[發明專利]根據能量消耗來控制處理性能水平

在審

• 申請號: 201880083542.6
• 申請日: 2018-02-28
• 公開（公告）號: CN111527475A
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 賈揚斯·M·德瓦拉朱;維韋克·德;斯利拉姆·萬戈爾
• 申請（專利權）人: 英特爾公司
• 主分類號: G06F9/22
• 分類號: G06F9/22
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司 11258
• 代理人: 林強

提供了一種電路，該電路用于根據處理器件的兩個或更多個工作點來控制處理器件的性能水平。工作點具有相應頻率和相應電壓。性能水平控制電路被布置為執行以下操作：對與處理器件的第一工作點和不同的第二工作點相對應的參數進行交叉乘法。基于交叉乘法來確定第一工作點和第二工作點的相對能量消耗。根據所確定的相對能量消耗來選擇處理器件的工作點。還提供了一種具有性能水平控制電路的裝置、用于實現性能水平控制的機器可讀指令以及相應的方法。

技術領域

本文描述的實施例總體上涉及數字電路的功率管理領域，并且更具體地，涉及管理處理器件的性能水平以減少能耗。

背景技術

提高數字電路的能量效率是集成電路設計中的一個重要目標。例如，能量效率在確定電池操作的電子設備的尺寸和重量方面是重要的，但是在諸如服務器之類的較大處理器件中也存在降低功耗以減少能量賬單的動機。電源電壓(Vcc)按比例縮放是一種用于降低能耗的有效技術，并且這可能涉及在處理工作負荷降低時降低Vcc。許多現代處理器件被布置為在多個不同的工作頻率和電壓下執行。例如，可以實現一個或多個降低功率休眠模式，在降低功率休眠模式中，設備在降低的功率下工作但不關閉，等待處理工作負荷的增加。

對于能量受限的應用，在具有相對低的工作電壓和頻率的最小能量點下工作是有意義的。已知定義最小能量點(MEP)，在該最小能量點處，數字電路的每個期望操作所消耗的總能量被最小化。在本文檔中，諸如“最小”和“最佳”之類的術語可以是感知的而不是絕對的最小和最佳值，因為它們可以涉及考慮任何測量限制的最佳觀察值。當Vcc降低到閾值電壓V_T以下時，數字電路的開關能量呈二次方減小，但是泄漏能量實際上在V_T以下呈指數增加。這些相反的趨勢導致MEP。由于工作負荷或電路活動的增加而引起的數字電路的有效能量分量的任何相對增加都可以降低最小能量工作電壓。另一方面，由于例如溫度的增加而引起的泄漏能量分量的相對增加可能會提高MEP工作電壓。互補金屬氧化物半導體器件的最佳能量效率可以在具有最佳電源電壓V_opt和最佳電源頻率F_opt的近閾值電壓范圍中并且在MEP處實現，其中能量效率可以比在額定電源電壓操作處好五到十倍。

由于MEP以及V_opt和F_opt可以隨著諸如工藝制造變化、處理工作負荷和溫度之類的因素而顯著變化，因此隨之而來的是，在處理器件操作的操作期間適應性地調整V_opt和F_opt以考慮MEP的變化具有顯著降低能耗并因此提高處理器效率的潛力。

附圖說明

在附圖的各個圖中以示例而非限制性的方式示出了本文所描述的實施例，在附圖中，相同的附圖標記指代相同的元件：

圖1示意性地示出了用于處理器件的能量管理系統；

圖2示意性地示出了用于執行每個操作的雙點步幅能量比較以確定兩個工作點的相對能量的示例電路；

圖3示意性地示出了相對于先前已知的技術，圖2的示例電路如何能夠通過消除多周期倒數計算來減少計算時間；

圖4是示意性地示出針對特定工作負荷的數字微處理器的每個操作的能耗與核心電壓的關系的曲線圖；

圖5是示意性地示出最佳電壓點可以如何根據處理器件的工作負荷活動和休眠模式中的至少一個而移位的每個周期的能量與核心電壓的關系的曲線圖；以及

圖6是示意性地示出為處理器件確定具有最佳電壓V_op和處理頻率F_op的最終最小能量點所采取的路徑的流程圖。

具體實施方式

本公開的說明性實施例包括但不限于用于集成電路器件中的峰值功率確定的方法、系統和裝置以及機器可讀指令。