CN104035540B - 在图形渲染期间降低功耗 - Google Patents

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Abstract

根据一些实施例，可以采用使用限制帧时间的知识来降低功耗。通常，限制帧时间是预先分配的时间量以便在图形处理中应用功率用于进行渲染。通常，该帧时间涉及功率的应用和其中在等待下一个帧时间时仅应用空闲功率的某一停机时间。通过更好地利用该停机时间，在一些实施例中，可以实现功耗降低。

Description

在图形渲染期间降低功耗
技术领域
本发明通常涉及图形处理。
背景技术
在图形处理的过程中，可以渲染原语。计算机图形使用根据场景或者制图生成或者渲染能够在显示设备上描绘的光栅图像的算法。传统上，光栅化管线执行步骤以便根据几何数据产生数字图像，并且通常仅使用直接照明且有时也会具有阴影。这没有考虑光在场景的对象之间的高级相互作用(例如，间接照明)，并且在这一方面有别于诸如光线跟踪和全局照明的方案。
存在进行图形渲染的多个设备，对于它们而言功耗是重要的。尤其是对于基于电池供电的处理器的那类设备。功耗永远是重要的考虑。但是它也是与所有处理设备相关的环境考虑。通常，期望将任何设备的功耗降低到至少不会显著地影响该设备的性能的程度。
附图说明
关于下面的附图来描述一些实施例：
图1A-1D是根据本发明实施例的功率与时间的多个迹线的阐释；
图2是根据一个实施例的序列的流程图；
图3是对于一个实施例的系统阐释；并且
图4是一个实施例的正视图。
具体实施方式
根据一些实施例，可以采用使用限制帧时间(capped frame time)的知识来降低功耗。通常，限制帧时间是预分配的时间量以便在图形处理中对帧进行渲染。通常，该帧时间涉及其中该设备将以高使用率运行并且消耗功率的渲染处理以及其中仅消耗空闲功率等待下一个帧时隙的某一停机时间。在一些实施例中，通过更好地使用该停机时间，能够实现功耗降低。
参照图1A，在功率与时间的假设图中，在四个所阐释的限制帧时间的每一个的过程中，在空闲功率之上的每一个正峰值处发生实际渲染。不以任何方式限制帧的数量。该帧时间倾向于比实际用于渲染的时间更长。在游戏和其它应用中，可以将帧速率限制到常量。这意味着该中央处理单元和该图形处理单元在渲染图像之后进行等待，直到到了渲染新图像的时间。然而，对于双倍和三倍缓冲，可以并行渲染几个图像。
通常，在该限制帧时间的开始时存在功率增长，并且然后功耗会变得较低。在这一较低功耗的时段期间，中央处理单元和图形处理单元在等待要被渲染的下一个帧。但是这些等待中的处理器并不是零功耗，而是消耗保持该处理器准备进行接下来的操作所需的空闲功率。
在这一示例中，阐释了具有不同峰值功率和不同实际渲染时间的四个帧，但是该四个帧中的每一个在这一示例中包括相同的限制帧时间，50毫秒。典型地，限制时间等于经常是60赫兹的垂直同步(VSYNC)或者是该垂直同步(VSYNC)的倍数。
根据一些实施例，一种新的应用程序接口(API)调用可以用于降低功耗。例如，它可以是例如以OpenGL、OpenGL ES和DirectX API为例的常规渲染协议的补充。
如果该中央和/或图形处理单元意识到这一限制时间帧持续时间，则可以经由API调用来利用每一个帧内的该空闲时间。然后，由于该处理单元知道何时完成了帧的渲染，因此它也知道直到下一个帧开始的该持续时间。如果这一时间段足够长，则在一个实施例中，可以将该中央处理单元和图形处理单元置于由图1B中的交叉影线示出的较深睡眠模式中。在该较深睡眠模式中，功耗甚至比空闲功率模式中的功耗更低。例如，在高级配置和电源接口(ACPI)规范中，作为一个示例，能够将处理器从C0功耗状态降低到C3功耗状态。该交叉影线区域示出了由该较深功耗状态导致的功耗降低。
