CN102334083B - 向处理器报告电流的方法和系统 - Google Patents

Abstract

向处理器报告电流。说明性实施例的至少一些是下述方法，该方法包括：以由计算机系统的处理器指示的电压将工作功率提供给处理器；测量由所述处理器实际汲取的电流；以及向所述处理器报告由所述处理器汲取的电流的值。所报告的电流的值与实际汲取的电流相差大于测量实际汲取的电流的测量误差。

Description

向处理器报告电流的方法和系统

背景技术

电子设备内部的处理器基于正被执行的任务的数量和类型汲取不同量的功率。例如，通常空闲的处理器比正在以或接近100%的利用率运行的处理器利用更少的功率。而且，不同的应用可能需要不同的计算工作量，并且因此即使保持使用率恒定，运行不同应用的处理器也可能汲取不同量的功率。

某些处理器有能力测量它们的内部硅温度，并且有能力请求特定的电源电压。当在低于预定的硅温度下工作时，处理器可以请求较高的供给电压（并且提高时钟速率），从而使得处理器更快地执行指令。如果硅温度接近预定的阈值，则处理器请求降低的供给电压（并且同样地减小时钟频率）。然而，尽管硅温度可能远低于阈值，处理器也可以限制所请求的供给电压（和时钟频率）以确保功率汲取在电压调节电路的限度之内。

附图说明

为了示例性实施例的详细描述，现将对附图进行参考，在附图中：

图1示出了依照至少某些实施例的系统；

图2以图形的形式示出了由处理器实际汲取的电流和被报告给该处理器的电流的各种关系；

图3示出了依照至少某些实施例的电压调节器电路的电示意图；

图4示出了依照至少某些实施例的电压调节器电路；以及

图5示出了依照至少某些实施例的方法。

符号和命名法

某些术语在遍及以下的说明书和权利要求书中用以指代特定的系统组件。如本领域技术人员将了解的，计算机公司可以通过不同的名称来指代一个组件。本文不意图区分在名称方面不同而不是在功能方面不同的组件。

在以下的讨论中和在权利要求中，术语“包括”和“包含”被以开放式的方式加以使用，并且因此应该被解释为意指“包括，但不局限于…”。同样地，术语“耦合”或“耦联”旨在意指间接的连接或者直接的连接。因此，如果第一设备耦合至第二设备，则那个连接可以是通过直接连接或通过经由其它设备和连接的间接连接。

“线性型（Linear-type）调节器”应该意指具有工作在其线性区域中的功率通量控制设备（例如，双极结晶体管、场效应晶体管）的电压或者电流调节器系统。

“开关型（Switching-type）调节器”应该意指具有交替地工作在断开状态（off-state）与完全饱和的接通状态（on-state）之间的功率通量控制设备（例如，双极结晶体管、场效应晶体管）的电压或电流调节器系统。

具体实施方式

以下的讨论是针对本发明的各种实施例的。尽管这些实施例中的一个或多个可能是优选的，但是所公开的实施例不应该被解释为或以其他方式用作限制本公开（包括权利要求）的范围。此外，本领域技术人员将理解的是，以下的描述具有广泛的应用，并且任何实施例的讨论仅仅意味着是该实施例的示例，而不旨在暗示本公开（包括权利要求）的范围局限于该实施例。

在下文所讨论的各种实施例是针对计算机系统的，其中在处理器外部的电路测量实际汲取的处理器电流，并且向该处理器报告所汲取的电流的值；然而，出于下文更多地讨论的原因，报告给处理器的电流值有意地不同于（并且在许多情况下小于）实际汲取的电流的值。结果是在处理器性能方面的提高。各种实施例在商业和用户计算机系统（特别是关于计算机系统的主处理器）的背景下被研发，并且此说明书涉及发展背景。然而，报告不同于实际汲取的电流的各种实施例可以适用于任何处理器，诸如图形处理单元（GPU）、数字信号处理器（DSP）、浮点单元（FPU）、图像处理器、阵列处理器、微控制器或专用集成电路（ASIC）。

图1图示了依照至少某些实施例所构造的计算机系统1000。计算机系统1000包括其上耦合有各种电组件的印刷电路板或母板100。特别地，母板100包括处理器102。处理器102通过主桥接器106耦合至主存储器阵列104和各种其它的外围计算机系统组件。处理器102通过主总线108耦合至主桥接器106，或者主桥接器106可以被集成到处理器102中。因此，计算机系统1000可以实现除了图1中所示出的那些之外或者代替图1中所示出的那些的其它的总线配置或总线桥接器（bus-bridges）。

