CN104246651A - 平台中的动态功率限值共享 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于在平台中的各模块当中的动态功率限值共享的方法和装置。在本发明的一种实施例中，该平台包括处理器和存储器模块。通过把功率域扩展为包括处理器和存储器模块，允许在处理器和存储器模块之间的动态共享平台的功率预算。对于低带宽工作负载，功率预算的动态共享给处理器提供了通过使用存储器功率中的余量来增加其频率的重要机会，且反之亦然。在本发明的一种实施例中，对于相同的总平台功率预算，这允许更高的峰值性能。

Description

平台中的动态功率限值共享

发明领域

本公开内容涉及平台，以及在其上执行的代码，并且具体地而非排他地涉及在平台中的各模块当中的动态功率限值共享。

背景描述

传统上，已经由平台提供了对中央处理单元(CPU)的功率限值。随着集成存储器控制器的出现，CPU或处理器也控制平台中的存储器模块的功耗。在基于微处理器的平台中，平台中的存储器模块的功耗可以构成平台所消耗的总功率的重要部分。

在许多平台中，在分配总的平台功率预算时，处理器和存储器模块被看作是独立的功率域。在确定诸如平台额定值等的总的平台预算时，每一域被设置成实际的最大值，这不是最坏的情景。因而，存在处理器所遵守的处理器功率限值和存储器模块所遵守的存储器功率限值。

在存储器模块和处理器均具有独立的功率预算或限值时，它限值了用于低带宽工作负载的平台或系统的性能。

附图简述

从本主题的下列详细描述中将明显看出本发明的各实施例的特征和优点，其中：

图1阐释根据本发明的一种实施例的平台的框图；

图2阐释根据本发明的一种实施例在平台中允许动态功率限值共享的操作；以及

图3阐释根据本发明的一种实施例实现在此公开的方法的系统。

详细描述

作为示例而非限制地在附图中示出在此描述的本发明的实施例。为说明简单和清楚起见，图形中所示出的元件不一定是按比例绘制的。例如，为了清楚起见，某些元件的尺寸可以相对于其他元件而放大。更进一步地，在认为适当时，附图标记在附图中被重复以指示相应或相似要素。在本说明书中对本发明的“一个实施例”或“一种实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一种实施例中。在本说明书各处出现的短语“在一种实施例中”并不一定均指代同一实施例。

本发明的各实施例提供用于在平台中的各模块当中的动态功率限值共享的方法和装置。该平台包括但不限于台式计算机、平板计算机、膝上型计算机、上网本、笔记本计算机、个人数字助理(PDA)、平板、服务器、工作站、蜂窝式电话、移动计算设备、智能电话、因特网家电或任何其他的计算设备。

在本发明的一种实施例中，该平台包括处理器和存储器模块。通过把功率域扩展为包括处理器和存储器模块，允许在处理器和存储器模块之间动态共享对平台的限值或功率预算。对于低带宽工作负载，功率预算的动态共享给处理器提供了通过使用存储器功率中的余量来增加其频率的重要机会，且反之亦然。在本发明的一种实施例中，对于相同的总平台功率预算，这允许更高的峰值性能。

在本发明的另一实施例中，该平台包括其他逻辑模块，且该平台允许在逻辑模块当中动态共享功率限值。逻辑模块包括但不限于处理器、协处理器、数字信号处理器、图形处理单元(GPU)、存储器模块和其中可以估计模块的功耗的其他模块。

图1 100阐释根据本发明的一种实施例的平台的框图。在本发明的一种实施例中，该平台包括处理器112、存储器模块1 122、存储器模块2 124、存储器模块n 126、GPU 132和其他逻辑模块142。存储器模块n 126阐释处理器可以与任何数量的存储器模块耦合，且其他模块142阐释该平台可以具有与处理器112耦合的其他逻辑模块。