因而，在图1B的情况中，该第一、第二和第四帧中的每一个可以得益于这一技术，而第三帧具有太短的空闲状态以至于不能够有效地利用通过转换到较深空闲功率状态实现的降低。这是因为该功率时间的空闲太短了，它只会浪费功率来降低该功耗状态，并且然后快速地回到较高功耗状态。
图1C中所示的又一实施例通过使渲染工作实际上花费更长时间来利用该限制帧时间的知识。因为在一个帧和下一个帧中的实际渲染之间存在未使用的时间，因此在实际渲染期间能够消耗较少的功率并且仍然有大量的时间来完成下一个周期的工作。可以通过使用较低的时钟频率，和/或在保持足够数量的核心充分活动的同时将多个着色器核心关闭到较深睡眠模式，来更加缓慢地完成该工作。再次，使用预期的帧渲染时间的先前知识来实现这一功率节约。
作为在图1D中说明的另一示例，API提供的限制帧时间可以用于初始增加功率使用率，如在渲染帧的开始对于前两个帧所示的，以便更加快速地完成工作。这可以通过在较高功耗模式运行着色器核心和/或增加时钟频率来实现。依赖于所使用的电池技术，这可以是最大功率效率方法。这将在下一段落中进行详细说明。
一些电池供电的设备在短时间段内以较高功率使用率工作时可能比使用较少功率时更加能量有效，这是因为，与在较长时间段内使用较低功率相比较，功率使用率不是线性的。因而，通过增加功耗以便降低实际渲染时间并且增加在较深空闲功耗中的时间，对于某些电池技术能够实现功耗节省。
作为又一实施例，如果必要的数据可用并且存在足够的时间来进入较深睡眠，则可以早期开始渲染下一个帧。这可以延长在下一个帧之后的较深睡眠的时段。例如在图1D中，可以在第三帧之后立即开始第四帧，而不是等待逝去整整两个帧时间，因为在这两个帧之间不存在足够的时间来进入较深睡眠。
图2中示出的功率节约序列10可以使用上述实施例中的一个或多个。它可以实现在软件、固件和/或硬件中。在软件和固件实施例中，它可以通过存储在诸如磁、光学或半导体存储设备的一个或多个非暂态计算机可读介质中的计算机执行的指令实现。
在中央处理单元和/或图形处理单元中，序列10通过渲染帧(方框11)开始，并且然后访问限制帧时间，如在方框12中指示的。然后，如在方框14中指示的，可以选择能量节约模式。例如，在一个实施例中，不同的节约模式可以由结合图1B、1C和1D说明的技术表示。如果如在菱形16中确定地选择了对应于图1B的模式A，则如在方框18中指示的，可以使该处理在空闲时间进入较深睡眠。如果如在菱形16中确定地没有选择模式A，则在菱形20处的检查确定是否选择了对应于图1C的模式B。如果为是，则如在方框22中指示的，在较长时间内使用较少功率。最终如果既没有选择模式A也没有选择模式B，则如在方框24中指示的，假定选择了对应于图1D的模式C。在这种情形下，在较少时间内使用较多功率，并且然后会在较深空闲功率状态中花费较多时间。如果不存在空闲时间，则不应该选择功率节约方法。
图3说明了系统700的实施例。在该实施例中，系统700可以是媒体系统，尽管系统700并不局限于这一环境。例如，可以将系统700结合到个人计算机(PC)、膝上型电脑、超级膝上型电脑、平板电脑、触摸板、便携式计算机、手持计算机、掌上电脑、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话、组合蜂窝电话/PDA、电视、智能设备(例如，智能电话、智能平板或智能电视)、移动互联网设备(MID)、消息传送设备、数据通信设备等等。
在实施例中，系统700包括耦接到显示器720的平台702。平台702可以从诸如内容服务设备730或内容递送设备740或其它类似的内容源的内容设备接收内容。包括一个或多个导航特征的导航控制器750可以用于例如与平台702和/或显示器720进行交互。下面更加详细地描述这些部件中的每一个。
