CN103218028A - 对于微处理器电力闸的配电 - Google Patents

Abstract

提供了与控制微处理器内配电相关的实施例。在一个示例中，提供了包括电源的微处理器。该示范性的微处理器还包括配置为接收来自电源的电力的多个电力闸区，每个电力闸区均包括多个电力闸，其中电力闸区中的任意给定一个电力闸区内的电力闸由微处理器独立于其对任意其他电力闸区内的电力闸的控制来控制。示范性的微处理器可操作以使得最初向电力闸区中的第一个电力闸区中的第一电力闸供电，随后向电力闸区中的第二个电力闸区中的第二电力闸供电，以及随后向电力闸区中的第一个电力闸区中的第三电力闸供电。

Description

对于微处理器电力闸的配电

背景技术

对微处理器内的配电（power distribution）进行控制可能是困难的。例如，当第一次为微处理器加电时，可能以高电流、低负载条件而经历最初供应到闸的瞬时电流。这类条件可对闸和/或将晶体管连接到下游设备的线造成损害。

附图说明

图1根据本公开的实施例，示意性地示出了微处理器。

图2根据本公开的实施例，示出了描绘在微处理器中的电力闸区（power gate zone）内的电力闸的划分的曲线图。

图3根据本公开的实施例，示出了用于对到微处理器内的电力闸的电力输送进行控制的方法的流程图。

图4A根据本公开的实施例，示意性地示出了对到微处理器分区内的电力闸组的电力输送进行控制的方法。

图4B示意性地示出了图4A的对电力输送进行控制的方法的另一部分。

图5根据本公开的实施例，示出了用于针对不同唤醒条件对到微处理器分区内的电力闸组的电力输送进行控制的方法的流程图。

图6根据本公开的实施例，示意性地示出了针对不同唤醒条件对到微处理器分区内的电力闸组的电力输送进行控制的方法。

具体实施方式

图1示意性地示出了包括两个或多个处理核心的微处理器100的实施例。微处理器100分成多个分区102。分区102配置为管理微处理器100内的不同的核心和/或应用，每个分区102均配置为管理微处理器100的不同核心。在一些设定中，分区102的使用可导致更高效地使用微处理器100内的处理资源。

应该理解，分区102可根据微处理器100所经历的各种处理和/或应用情况而通电和/或断电。例如，一个或多个分区102可响应于应用或进程对于存在于那些分区102内的执行元件的调用而经历唤醒事件。当处理完成时，那些分区102可经历休眠事件，其可节省功耗和/或减少微处理器处的热输出。唤醒事件的非限制性示例包括冷启动、实时时钟（RTC）事件、用户按键事件等等。

如果不认真管理，响应于唤醒事件的分区102加电可在分区102内的电力闸（power gate）上产生不均匀和不可取的应变（strain）。该条件对电力闸和在唤醒时被激活的电力闸下游的部件造成应变。传统上，在电力闸处重复的与唤醒相关的压力可对被激活的晶体管和其他部件造成损害。例如，可能以高电流、低负载条件而经历最初供应到电力闸104的瞬时电流。这类条件可重复发生；传统上，其一般在每次唤醒事件发生时发生在相同的电力闸处，这潜在地对晶体管和/或将晶体管连接到下游设备的线造成损害。例如，这类压力可导致金属层材料电迁移到周围的介电材料中。这可能导致介电材料的潜在故障，其随着时间推移可能造成电源到闸的电阻增加。其他潜在缺陷可能显示为在电连接到电力闸104的设备内的短路和/或开路。可替代地，通过数个电力闸来阻碍分区的唤醒以限制设备损害可能延长用于分区的开启时间并延迟微处理器资源的可用性，这可能减少可由微处理器分区所实现的潜在效率和/或利用收益。

因此，所公开的实施例涉及电力到微处理器分区内电力闸的分段式引入。这类分段式引入可被实现以使得唤醒期间所施加的磨损/应变可以分布在潜在更大数量的电力闸上。取决于应用，电力引入可以在暂时不同的唤醒条件期间和/或在相同的唤醒条件期间跨越不同的电力闸来分段进行。