主存储器阵列104通过存储器总线110耦合至主桥接器106。主桥接器106包括通过断言（assert ）用于存储器访问的控制信号来控制到主存储器104的事务的存储器控制单元。主存储器阵列104充当处理器102的工作存储器并且包括其中存储了程序、指令和数据的存储器设备或存储器设备的阵列。主存储器阵列104可以包括任何适当类型的存储器，诸如动态随机存取存储器（DRAM）或各种类型的DRAM设备中的任何一个，诸如同步DRAM（SDRAM）、扩展数据输出DRAM（EDODRAM）或存储器总线DRAM（RDRAM）。

在一些实施例中，计算机系统1000包括图形控制器或通过外围设备组件互连（PCI）Express（PCI-E）总线114或其它适当类型的总线耦合至主桥接器106的视频驱动器112。可替换地，视频驱动器112可以耦合至次扩展总线（例如，PCI总线118）之一或主扩展总线116。视频驱动器112可以进一步耦合至显示设备，所述显示设备可以包括其上可以呈现任何图像或文本的任何适当的电子显示设备。在某些实施例中，视频驱动器112与母板100集成在一起，并且在其它的实施例中视频驱动器112是被以物理方式并且以电气方式耦合至母板100的插入卡。

仍然参考图1，计算机系统1000还包括使主扩展总线116桥接到各个次扩展总线（诸如PCI总线118和低引脚数（LPC）总线120）的第二桥接器122。依照某些实施例，桥接器122包括由Intel公司制造的输入/输出控制器集线器（ICH）。在图1中示出的该实施例中，主扩展总线116包括Hub-link（集线器链接）总线，其是英特尔公司的专有总线。然而，计算机系统1000不局限于由英特尔所制造的芯片组，并且因此可以等效地使用其它适当的芯片组以及因此在桥接器设备之间的其它适当的总线。

固件集线器124通过LPC总线120耦合至ICH 122。固件集线器124包括包含可由处理器102执行的软件程序的只读存储器（ROM）。软件程序不仅包括用于实现基本输入/输出系统（BIOS）命令的程序，而且包括在加电自检（POST）过程期间和刚在加电自检（POST）过程之后被执行的指令。在计算机系统的控制被移交给操作系统之前，POST过程在计算机系统内部执行各种功能。

超级输入/输出（I/O）控制器126耦合至ICH 122并且控制许多计算机系统功能，例如与各种输入和输出设备（诸如键盘和定位设备（例如，鼠标））、各种串行端口和软盘驱动器的对接。由于其执行许多I/O功能，所以超级I/O控制器126经常被认为是“超级的”。

计算机系统1000进一步包括电耦合至母板100的电源130，诸如开关电源。电源130产生具有不同的直流（DC）电压（诸如+12伏（V）、-12 V、+5 V、-5 V和+3.3 V）的各种各样的功率信号。尽管电源130提供具有不同的电压的许多功率信号，但是在母板100上可能需要其它的电压。例如，母板100上的集成电路中的一些（诸如处理器102）可以基于范围从0.75伏（V）至1.5 V的供给电压来工作，但是电源130不提供这样的功率信号。为了提供所述电压，依照各种实施例的母板100包括通过电缆132耦合至从电源130提供的一个或多个功率信号的电压调节器电路150。

电压调节器电路150从功率信号（例如，+12 V）中的一个或多个接收功率，并且将电压减小到适合于处理器102的电压。电压调节器电路150可以包括开关型调节器、线性型调节器或这两者的组合。由电压调节器电路150所产生的功率信号通过功率轨（power rail）152耦合至处理器102。由电压调节器电路150所产生的功率信号还可以耦合至其它设备，和/或电压调节器电路150可以产生耦合至其它系统设备（例如，主存储器阵列和各种桥接器）的其它功率信号。

依照各种实施例，处理器102被配置成测量其内部硅温度，并且在功率轨上请求特定的电压。当在低于预定的硅温度下工作时，处理器102可以在功率轨152上请求更高的电压（并且提高时钟频率），从而使得处理器102更快地执行指令。如果硅温度接近预定的阈值，则处理器102在功率轨152上请求降低的电压（并且同样地减小时钟频率）。在某些实施例中，并且根据处理器102内的硅温度，处理器102将请求在0.75 V到1.5 V之间并且包括0.75 V和1.5 V的范围内的特定电压的信号发送到电压调节器电路150。

