[發明專利]一種圖形處理器統一染色陣列低功耗門控時鐘

有效

• 申請號: 201711283981.5
• 申請日: 2017-12-06
• 公開（公告）號: CN108257076B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 張駿;鄭新建;任向隆;韓立敏;劉航
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司西安航空計算技術研究所
• 主分類號: G06T1/20
• 分類號: G06T1/20
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 王迪

本發明涉及計算機硬件技術領域，公開了一種圖形處理器統一染色陣列低功耗門控時鐘，包括：統一染色陣列模塊(1)、時鐘與功耗控制模塊(2)和染色任務調度單元(3)；所述統一染色陣列模塊(1)由至少兩個染色器簇構成，負責并行的執行頂點或像素染色程序；所述時鐘與功耗控制模塊(2)負責產生圖形處理器中各個功能模塊的工作時鐘，以及實現各染色器簇的時鐘門控功能；所述染色任務調度單元(3)負責對頂點和像素染色任務進行調度，決定某個頂點或像素染色程序在哪個染色器簇上進行處理。

技術領域

本發明涉及計算機硬件技術領域，尤其涉及圖形處理器統一染色陣列低功耗門控時鐘。

背景技術

隨著圖形化應用的不斷增加，早期單靠CPU進行圖形繪制的解決方案已經難以滿足成績和技術增長的圖形處理需求，圖形處理器(Graphic Processing Unit，GPU)應運而生。從1999年Nvidia發布第一款GPU產品至今，GPU技術的發展主要經歷了固定功能流水線階段、分離染色器架構階段、統一染色器架構階段，其圖形處理能力不斷提升，應用領域也從最初的圖形繪制逐步擴展到通用計算領域。GPU流水線高速、并行的特征和靈活的可編程能力，為圖形處理和通用并行計算提供了良好的運行平臺。

目前，我國尚無基于統一染色架構的GPU，各領域顯示控制系統中大量采用國外進口的商用GPU芯片。尤其是在軍用領域中，國外進口商用GPU芯片存在溫度和環境適應性差、無法保證電路本身或配套軟件沒有“后門”、包含大量軍用領域不需要的冗余功能單元，功耗指標無法滿足要求、商用GPU芯片更新換代快，隨時面臨停產、斷檔，難以滿足武器裝備持續保障等缺陷，在安全性、可靠性、保障性等方面的存在重大隱患。而且，出于政治、軍事、經濟等原因，國外對我國實行技術“封鎖”和產品“壟斷”，難以獲得GPU芯片的底層技術資料，如寄存器資料、詳細內部微架構、核心軟件源碼等，導致GPU功能、性能無法充分發揮，且移植性較差；上述問題嚴重制約了我國顯示系統的獨立研制和自主發展。

尤其是圖形處理器統一染色陣列低功耗設計技術，是GPU圖形處理體系結構的核心技術，突破GPU低功耗設計關鍵技術，研制高性能圖形處理器芯片迫在眉睫。

發明內容

本發明公開了一種圖形處理器統一染色陣列低功耗門控時鐘，能夠根據圖形繪制場景的行為特征和數據量大小實現對統一染色陣列中不超過染色器簇數量上限的任意數量染色器簇工作時鐘的實時動態門控，從而降低統一染色陣列的功耗。

本發明的技術解決方案是：

一種圖形處理器統一染色陣列低功耗門控時鐘，包括：

統一染色陣列模塊(1)、時鐘與功耗控制模塊(2)和染色任務調度單元(3)；

所述統一染色陣列模塊(1)由至少兩個染色器簇構成，負責并行的執行頂點或像素染色程序；

所述時鐘與功耗控制模塊(2)負責產生圖形處理器中各個功能模塊的工作時鐘，以及實現各染色器簇的時鐘門控功能；

所述染色任務調度單元(3)負責對頂點和像素染色任務進行調度，決定某個頂點或像素染色程序在哪個染色器簇上進行處理。

時鐘與功耗控制模塊(2)為統一染色陣列中的至少兩個染色器簇提供獨立的工作時鐘；

時鐘與功耗控制模塊(2)包含針對統一染色陣列模塊(1)中至少兩個染色器簇的統一染色陣列時鐘門控控制寄存器；統一染色陣列時鐘門控控制寄存器至少包含N位，N的大小與統一染色陣列中染色器簇的數量一致；統一染色陣列時鐘門控控制寄存器中的每一位與統一染色陣列中的一個染色器簇對應，用來實現對其工作時鐘的門控；

時鐘與功耗控制模塊(2)包含針對統一染色陣列中至少兩個染色器簇的獨立的時鐘門控電路；每一個時鐘門控電路與一個染色器簇相對應，在統一染色陣列時鐘門控控制寄存器中對應位為1的情況下，將對相應染色器簇的工作時鐘關閉，從而實現對相應染色器簇工作時鐘的門控；