在一些实施例中，所公开的电力闸可以排列在分区内的电力闸区中，其可用于在单一唤醒条件下对到分区的电力引入进行分段。在示范性的唤醒条件期间，可向第一电力闸区中的电力闸供电，随后向另一个电力闸区中的电力闸供电，随后向第一电力闸区中的另一个电力闸供电。这类在唤醒条件期间到多个不同电力闸的电力输送的分段式分布可避免上述潜在的设备损害，并且在一些设定中可为分区提供理想的开启时间，这可能实现可由微处理器分区所达到的潜在的效率和/或利用收益。

在一些实施例中，所公开的电力闸可排列在此类电力闸区内的电力闸组中，所述电力闸组可用于在两个或更多个唤醒条件过程期间分段进行到分区中不同电力闸的电力引入。微处理器随后可控制电力输送以使得在微处理器处的第一唤醒条件时提供电力到第一电力闸组，以及，在微处理器处的第二唤醒条件时，在提供电力到第一电力闸组之前提供电力到第二电力闸组。

以下场景可以帮助示出可以如何在两个唤醒条件过程期间将电力分段到不同的电力闸。在时间T0处的第一唤醒条件期间，分段式电力激活可发生在第一电力闸组处，其可跨越多于一个的电力闸区。在其后的时间T1处的唤醒条件期间，唤醒策略可涉及跨越相同或不同电力闸区的不同的电力闸组。因此，唤醒和使用不同电力闸的分段式性质跨越数量大得多的电力闸进行磨损/应变分配，从而减少任何一个闸可能因为上述应变而失效或受损害的可能性。此外，即使失效出现，在这类失效发生之前的时间间隔可能远长于在现有体制中的。

在图1所示的示例中，在多个电力闸区106之间划分分区102内的电力闸104。应该理解，可以遍布任意给定的分区102来以任意合适的方式对每个电力闸区106内的电力闸104加以分布，而不脱离本公开的范围。在一些实施例中，多个电力闸区106可以彼此重叠，而在一些其他的实施例中，可像非重叠的瓷砖一样对多个电力闸区106进行排列。

应该理解，任意给定的电力闸区106均可以包括任意合适数量的电力闸104。进一步地，应该理解在任意给定分区102内的一个电力闸区106可以包括比该分区102内的任意其他电力闸区106更多或更少或相同数量的电力闸。例如，在一些实施例中，可将分区102内的电力闸104分成电力闸区106。在唤醒条件期间较早开启的那些电力闸区106可包括不同数量的电力闸104，而在唤醒条件期间较晚开启的一些其他电力闸区106可包括近似相同数量的电力闸104。以这种方式划分电力闸104可在唤醒条件的较早部分期间潜在地减少涌入电流，而在唤醒条件的较晚部分期间潜在地加快分区开启。

作为示例，图2示出了曲线图200，所述曲线图200描绘了在微处理器的实施例中的电力闸区（如由区索引202所识别的）内的电力闸的划分。曲线图200分成两个范围。早电力闸区范围204表示在唤醒条件下可早开启的电力闸区。晚电力闸区范围206表示在早电力闸区范围204中的电力闸区开启之后在唤醒条件下可晚开启的电力闸区。在一些实施例中，电力闸区可以按照区索引递增的顺序来循序地通电。例如，在图2所示的实施例中，可以在向区1之前向区0供电，依次类推，使得区7是最后一个接收电力的区。

在图2所示的曲线图中，区0到3包括在早电力闸区范围204中。区0到3中的每一个均包括不同数量的电力闸。更具体地，区0到3配置为包括递增数量的电力闸，使得随着电力闸区按照从区0到区3的递增顺序通电，递增数量的电力闸接收电力。因此，由于电力被供应到分区内越来越多的电力闸，即使供应到分区的电压可能增加，但跨越那些区中电力闸的电压也可以随着递增的区索引而降低。