为了处理器发送该请求，并且为了电压调节器电路150接收该请求，处理器102和电压调节器电路150通过一个或多个信号线154通信地耦合。信号线154可以采用许多形式。在某些情况下，单个信号线可以在处理器102与电压调节器电路150之间耦合。在单个信号线的说明性情况下，处理器102可以驱动：其电流振幅指示针对功率轨152所请求的电压的直流（DC）模拟信号；其电压振幅指示针对功率轨152所请求的电压的DC模拟信号；以及包括指示针对功率轨152所请求的电压的值的数字信号。

在还有的其它实施例中，信号线154可以包括作为并行通信总线工作的多个信号线。在多个信号线的说明性情况下，处理器102可以驱动包括指示针对功率轨152所请求的电压的值的数字信号。电压调节器电路150从指示所请求的电压的处理器接收信号，并且在功率轨152上将所请求的电压提供给处理器102。

进一步地依照各种实施例，处理器102被配置成通过功率轨152由处理器102从电压调节器电路150接收所汲取电流的指示。为了电压调节器电路150发送所汲取电流的指示，并且为了处理器102接收该指示，处理器102和电压调节器电路150还被通过一个或多个信号线156通信地耦合。信号线156可以采用许多形式。在一些情况下，单个信号线可以在处理器102和电压调节器电路150之间耦合。在单个信号线的说明性情况下，电压调节器电路150可以驱动：其电流振幅指示由处理器102汲取的电流的DC模拟信号；其电压振幅指示由处理器102汲取的电流的DC模拟信号；以及包含指示由处理器102汲取的电流的值的数字信号。在还有的其它实施例中，信号线156可以包括作为并行通信总线工作的多个信号线。在多个信号线的说明性情况下，电压调节器电路150可以驱动包括指示由处理器102汲取的电流的值的数字信号。处理器102可以使用指示所汲取电流的值和功率轨上的已知的所请求电压来计算处理器102的功耗。

尽管处理器102的硅温度可能远低于阈值，然而处理器102也可以限制功率轨152上的所请求电压以确保处理器102的功耗是在处理器102认为电压调节器电路150能够提供的功耗内。特别地，处理器制造商适当地在处理器的发布日期的前面公布针对处理器的功率要求的说明书。对于具有感知硅温度并且调节功率轨电压（以及因此功耗）的能力的处理器而言，假定电压调节器电路不能够提供比在所公布的说明书中所指示的更多的功率，处理器被编程为自身将功耗限制到在用于该特定处理器的所公布的说明书中指示的最大功耗。然而，在很多情况下处理器能够在超过（并且在某些情况下远超过）在用于该特定处理器的所公布的说明书中指示的最大功耗的功耗水平下工作，只要处理器不超过硅温度阈值即可。

依照各种实施例，电压调节器电路150具有以超过所公布的说明书中指示的最大功耗的水平提供功率的能力。而且，虽然电压调节器电路150可以测量由处理器102实际汲取的电流的量，但是电压调节器电路150被配置成发送不同于实际汲取的电流的量的被汲取的电流的指示。特别地，在某些实施例中，电压调节器电路150被配置成发送低于实际汲取的电流的被汲取的电流的指示。应该注意的是，电流的指示与实际汲取的电流之间的差异不仅仅是由组件值的变化所造成的差异。例如，为了本公开和权利要求的目的，当发送不同于实际汲取的电流量的被汲取电流的指示时，基于一个或多个电阻器的阻抗不同于电阻器标记（但是在容差之内）来报告不同于实际汲取的电流的被汲取的电流并不合适。作为再一示例，为了本公开和权利要求的目的，当发送不同于实际汲取的电流量的被汲取电流的指示时，基于一个或多个放大器或晶体管的期望开环增益的差异（但是在容差之内）报告不同于实际汲取的电流的被汲取电流并不合适。

发送给处理器102的所汲取电流的指示可以被多报（over-report）给处理器，或者少报（under-report）给处理器。考虑这样的情况，其中处理器102正在低于阈值硅温度下工作、但是正以所公布的说明书中指示的最大功耗工作。因为处理器102低于阈值硅工作温度，所以处理器102的趋向是将在功率轨152上请求更高的电压（并且同样地提高时钟频率）；然而，如果处理器102计算出功耗处在所公布的说明书中指示的最大功耗处，则处理器102将不会发出对功率轨152上电压提高的进一步请求。

然而，依照各种实施例的电压调节器电路150被配置成提供比所公布的说明书中指示的最大功耗更大的功率。而且，由于在各种实施例中电压调节器电路150发送低于实际汲取的电流的被汲取的电流的指示，所以处理器102计算出其正在低于最大功耗界限的情况下工作，并且因此请求功率轨152上的电压提高，并且更快地执行应用程序。以这种方式，电压调节器电路不会利用不足，并且处理器102不会利用不足。当处理器102的硅温度接近阈值时，处理器102就减小功耗（通过在功率轨152上请求较低的电压），并且因此由电压调节器电路150少报电流不会危及处理器102的运行完整性。