在本发明的一种实施例中，平台中的每一模块具有其自己的功率域。例如，在本发明的一种实施例中，处理器112由处理器功率域110供电，存储器模块1 122、存储器模块2 124、存储器模块n 126由存储器功率域120供电，GPU 132由GPU功率域130供电，且其他逻辑模块142由其他逻辑功率域140供电。

为了允许在平台中的各模块当中动态共享功率限值，在本发明的一种实施例中，该平台创建组合平台功率域150。在本发明的一种实施例中，该平台的各模块遵守组合平台功率域150中设置的功率限值，但对每一模块的各种约束可以是不严格的。通过这样做，在本发明的一种实施例中，它允许在平台中的各模块当中的动态功率共享。

进一步，借助于组合平台功率域150的一种限值，在本发明的一种实施例中，仅需要为平台添加一个保护带(guard band)，并且，该保护带允许用于该平台中的各模块中的每一个的功耗的最小保护带要求。这是因为该平台中的各模块动态地共享组合平台功率域150的功耗限值。

例如，在处理器正在执行低带宽任务且存储器模块不要求高的存储器带宽利用率时，动态地增加处理器的功率限值，同时减少存储器模块的功率限值，以使得仍然遵守组合平台功率域的功率预算。这允许处理器以较高功率限值执行得较快，同时减少了存储器模块的功率。

在本发明的一种实施例中，组合平台功率域150允许平台应对功率敏感的环境，在功率敏感的环境中，需要维持总体功率预算或限值需要，同时允许每一模块以高效的方式执行。

在本发明的一种实施例中，该平台具有存储组合平台功率域150的可编程的限值的寄存器以及设置施加该限值的可编程的平台域时间窗口的另一寄存器。在本发明的一种实施例中，除了该平台中的各模块的现有限值之外，还创建组合平台功率域150的限值。在本发明的另一实施例中，组合平台功率域150的限值代替该平台中的各模块的功率限值。

在本发明的一种实施例中，该平台具有通过改变该平台中的各模块的功耗来施加对组合平台功率域150的限值的逻辑。例如，在本发明的一种实施例中，该平台执行诸如基于处理器的固件等的逻辑以便施加组合平台功率域150的限值。基于处理器的固件动态地改变每一模块的行为，以使得模块保持在组合平台功率域150的限值内。

例如，在本发明的一种实施例中，为了改变处理器112的功耗，该平台中的逻辑改变处理器112的一个或多个参数，这些参数包括但不限于电压输入、频率、指令的吞吐量和影响处理器112的功耗的任何其他参数。在本发明的一种实施例中，为了降低处理器112的功耗，该平台中的逻辑通过仅使用较低精度运算单元将该执行代码或指令切换到要求较少功率的较低执行代码，但要求更多迭代来构建精度。

例如，在本发明的另一实施例中，为了改变存储器模块1 122、存储器模块2124、存储器模块n 126的功耗，该平台改变存储器模块1 122、存储器模块2 124、存储器模块n 126的一个或多个参数，这些参数包括但不限于电压输入、频率、读指令的数量、写指令的数量、带宽节流和影响存储器模块1 122、存储器模块2 124、存储器模块n 126的功耗的任何其他参数。相关领域中的普通技术人员将容易地明白如何使用其他技术来改变各模块的功耗，且在不影响本发明的工作的前提下可以使用这些其他技术。

在本发明的一种实施例中，该平台控制器160设置每一域的功率限值并将它们传输给处理器112。在本发明的一种实施例中，该平台控制器160是诸如主板管理控制器(BMC)或通过专用硬件接口连接的管理引擎(ME)等的硬件设备。在本发明的另一实施例中，该平台控制器160是诸如负责平台功率管理的节点管理器等的软件实体。在本发明的又一实施例中，该平台控制器160与处理器112集成在一起。