应该理解，在如此配置的实施例内的早电力闸区范围204内可以采用任意合适的电力闸的分布。在图2所示的示例中，早电力闸区范围204经配置以使得区0到3内的电力闸以近似呈指数递增的排列来分布。如图2所示，区0近似包括分区内电力闸的1%，区1近似包括分区内电力闸的2%，区2近似包括分区内电力闸的3%，以及区3近似包括分区内电力闸的8%。

相反，包括在晚电力闸区范围206中的电力闸区可以表征为近似具有与范围206内的其他电力闸区相同数量的电力闸（在可接受的容限内）。通过在晚电力闸区206内的电力闸区之间均等地划分电力闸，可将电力快速地供应到分区，这潜在地改善了分区唤醒中的效率。在图2所示的示例中，在晚电力闸区范围206中所示出的电力闸区4到7中的每一个均近似包括分区内电力闸的21%。因此，在一些实施例中，包括在晚电力闸区范围206中的电力闸数量可能超过包括在早电力闸区范围204中的电力闸数量。

应该理解，上述为非限制性示例所呈现的百分比本质上是大概的并且仅供示意性的目的，并且应该理解，为了清晰起见，示例中可存在某些舍入差异。然而，当加在一起时，包括在早电力闸区范围204和晚电力闸区范围206中的电力闸的数量表示给定分区内的所有电力闸。

在一些实施例中，电力闸区206中的一个或多个可分成多个电力闸组108。将电力闸区106分成合适数量的电力闸组108可允许在唤醒条件期间的瞬时电力输送压力选择性地跨越多个电力闸区106进行分布，如以下关于图3和4A-4B所更详细解释的。将电力闸区106分成电力闸组108还可允许瞬时电力输送压力选择性地跨越多个唤醒条件进行分布，如以下关于图5所更详细解释的。

应该理解，在其中将一个或多个电力闸区106分为电力闸组108的实施例中，可将电力闸区106分成任意合适数量的电力闸组108，而不脱离本公开的范围。在图1所示的示例中，每个电力闸区106均被描绘为分成四个电力闸组108。进一步地，虽然本文所述的示例一般指的是已经分成相同数量电力闸组108的电力闸区106（例如，所有电力闸区均分成相同数量的电力闸组108），但是应该理解，在一些实施例中，一些电力闸区106可分成与一些其他电力闸区106不同数量的电力闸组108。同样地，在一些实施例中，一些电力闸区106可分成电力闸组108而一些其他的电力闸区106可根本不分成电力闸组108。

如以上所介绍的，由微处理器100分别独立于该微处理器对任意其他电力闸区106和/或电力闸组108内的电力闸104的控制，来控制在电力闸区106和/或电力闸组108中的任意给定一个内的从电源110到电力闸104的电力输送。在一些实施例中，电源110可配置为提供0.5和1.4V之间以及100和5000mA之间的电力到微处理器100中的电力闸104。

应该理解，可由微处理器100采用任意合适的控制从电源110到电力闸104的电力输送的方式。例如，在一些实施例中，微处理器100可使用电力控制器112来控制电力闸组108内的电力闸104。在这类实施例中，电力控制器112可独立于特定分区102内的任意其他电力闸组108，以使得每个电力闸组108均由个体化的电力控制器112所独立控制。例如，在图1所示的实施例中，尽管为了清晰起见仅示出了电连接至包括在区0中的电力闸组108的电力控制器112，但是每个电力闸组108均电耦连至独立的电力控制器112。可替代地，在一些实施例中，微处理器100可在电力闸区级别上或在任意其他合适的级别上控制电力闸104，而不脱离本公开的范围。因此，可由微处理器100在电力闸组级别、电力闸区级别或任意其他合适的级别上控制来自电源110的电力输送。反过来，实际上可根据任意微处理器分区方案来管理电力输送。