在实施例中，平台702可以包括芯片集705、处理器710、存储器712、存储714、图形子系统715、应用716和/或无线电718的任意组合。芯片集705可以在处理器710、存储器712、存储714、图形子系统715、应用716和/或无线电718之间提供相互通信。例如，芯片集705可以包括能够提供与存储714的相互通信的存储适配器(未示出)。
处理器710可以被实现为复杂指令集计算机(CISC)或精简指令集计算机(RISC)处理器、x86指令集兼容的处理器、多核、或任何其它的微处理器或中央处理单元(CPU)。在实施例中，处理器710可以包括双核处理器、双核移动处理器等等。该处理器可以与存储器712一起实现图2的序列。
存储器712可以被实现为易失性存储器设备，例如但不局限于，随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)或静态RAM(SRAM)。
存储714可以被实现为非易失性存储设备，例如但不局限于，磁盘驱动、光盘驱动、磁带驱动、内部存储设备、附接的存储设备、闪存、电池备份SDRAM(同步DRAM)和/或网络可访问存储设备。在实施例中，当例如包括多个硬驱时，存储714可以包括用于增加对于有价值的数字媒体的存储性能增强保护的技术。
图形子系统715可以执行诸如静止或视频的图像的处理用于显示。图形子系统715可以例如是图形处理单元(GPU)或视觉处理单元(VPU)。模拟或数字接口可以用于可通信地耦接图形子系统715和显示器720。例如，该接口可以是任意的高清多媒体接口、显示端口、无线HDMI和/或无线HD兼容技术。图形子系统715可以被集成到处理器710或芯片集705中。图形子系统715可以是可通信地耦接到芯片集705的独立的卡。
本文描述的图形和/或视频处理技术可以被实现在各种硬件架构中。例如，图形和/或视频功能可以被集成在芯片集内。可替换地，可以使用分立的图形和/或视频处理器。作为再一实施例，该图形和/或视频功能可以由包括多核处理器的通用处理器实现。在进一步的实施例中，该功能可以被实现在消费类电子设备中。
无线电718可以包括能够使用各种适合的无线通信技术来发射和接收信号的一个或多个无线电。这样的技术可以涉及一个或多个无线网络之间的通信。示例性无线网络包括(但不局限于)无线局域网(WLAN)、无线个域网(WPAN)、无线城域网(WMAN)、蜂窝网络和卫星网络。在这样的网络上的通信中，无线电718可以根据任何版本的一个或多个适用标准进行操作。
在实施例中，显示器720可以包括任何电视类型监视器或显示器。显示器720可以例如包括计算机显示屏、触摸屏显示器、视频监视器、类似电视的设备和/或电视。显示器720可以是数字和/或模拟的。在实施例中，显示器720可以是全息显示器。并且，显示器720可以是可以接收视觉投影的透明表面。这样的投影可以传送各种形式的信息、图像和/或对象。例如，这样的投影可以是对于移动增强现实(MAR)应用的视觉重叠。在一个或多个软件应用716的控制下，平台702可以在显示器720上显示用户界面722。
在实施例中，内容服务设备730可以由任何国内的、国际的和/或独立的服务托管，并且因而例如经由互联网对于平台702可访问。内容服务设备730可以耦接到平台702和/或显示器720。平台702和/或内容服务设备730可以耦接到网络760以便向网络760并且从网络760通信(例如，发送和/或接收)媒体信息。内容递送设备740也可以耦接到平台702和/或显示器720。