实际汲取的电流与报告给处理器的电流之间的差值可以变化。例如，在某些情况下，电压调节器电路150被配置成将指示低于由处理器实际汲取的电流量的95%的信号发送给处理器102。反过来说，在某些情况下电压调节器电路150被配置成将指示相差实际汲取的电流的至少5%的被汲取电流的信号发送给处理器102。在某些情况下，电压调节器电路150被配置成将指示在由处理器实际汲取的电流量的80%与85%之间并且包括80%和85%的信号发送给处理器102。反过来说，在某些情况下，电压调节器电路150被配置成将指示相差在实际汲取的电流的15%与20%之间并且包括15%和20%的被汲取电流的信号发送给处理器102。

而且，电压调节电路150报告的不同于实际汲取的电流的量可以变化。图2图示了（以图形形式）实际汲取的电流与报告给处理器的值之间的各种关系。实线200表示作为参考的一对一的报告的情况。短划线202表示大约17%的“直线”少报。划线－点－划线204表示报告“曲线”，其中（为了图示的目的）部分206是被轻微地多报的，并且另一部分208被少报，划线－点－点线210表示对特定值一对一的报告，并且然后是递增的少报（under-reporting）。

图3示出了说明性电压调节器电路150的电气图。特别地，电压调节器电路150可以包括开关型调节器300。尽管开关型调节器300被示出为单级，但是在某些情况下多个开关型调节器或开关型调节器和线性型调节器的组合可以被等效地使用，这取决于通过电压调节器电路150的输入电压、输出电压和期望的功率汲取。说明性开关型调节器300包括耦合至电感器306的功率控制设备304（诸如N-沟道MOSFET）、二极管308和电容器310，全部都被布置成产生电压变化（在这个示例中，电压降低或“降压型（buck-type）”布置）。开关型调节器300还包括开关控制电路312（诸如可从Linear Technology of Milpitas, California获得的DC/DC控制器）。开关控制电路312产生耦合至FET304的栅极的可变占空比（duty cycle）开关信号314（在图示性Pgate输出处）。为了说明性的目的，通过基于开关控制电路312的被提供给从处理器102提供的说明性设定点（SP）输入的设定点和通过分压器电路312施加到说明性的Vfb输入的反馈电压来确定占空比。在其它情况下，可以不提供单独的设定点输入，在这种情况下可以提供更多的电路以基于从处理器提供的输入和在电感器的输出侧所检测到的电压产生错误信号。开关信号采用由开关信号的占空比设定的接通时间和断开时间来交替地接通和断开FET 304。因此，在此示例中，开关型调节器300和相关的电路采用范围从0.75 V 至1.5 V的输出电压来提供输出功率信号的可变设定点闭环控制。

为了测量由处理器实际汲取的电流，依照至少某些实施例的电压调节器电路150进一步包括放大器电路350。在图3的说明性情况下，放大器电路350包括相对于跨越电感器306的压降（voltage drop）被配置为“差分”或“平衡”放大器的运算放大器352。在其它实施例中，精密电阻器可以被耦合在电路内部，并且跨越该精密电阻器的压降被用来指示电流流动。放大器电路350测量实际汲取的电流，并且将被汲取的电流的指示发送给处理器102。根据说明性运算放大器352的闭环增益，发送给处理器102的指示可以被控制成根据需要少报或多报。

图4图示了电压调节器电路150的仍然进一步的实施例。特别地，图4示出了调节器电路400，诸如配置成准确地（通过电阻器402和404的电阻器网络）向处理器102报告被汲取的电流的电压调节器电路。图4未示出调节器电路400的内部组件以便不过度地使该图复杂化，并且以便图示电压调节器电路150的基本上任何已有的设计都可以被修改成实现如在本文中所教导的在报告方面的差异。例如，设计者可以从该已有电路400开始，并且修改该电路以有差别地进行报告。为了将该电路配置为少报，额外的电阻器406和开关408可以被添加到电阻器网络。开关可以是机械开关，或者开关可以是电操作的（例如，继电器或晶体管）。当开关408正在导通时，与电阻器404并联的电阻器406的额外阻抗降低分压器的那部分中的阻抗，因此降低报告给处理器102的指示功率轨上的被汲取电流的电压（并且减小电流）。为了多报，额外的电阻器将被选择性地放置成与电阻器402并联。