在一些实施例中，微处理器100可包括可操作地与电力控制器112连接的存储器114，用于存储有关各分区102、电力闸区106和电力闸组108的识别信息。例如，在一些实施例中，存储器114可存储区和/或组索引信息，如以下所更详细描述的。在一些实施例中，存储器114可配置为即使当一个或多个分区102未加电时仍保留识别信息。例如，在一些实施例中，存储器114可“永远开启（always-on）”或连续加电，以使得只要微处理器100被加电，存储器114就保留识别信息。

图3示出了用于控制到微处理器内电力闸的电力输送的方法300的实施例的流程图，包括但不限于在诸如上述那些分区微处理器中的电力闸组和电力闸区内的电力闸。例如，方法300可用于控制在唤醒条件期间到微处理器分区的电力引入，这在瞬时上电事件期间潜在地分布和/或释放电源负载。应该理解，可利用任意合适的硬件来使用方法300，包括但不限于本文所公开的硬件。

在302，方法300包括控制微处理器内的电力闸以使得最初向第一电力闸区中的第一电力闸供电。在304，方法300包括控制电力闸以使得随后向第二电力闸区中的第二电力闸供电。在306，方法300包括控制电力闸以使得随后向第一电力闸区中的第三电力闸供电。例如，在一些实施例中，微处理器可对配电进行控制以使得在第一电力闸区中的每个电力闸加电之前向第二电力闸供电。通过经由不同的电力闸区来分段进行电力输送，在唤醒条件期间向分区的电流涌入可被分布到各个电力闸，这潜在地减少了对相同电力闸的重复压力。

图4A和4B根据方法300的实施例，示意性地描绘了在唤醒条件期间到分区的电力输送的方法400。在一些实施例中，在图4A和4B中所描绘的以及本文所描述的示例性方法400中所示出的一些过程可按照替代的顺序重新排列，包括并行和/或其他非序列性的顺序。而进一步地，在一些实施例中，与方法400相关的所示出和所描述的一些过程可省略。因此，应该理解，方法400的任意合适的变形，包括上述变形，可预期为落入本公开的范围内。

图4A和4B将分区描绘为分成八个区并且进一步地将每个区示出为分成四个组。然而，应该理解，所示出的示例仅仅是一个非限制性实施例，并且分区内电力闸的任意合适的划分均可预期为落入本公开的范围内。此外，为便于说明，图4A和4B所描绘的电力闸区和电力闸组以类似矩阵的排列示出。然而，应该理解，可采用分区内这类区和组的任意合适的排列，而不脱离本公开的范围。使用区索引和组索引来识别每个电力闸组，以使得在分区内可清楚地识别任意给定的电力闸组。因此，应该理解，对于给定的分区，任意特定的区索引与任意其他区索引不同。而且，对于给定的电力闸区，任意特定的组索引与任意其他组索引不同。

图4A和4B还描绘了早电力闸区范围和晚电力闸区范围。这类电力闸区范围是可选的，并且在一些实施例中可省略。然而，应该理解，可通过将这类电力闸区范围包括在一些实施例中来实现某一分区开启效率，如以下所详细描述的。

在一些实施例中，区和组索引可用于管理到电力闸组的电力输送。例如，区和组索引可被追踪以使得对于给定的分区，首先向具有相同组索引的所选择的电力闸提供电力，但要根据区索引的预定顺序。

图4A在402描绘了在掉电状态下（例如，在向任意电力闸供电之前）的分区。在404，向电力闸组Z0G0内的电力闸供电。在该状态下，电力闸组Z0G0内的电力闸可经历最大的涌入电流。在一些设定中，跨越电力闸区Z0G0内的电力闸的电压可能近似1000mV，以致那些电力闸可能经历近似6.5mA的电流。

