向处理器的异构计算元件分配功率的制作方法
【专利说明】向处理器的异构计算元件分配功率
【背景技术】
[0001] 随着半导体领域的技术进步，诸如处理器之类的设备包括越来越多的电路。随着 时间的推移，处理器设计从独立集成电路（1C)的集合发展到单一集成电路，到在单一 1C封 装内包括多个处理器核的多核处理器。随着时间的推移，越来越多的核以及相关的电路正 在被包括到处理器及其他半导体中。
[0002] 多核处理器正在被扩展以通过在处理器内合并其他功能单元来包括额外的功能。 产生的一个问题是，不同的电路会基于它们的工作负荷消耗不同的电量。然而，目前不存在 确保这些不同的单元具有足够的功率的合适的机制。
[0003] 例如，包括不同的计算元件的处理器将消耗的总功率量限制到叫做热设计功率 (TDP)极限的级别除处理器的配置的TDP极限之外，初始设备制造厂家（OEM)可能会对于 不同的形状因子等，将处理器的TDP限制到更低，以实现比较长的电池使用时间。当在这些 系统上运行功率消耗大的工作负荷时，在不同的计算元件之间拆分可用功率（直到TDP极 限）。拆分功率的方式会影响系统的性能。当前对此功率分配问题的解决方法是对于所有 工作负荷和TDP，使用固定比率，意味着，功率的某一部分被分配给处理器的不同的单元。然 而，此方法不是对于所有工作负荷都最佳的。
[0004] 附图简述
[0005] 图1是根据本发明的一个实施例的用于在处理器的不同的域之间控制功率偏置 的方法的流程图。
[0006] 图2是根据本发明的一个实施例的处理器的一部分的框图。
[0007] 图3是根据本发明的一个实施例的处理器的框图。
[0008] 图4是根据本发明的另一实施例的多域处理器的框图。
[0009] 图5是包括多个核的处理器的一个实施例的框图。
[0010] 图6是根据本发明的一个实施例的系统的框图。
[0011] 详细描述
[0012] 在各实施例中，可以提供功率偏置技术，并可以将其用于包括多个域的处理器的 功率预算的分配。另外，在运行时，还可以动态地更新功率偏置值本身。如此处所使用的， 术语"域"被用来表示在相同电压和频率点操作的硬件和/或逻辑的集合。作为示例，多核 处理器还可以包括其他非核处理引擎，诸如固定功能单元、图形引擎等等。其他计算元件可 包括数字信号处理器、处理器通信互连（总线、环等等）以及网络处理器。处理器可包括多 个独立域，包括与核相关联的第一域（此处被称为核或中央处理单元（CPU)域）以及与图 形引擎相关联的第二域（此处被称为图形或图形处理单元（GPU)域）。虽然可以在单一半 导体管芯上形成多域处理器的许多实现，但是，其他实现可以通过其中不同的域可以存在 于单一封装的不同的半导体管芯上的多芯片封装来实现。进一步的实施例可以适用于在由 许多单个芯片封装构成的单一系统的计算元件之间平衡功率。例如，如此处所描述的，可以 管理一个封装上的CPU和不同的封装上的GPU，且整个系统功率极限为50瓦特。
[0013] 在多域处理器中，多个域共同地共享单一功率预算。相应地，例如，核域操作所在 的频率越高，由核域消耗的功率越高。由核域消耗的功率越高，留给图形域消耗的功率越 小，反之亦然。
[0014] 对于在处理器上执行的许多应用，核域可以充当生成要被图形域执行的工作负荷 数据的生产者，如此，该图形域充当消费者。例如，对于许多应用，诸如基于3维（3D)的应 用，处理器可以操作以从存储器访问数据，向存储器写入命令和指令，并将数据提供到图形 域，图形域用于执行图形操作，诸如各种着色、呈现及其他操作，以如此生成像素数据，供显 示在相关联的显示器上。
[0015] 在这样的应用中，根据本发明的一个实施例的智能偏置控制（IBC)可以基于工作 负荷需求，动态地调整图形域和核域之间的功率的分配。各实施例可以特别适合于低功率 环境，诸如处理器正在在诸如热设计功率（TDP)级别（或甚至诸如由OEM设置的较低级别） 之类的热极限操作的情况。在某些处理器中，可以诸如由基本输入/输出系统（BIOS)，例 如，作为系统的配置的一部分，设置多个域之间共享功率的预定值。虽然这样的设置可以适 合于许多工作负荷，但是，对于某些应用，特别是在处理器被配置成仅限于低于TDP极限的 操作的情况下，例如，为了功率管理等等，性能会受到影响。相反，根据本发明的一个实施 例，通过使用IBC，可以基于工作负荷动态地控制功率偏置值，该功率偏置值可用于控制不 同的域之间的功率分配。