在实施例中，内容服务设备730可以包括有线电视盒、个人计算机、网络、电话、互联网使能设备或者能够递送数字信息和/或内容的装置，以及能够经由网络760或直接地在内容提供方和平台702和/或显示器720之间单向或双向地通信内容的任何其它类似的设备。将意识到，可以经由网络760从或向系统700和内容提供方中的任何一个部件单向或双向地通信内容。内容的示例可以包括任何媒体信息，例如包括视频、音乐、医疗和游戏信息等等。
内容服务设备730接收诸如有线电视节目的内容，包括媒体信息、数字信息和/或其它内容。内容提供方的示例可以包括任何有线或卫星电视或者无线电或互联网内容提供方。所提供的示例并不意味着限制本发明的实施例。
在实施例中，平台702可以从具有一个或多个导航特征的导航控制器750接收控制信号。控制器750的导航特征可以用于例如与用户界面722进行交互。在实施例中，导航控制器750可以是指向设备，其可以是允许用户将空间(例如，连续和多维)数据输入到计算机中的计算机硬件部件(尤其是人类接口设备)。诸如图形用户接口(GUI)以及电视和监视器的许多系统允许用户使用身体姿势来控制该计算机或电视并且向该计算机或电视提供数据。
通过在显示器上显示的指针、光标、聚焦环或其它视觉指示器的移动，可以在显示器(例如，显示器720)上回应控制器750的导航特征的移动。例如，在软件应用716的控制下，可以将位于导航控制器750上的导航特征映射到例如在用户界面722上显示的虚拟导航特征。在实施例中，控制器750可以不是分离的部件，而是集成在平台702和/或显示器720中。然而，实施例不局限于本文描述或示出的元件或环境。
在实施例中，驱动器(未示出)可以包括使用户能够通过触摸按钮来即时地打开或关闭类似电视的平台702的技术，例如在被使能时的初始引导之后。当该平台被“关闭”时，程序逻辑可以允许平台702将内容流传送到媒体适配器或其它内容服务设备730或内容递送设备740。此外，芯片集705可以包括例如支持5.1环绕立体声音频和/或高清7.1环绕立体声音频的硬件和/或软件。驱动器可以包括用于集成图形平台的图形驱动器。在实施例中，该图形驱动器可以包括外围部件互联(PCI)快速图形卡。
在各种实施例中，可以集成在系统700中示出的任何一个或多个部件。例如，可以集成平台702和内容服务设备730，或者可以集成平台702和内容递送设备740，或者可以例如集成平台702、内容服务设备730和内容递送设备740。在各种实施例中，平台702和显示器720可以是集成的单元。例如，可以集成显示器720和内容服务设备730，或者可以集成显示器720和内容递送设备740。这些示例并不意在限制本发明。
在各种实施例中，系统700可以被实现为无线系统、有线系统、或者两者的组合。当被实现为无线系统时，系统700可以包括适于通过诸如一个或多个天线、发射机、接收机、收发机、放大器、滤波器、控制逻辑等等的无线共享介质进行通信的部件和接口。无线共享介质的示例可以包括诸如RF频谱等等的无线频谱的部分。当被实现为有线系统时，系统700可以包括适于通过有线通信介质进行通信的部件和接口，例如输入/输出(I/O)适配器、使该I/O适配器与相对应的有线通信介质连接的物理连接器、网络接口卡(NIC)、磁盘控制器、视频控制器、音频控制器等等。有线通信介质的示例可以包括电线、电缆、金属引线、印刷电路板(PCB)、背板、交换光纤、半导体材料、双绞线、同轴电缆、光纤等等。
平台702可以建立一个或多个逻辑或物理信道以便通信信息。该信息可以包括媒体信息和控制信息。媒体信息可以指代表示意在用于用户的内容的任何数据。内容的示例可以例如包括源自语音会话、视频会议、流视频、电子邮件(“email”)消息、语音邮件消息、字母数字符号、图形、图像、视频、文本等等的数据。源自语音会话的数据可以例如是语音信息、静默时段、背景噪音、舒适噪音、音调等等。控制信息可以指代表示意在用于自动化系统的命令、指令或控制字的任何数据。例如，控制信息可以用于将媒体信息路由经过系统、或者指示节点按照预定的方式来处理该媒体信息。然而，这些实施例并不局限于在图3中示出或描述的元件或环境。