一旦已经向电力闸区Z0内的电力闸供电，则随后可向另一个电力闸区内的电力闸供电。在向第一电力闸区内的附加电力闸供电之前向另一个电力闸区内的电力闸供电，这可允许瞬时涌入电流压力散布在多个电力闸区之间。因此，在图4A所示的示例中，在406向电力闸组Z1G0中的电力闸供电。接下来，在408向电力闸组Z2G0中的电力闸供电并随后在410向电力闸组Z3G0供电。

转到图4B，在412向电力闸组Z0G1、Z0G2和Z0G3；Z1G1、Z1G2和Z1G3；Z2G1、Z2G2和Z2G3；以及Z3G1、Z3G2和Z3G3供电，以使得在过程412的最后早电力闸区范围内的所有电力闸均加电。为电力闸组Z（X）G1、Z（X）G2和Z（X）G3加电的过程被描绘为并发地发生，其中X标识用于早电力闸区的区索引。这类并发的上电过程可在唤醒条件期间节约时间。例如，在一些实施例中，在28纳米架构中过程412可花费近似20纳秒。然而，应该理解，可采用任意序列性的或非序列性的过程，而不脱离本公开的范围。

在414，方法400包括以逐区方法向包括在晚电力闸区中的电力闸供电。例如，图4B描绘了在414向电力闸区4内的电力闸组（例如Z4G0、Z4G1、Z4G2和Z4G3）并发地供电；在416向电力闸区5内的电力闸组（例如Z5G0、Z5G1、Z5G2和Z5G3）并发地供电；在418向电力闸区6内的电力闸组（例如Z6G0、Z6G1、Z6G2和Z6G3）并发地供电；以及在420向电力闸区7内的电力闸组（例如Z7G0、Z7G1、Z7G2和Z7G3）并发地供电。逐区上电可在分区唤醒期间节约时间。在一些实施例中，在28nm架构中为任意这些区上电可花费近似20ns。进一步地，在一些实施例中，一旦早电力闸区通电，则涌入电流可在分区内减少，这潜在地随着向晚电力闸区中的晶体管供电而降低了其上的压力。例如，在一些实施例中，全部早电力闸区被加电的分区可展示出跨越晚电力闸区的第一区中的电力闸以接收电力的近似200mV的电压以及穿过该电力闸的少于近似1.5mA的电流。

虽然应该理解，在单一唤醒条件内分段进行电力输送可潜在地减少微处理器内的晶体管上的压力效应，应该理解，在一些实施例中，电力输送可在微处理器内的连续唤醒事件之间分段进行。

图5示出了用于针对不同唤醒条件对到微处理器分区内的电力闸组的电力输送进行控制的方法500的实施例的流程图。在502，方法500包括，根据在分区处的第一唤醒条件，首先向第一组电力闸提供电力。接下来，方法500包括，根据在分区处的第二唤醒条件，在于504向第一组电力闸提供电力之前向第二组电力闸提供电力。通过每次分区通电时分段进行到不同组电力闸的电力输送，可减少施加到任意给定组电力闸的压力，因为在每个唤醒条件处，它们不经历电流的涌入。

图6根据方法500示意性地示出了对到电力闸组的电力输送进行控制的方法600的实施例。图6示出了图4A和4B所示的分区的一部分。具体地，图6描绘了包括图4A和4B所示出的电力闸区0和1的早电力闸区范围的一部分。

在第一唤醒条件期间，在602，最初向电力闸组Z0G0供电，以及在604，向电力闸组Z1G0供电。随后，在第二唤醒条件期间，在606，最初向电力闸组Z0G1供电，以及在608，向电力闸组Z1G1供电。应该理解，电力引入可根据任意合适的电力输送方法，包括本文所述的诸如方法300和400的方法来继续。例如，如在610所示出的，在第二唤醒条件期间向电力闸组Z0G1和Z1G1供电之后，在最终向早电力闸区范围中的剩余电力闸区包括向电力闸组0供电之前可向电力闸组Z2G1和Z3G1（未示出）供电。

