序可使用臨界時序路徑小于復合處理器的最壞情況臨界時序路徑的指令集。另外，認識到，可針對此類應用減少電源電壓，同時仍維持滿足應用程序的性能必需的時鐘頻率，其基于指令集使用而減少功率耗用，從而允許延長電池壽命。