如上所述，系统700可以体现在各种物理风格和形状因子中。图4示出了其中可以体现系统700的小形状因子设备800的实施例。在实施例中，例如，设备800可以被实现为具有无线能力的移动计算设备。移动计算设备可以指代具有处理系统和例如以一个或多个电池为例的移动功率源或电源的任何设备。
如上所述，移动计算设备的示例可以包括个人计算机(PC)、膝上型计算机、超级膝上型计算机、平板电脑、触摸板、便携式计算机、手持电脑、掌上电脑、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话、组合蜂窝电话/PDA、电视、智能设备(例如，智能电话、智能平板电脑或智能电视)、移动互联网设备(MID)、消息传送设备、数据通信设备等等。
移动计算设备的示例也可以包括布置为由人穿戴的计算机，例如，腕上电脑、手指电脑、指环电脑、眼镜电脑、带夹电脑、臂带电脑、鞋子电脑、衣服电脑、以及其它可穿戴电脑。在实施例中，例如，移动计算设备可以被实现为能够执行计算机应用、以及语音通信和/或数据通信的智能电话。尽管通过示例的方式结合被实现为智能电话的移动计算设备描述了一些实施例，但是可以意识到，也可以使用其它无线移动计算设备来实现其它实施例。该实施例不局限于这一环境。
在一些实施例中，处理器710可以与相机722和全球定位系统传感器720进行通信。在软件和/或固件实施例中，耦接到处理器710的存储器712可以存储用于实现图2中示出的序列的计算机可读指令。
如图4所示，设备800可以包括壳体802、显示器804、输入/输出(I/O)设备806以及天线808。设备800也可以包含导航特征812。显示器804可以包括用于显示适合于移动计算设备的信息的任何合适的显示单元。I/O设备806可以包括用于将信息输入到移动计算设备中的任何合适的I/O设备。I/O设备806的示例可以包括字母数字键盘、数字小键盘、触摸板、输入键、按钮、开关、摇杆开关、麦克风、扬声器、语音识别设备和软件等等。可以通过麦克风的方式将信息输入到设备800中。这样的信息可以通过语音识别设备进行数字化。这些实施例并不局限于这一环境。
可以使用硬件元件、软件元件或两者的组合来实现各个实施例。硬件元件的示例可以包括处理器、微处理器、电路、电路元件(例如，晶体管、电阻器、电容器、电感器等等)、集成电路、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、逻辑门、寄存器、半导体设备、芯片、微芯片、芯片集等等。软件的示例可以包括软件部件、程序、应用、计算机程序、应用程序、系统程序、机器程序、操作系统软件、中间件、固件、软件模块、例程、子例程、函数、方法、过程、软件接口、应用程序接口(API)、指令集、计算代码、计算机代码、代码段、计算机代码段、字、值、符号、或者它们的任意组合。确定实施例是否是使用硬件元件和/或软件元件实现可以根据任意数量的因素而改变，例如期望的计算速率、功率水平、耐热性、处理周期预算、输入数据速率、输出数据速率、存储器资源、数据总线速度和其它设计或性能约束。
本文描述的图形处理技术可以被实现在各种硬件架构中。例如，图形功能可以被集成在芯片集中。可替换地，可以使用分立的图形处理器。作为另一实施例，该图形功能可以通过包括多核处理器的通用处理器实现。