[0016] 更具体而言，各实施例可以监视各种域（包括核域、图形域和互连域）的操作，以 便判断这些域中的一个或多个是否需要比它当前正在接收的功率多一些或少一些的功率。 如果核和互连域需要比它们当前正在接收的较少的功率以便使图形域维持十分忙，可以使 功率分配更多地偏向图形域，例如，通过调整此功率偏置值。相反，如果核域和/或互连域 需要比它们当前正在接收的功率更多的功率以使图形域维持全部占用，则可以使功率分配 更多地朝核域和/或互连域偏向，例如，通过对功率偏置值的反向控制。
[0017] 一般而言，根据本发明的一个实施例的IBC可以一般性地按如下方式进行操作。 首先，可以测量给定应用正在为核、图形和互连域创建的工作量。如果基于这些测量值判断 图形域空闲，例如，大于评估间隔内的给定阈值时间量，可以向核域方向移动功率平衡，例 如，通过对功率偏置值的控制。相反，如果图形域在评估间隔中正在被完全使用，则可以向 图形域方向移动功率平衡。
[0018] 为便于讨论，此处所描述的各实施例关于包括可以共享功率预算的核域和图形域 的多域处理器。然而，应理解，本发明的范围在这方面不受限制，可以存在额外的域。作为 另一个示例，可以将每一个核分配给不同的域，可以给域中的每一个提供功率预算的动态 地重新可分割的量。此外，除核域和图形域之外，可以理解，可以存在额外的域。例如，另一 个域可以由诸如固定功能单元、加速器等其他处理单元构成。可以为处理器的某些管理代 理提供更进一步的域，这些域可以接收总功率预算的固定部分。
[0019] 注意，如此处所描述的执行智能偏置控制的各实施例可以独立于基于操作系统 (0S)的功率管理。例如，根据基于0S的机制，S卩，高级配置和平台接口（ACPI)标准（例如， 2006年10月10日发布的Rev. 3. Ob)，处理器可以在各种性能状态或级别操作，g卩，从P0到 PN。一般而言，P1性能状态可以对应于可以由0S请求的最高保证的性能状态。除此P1状 态之外，0S还可以请求较高性能状态，S卩，P0状态。如此，此P0状态可以是机会性状态，其 中，当有电能和/或热预算可用时，处理器硬件可以配置处理器或其至少一些部分，以便以 高于保证的频率操作。在许多实现中，处理器可包括多个所谓的高于此P1频率的元（bin) 频率。另外，根据ACPI，处理器还可以在各种功率状态或级别下操作。相对于功率状态，ACPI 指定不同的功率消耗状态，一般被称为C状态，CO, Cl到Cn状态。当核活跃时，它在CO状 态运行，而当核空闲时，它可以被置于核低功率状态，也叫做核非零C状态（例如，C1-C6状 态）。当多核处理器的所有核都处于核低功率状态时，可以将处理器置于封装低功率状态， 诸如封装C6低功率状态。
[0020] 现在参考图1，所示是根据本发明的一个实施例的用于在处理器的不同的域之间 控制功率偏置的方法的流程图。如图1所示，在不同的实施例中，方法100可以以各种硬件、 软件和/或固件来实现。例如，在一个实施例中，方法100可以在诸如功率控制单元（PCU) 之类的处理器的功率控制器的功率共享逻辑中实现。在另一个实施例中，方法100可以在 诸如内核模式驱动程序（KMD)之类的设备驱动程序中实现，例如，对于图形域。注意，图1 中所描述的各实施例关于CPU域和图形域之间的功率偏置的分析和控制。虽然在图1的实 施例中被描述为在这些特定域之间共享功率，但是，可以理解，本发明的范围在这方面不受 限制，在其他实施例中，动态功率共享可以在具有异构计算元件的其他类型的域之间。
[0021] 如图1所示，可以为在评估间隔过程中呈现的图形的每一个帧执行方法100的某 些部分（一般性地，通过菱形150)。可以看出，方法100从确定CP