应该理解，可采用选择第一和第二组电力闸的任意合适方式，而不脱离本公开的范围。例如，在一些实施例中，被选择在唤醒条件的开始通电的电力闸组可基于循环制方案来选择。在这类实施例中，存储器可用于对先前所选择的电力闸组的身份或其组索引加以追踪，以使得可据此选择为连续唤醒条件所选择的电力闸组。在一些这类实施例中，可采用合适的永远开启存储器来存储合适的电力闸组身份信息。追踪先前所选择的电力闸组身份信息和基于已知算法（诸如循环制方案）选择以后的电力闸组可将压力事件散布到分区内的电力闸，这潜在地减少了设备损害。

在一些实施例中，被选择在唤醒条件的开始通电的电力闸组可由随机或伪随机过程来选择。在不使用存储器来追踪电力闸组身份信息的情况下可采用这类实施例。这可潜在地为微处理器节约电力和/或存储器资源。

该文字说明使用示例来公开本发明，包括最佳模式，还使相关领域的普通技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任意设备或系统并实施任意合并方法。本发明的可授权范围由权利要求所定义，并且可包括本领域普通技术人员所理解的其他示例。这类其他示例意图落入本权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种微处理器，包括：

电源；以及

多个电力闸区，其配置为接收来自所述电源的电力，每个电力闸区均包括多个电力闸，其中所述电力闸区中的任意给定一个电力闸区内的电力闸由所述微处理器独立于其对所述电力闸区中的任意其他电力闸区内的电力闸的控制来控制，以及其中由所述微处理器进行的所述控制可操作以使得：

最初向所述电力闸区中的第一个电力闸区中的第一电力闸供电，

随后向所述电力闸区中的第二个电力闸区中的第二电力闸供电，以及

随后向所述电力闸区中的所述第一个电力闸区中的第三电力闸供电。

2.根据权利要求1所述的微处理器，其中所述微处理器配置为在所述电力闸区中的所述第一个电力闸区中的每个电力闸加电之前向所述第二电力闸供电。

3.根据权利要求2所述的微处理器，进一步包括多个独立的电力控制器，其每一个均关联于所述多个电力闸区中的不同的一个电力闸区并可操作以对其进行控制，其中每个电力闸区均分成两个或更多个电力闸组。

4.根据权利要求1所述的微处理器，其中每个电力闸区均分成多个电力闸组。

5.根据权利要求4所述的微处理器，其中所述微处理器可操作以控制到所述多个电力闸组的电力的分布以使得：

根据所述微处理器处的第一唤醒条件，向第一电力闸组提供电力，以及

根据所述微处理器处的第二唤醒条件，在向所述第一电力闸组提供电力之前向第二电力闸组提供电力。

6.一种用于向微处理器的分区内的电力闸供电的方法，所述方法包括：

将包括在所述微处理器中的多个电力闸分成多个电力闸组；

根据所述微处理器的所述分区处的第一唤醒条件，首先向第一组电力闸提供电力；以及

根据所述微处理器的所述分区处的第二唤醒条件，在向所述第一组电力闸提供电力之前首先向第二组电力闸提供电力。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述分区分成多个电力闸区，每个电力闸区均包括两个或更多个电力闸组，其中所述微处理器独立于所述微处理器对任意其他电力闸区内的电力闸的控制来控制所述电力闸区中的第一个电力闸区内的电力闸。

8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括针对给定的电力闸区为所述多个电力闸中的每个电力闸均分配区索引和组索引，所述区索引与每一个其他区索引均不相同，所述组索引与每一个其他组索引均不相同。

9.根据权利要求8所述的方法，其中首先向所述第一组电力闸提供电力进一步包括根据用于所述分区内具有相同组索引的所选择的电力闸的所述区索引，以预定序列来向所述所选择的电力闸提供电力。

10.根据权利要求8所述的方法，其中每个电力闸区均进一步包括一个或多个早电力闸区和一个或多个晚电力闸区，为所述早电力闸区分配低于分配给所述晚电力闸区的区索引的区索引。

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