在整个说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在包含在本发明内的至少一个实现中。因而，短语“一个实施例”或“在实施例中”的出现不必指代相同的实施例。而且，可以按照除了所说明的特定实施例之外的其它适合的形式来建立该特定特征、结构或特性，并且所有这样的形式都可以被包含在本发明的权利要求中。
尽管关于有限数量的实施例描述了本发明，但是本领域的普通技术人员将意识到根据其的各种修改和变形。所附权利要求意在覆盖落入本发明的真实精神和范围内的所有这样的修改和变形。

Claims (25)

1.一种计算机执行的方法，包括：
获得关于图形帧处理时间的信息；并且
通过选择第一帧的至少两个睡眠功耗状态中的较低一个以及第二帧的至少两个睡眠功耗状态中的较高一个，使用所述信息来降低处理器功耗，其中，所述第一帧的处理时间小于所述第二帧的处理时间。
2.如权利要求1所述的方法，包括获得关于限制帧时间的信息。
3.如权利要求1所述的方法，包括每帧在至少两种不同的功耗降低技术之间进行选择。
4.如权利要求1所述的方法，包括通过降低在已经完成关于一个帧的渲染之后并且在开始下一个帧的渲染之前的空闲功耗来降低功耗。
5.如权利要求1所述的方法，包括通过增加帧处理时间和降低帧空闲时间来降低功耗。
6.如权利要求1所述的方法，包括通过降低帧处理时间和增加帧空闲时间来降低功耗。
7.如权利要求6所述的方法，包括在所增加的帧空闲时间期间降低功耗。
8.如权利要求1所述的方法，包括降低时钟频率。
9.如权利要求1所述的方法，包括降低中央处理单元功耗。
10.如权利要求1所述的方法，包括降低图形处理单元功耗。
11.一种计算机执行的装置，包括：
用于获得关于图形帧处理时间的信息的单元；并且
用于通过选择第一帧的至少两个睡眠功耗状态中的较低一个以及第二帧的至少两个睡眠功耗状态中的较高一个，使用所述信息来降低处理器功耗的单元，其中，所述第一帧的处理时间小于所述第二帧的处理时间。
12.如权利要求11所述的装置，包括用于获得关于限制帧时间的信息的单元。
13.如权利要求11所述的装置，包括用于每帧在至少两种不同的功耗降低技术之间进行选择的单元。
14.如权利要求11所述的装置，包括用于通过降低在已经完成关于一个帧的渲染之后并且在开始下一个帧的渲染之前的空闲功耗来降低功耗的单元。
15.如权利要求11所述的装置，包括用于通过增加帧处理时间和降低帧空闲时间来降低功耗的单元。
16.如权利要求11所述的装置，包括用于通过降低帧处理时间和增加帧空闲时间来降低功耗的单元。
17.如权利要求16所述的装置，包括用于在所增加的帧空闲时间期间降低功耗的单元。
18.如权利要求11所述的装置，包括用于降低时钟频率的单元。
19.如权利要求11所述的装置，包括用于降低图形处理单元功耗的单元。
20.一种装置，包括：
处理单元，用于获得关于图形帧处理时间的信息，并且用于通过选择第一帧的至少两个睡眠功耗状态中的较低一个以及第二帧的至少两个睡眠功耗状态中的较高一个，使用所述信息来降低处理器功耗，其中，所述第一帧的处理时间小于所述第二帧的处理时间；以及
存储单元，耦接到所述处理单元。
21.如权利要求20所述的装置，包括所述处理单元用于获得关于限制帧时间的信息。
22.如权利要求20所述的装置，包括所述处理单元用于每帧在至少两种不同的功耗降低技术之间进行选择。
23.如权利要求20所述的装置，包括所述处理单元用于通过降低在已经完成关于一个帧的渲染之后并且在开始下一个帧的渲染之前的空闲功耗来降低功耗。
24.如权利要求20所述的装置，包括所述处理单元用于通过增加帧处理时间和降低帧空闲时间来降低功耗。
25.如权利要求20所述的装置，包括所述处理单元通过降低帧处理时间和增加帧空闲时间来降低功耗。
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