图5图示了依照至少某些实施例的方法。特别地，该方法开始（方框500）并且往下进行从而以处理器指示的电压将工作功率提供给处理器（方框504）。提供的同时，该方法包括测量由处理器实际汲取的电流（方框508）。基于该测量，该方法包括向处理器报告由处理器汲取的电流的值，所报告的电流的值与实际汲取的电流的差别大于测量实际汲取的电流的测量误差（方框512），以及该方法结束（方框516）。

上述讨论意图是说明本发明的原理和各种实施例。一旦充分地了解上述公开，很多变化和修改对本领域技术人员而言将变得显而易见。例如，不需要存在处理器的温度感测能力。在处理器不能够感测其硅温度的情况下，由处理器汲取的电流可能被少报，只要其它机构在适当的位置以确保该处理器不过热。意图是，以下的权利要求被解释成包含所有此类变化和修改。

Claims (15)

1.一种向处理器报告电流的方法，包括：

以由计算机系统的处理器指示的电压将工作功率提供给处理器；

测量由所述处理器实际汲取的电流；以及

向所述处理器报告由所述处理器汲取的电流的值，所报告的电流的所述值与测量出的所述处理器实际汲取的所述电流的差别大于测量所述实际汲取的电流的测量误差。

2.根据权利要求1所述的方法，其中报告所汲取的电流的所述值进一步包括报告小于所述实际汲取的电流的所述电流的值。

3.根据权利要求1所述的方法，其中报告所汲取的电流的所述值进一步包括报告相差所述实际汲取的电流的至少5%的所述电流的值。

4.根据权利要求1所述的方法，其中报告所汲取的电流的所述值进一步包括报告相差在所述实际汲取的电流的15%与20%之间并且包括15%和20%的所述电流的值。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，测量进一步包括测量到作为所述计算机系统的主处理器的所述处理器的工作功率。

6.一种电子设备，包括：

处理器；

耦合至所述处理器的电压调节器电路，所述电压调节器电路被配置成：

接收来自处理器的、指示所请求电压的信号；然后

将所述所请求电压提供给所述处理器；

测量由所述处理器从所述电压调节器实际汲取的电流的量；并且

将指示电流的量与测量出的由所述处理器实际汲取的电流的量相差大于测量误差的信号发送到所述处理器。

7.根据权利要求6所述的电子设备，其中所述电压调节器电路被配置成将指示电流的量低于由所述处理器实际汲取的电流的所述量的信号发送到所述处理器。

8.根据权利要求6所述的电子设备，其中所述电压调节器电路被配置成将指示低于由所述处理器实际汲取的电流的所述量的95%的所述信号发送到所述处理器。

9.根据权利要求8所述的电子设备，其中所述电压调节器电路被配置成将指示在由所述处理器实际汲取的电流的所述量的80%和85%之间并且包括80%和85%的所述信号发送到所述处理器。

10.根据权利要求6所述的电子设备，其中所述电压调节器电路被配置成将作为选自包含下述各项的组中的至少一个的所述信号发送到所述处理器：其电流振幅指示所述电流的量的模拟信号；其电压振幅指示所述电流的量的模拟信号；以及包括指示所述电流的量的值的数字信号。

11.根据权利要求6所述的电子设备，其中所述处理器是所述电子设备的主处理器。

12.根据权利要求6所述的电子设备，进一步包括不同于耦合至所述电压调节器电路的所述处理器的主处理器。

13.一种向用于执行程序和指令的装置报告电流的系统，包括：

用于执行程序和指令的装置，用于执行程序和指令的所述装置被配置成请求特定的工作电压，并且接收由所述用于执行程序和指令的装置汲取的电流的指示；

用于将第一电压调节为选择性的第二电压的装置，所述用于调节的装置通过所述选择性的第二电压耦合至所述用于执行程序和指令的装置；

用于测量由所述用于执行程序和指令的装置实际汲取的电流的装置，所述用于测量的装置耦合至所述用于执行程序和指令的装置和用于调节的装置；以及

用于向所述用于执行程序和指令的装置报告电流的装置，所述用于报告的装置就电流而言少报告测量出的由所述用于执行程序和指令的装置实际汲取的电流的至少百分之五。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述用于报告的装置就电流而言少报告所述实际汲取的电流的5%和20%之间并且包括5%和20%。

15.根据权利要求13所述的系统，其中所述用于报告的装置进一步被配置成通过选自包括以下各项的组中的至少一个来进行报告：其电流振幅指示所述电流的量的模拟信号；其电压振幅指示所述电流的量的模拟信号；以及包括指示所述电流的量的值的数字信号。