在本发明的一种实施例中，该平台具有诸如基于处理器的固件(P代码)等的逻辑，以便观察在平台域时间窗口内该平台中的各模块的平均功耗。例如，在本发明的一种实施例中，该平台分析或确定在平台域时间窗口内的平均处理器和存储器功耗，并调整处理器112和存储器模块1 122、存储器模块2 124、存储器模块n 126的功耗，以便施加各个处理器和存储器功率限值和/或组合平台功率域150的限值两者。

在模块具有多个功耗限值时，该平台施加最低的可用限值。例如，在本发明的一种实施例中，如果平均处理器功耗在平台域时间窗口内超过了处理器功率限值，则减少处理器112的电压/频率。类似地，如果平均存储器功耗超过了存储器功率限值，则可以把处理器中的存储器控制器设置为节流存储器。

另外，如果平均平台功耗超过组合平台功率域150的限值，则该平台选择功率消耗最大的模块来减少其功耗，以使得满足组合平台功率域150的限值。例如，该平台可以选择处理器112并减少其电压/频率，这是因为它是用于减少平台的功率的性能高效的机制。如果处理器112被设置为消耗最少功率的较低的工作点但不满足组合平台功率域150的限值，则该平台选择另一模块来节流其功耗，以便满足组合平台功率域150的限值。例如，如果不满足组合平台功率域150的限值，则该平台可以选择GPU 132以便节流。

在本发明的一种实施例中，基于处理器的固件具有对该平台中的各模块的功率测量值访问权。这允许确定每一模块的平均功耗并检查所设置的阈值。例如，在本发明的一种实施例中，该平台可以访问从各模块的关联数字电压调节器取出的读数。在本发明的另一实施例中，该平台可以使用性能计数器来估计每一模块所消耗的功率。相关领域中的普通技术人员将容易地明白如何使用确定该平台中的每一模块的功耗的其他技术，且可以在不影响本发明的工作的前提下使用这些其他技术。

图2阐释根据本发明的一种实施例允许平台中的动态功率限值共享的操作。为了阐释的清晰起见，参考图1讨论图2。为便于阐释，图2中所阐释的操作适用于带有处理器功率域110和存储器功率域120的平台。相关领域中的普通技术人员将容易地明白如何扩展带有更多模块的平台的操作，且在此将不再描述。

在步骤210中，把目标处理器功率(目标_CPU_功率)设置成在组合平台功率预算105(平台预算)和平均存储器功耗(存储器_功率)之间的差。在本发明的一种实施例中，在平台域窗口时间限值内计算平均存储器功耗。

步骤210允许平台在处理器和存储器模块之间动态地共享功率预算。例如，在本发明的一种实施例中，在存储器模块的平均功耗低时，给予处理器较高的目标处理器功率。类似地，在存储器模块的平均功耗高时，给予处理器较低的目标处理器功率。

在步骤220中，操作200检查目标处理器功率是否大于最小允许处理器功率。在本发明的一种实施例中，最小允许处理器功率是处理器的最低允许额定功率。如果在步骤220中目标处理器功率大于最小允许处理器功率，则在步骤232中把处理器功率限值设置成目标处理器功率。在步骤234，操作200禁用存储器的节流且操作200回到步骤210。

如果在步骤220中目标处理器功率不大于或等于最小允许处理器功率，则在步骤242中把目标存储器功率限值(目标_存储器_功率)设置成在组合平台功率预算105和最小允许处理器功率之间的差。在步骤244中，操作200允许存储器的节流，以便满足目标存储器功率限值。在步骤246中，操作220把处理器功率限值设置成最小允许处理器功率，且操作200回到步骤210。

图3阐释根据本发明的一种实施例实现在此公开的方法的系统或平台300。系统300包括但不限于台式计算机、平板计算机、膝上型计算机、上网本、笔记本计算机、个人数字助理(PDA)、服务器、工作站、蜂窝式电话、移动计算设备、智能电话、因特网家电或任何其他的计算设备。在另一实施例中，用来实现在此公开的方法的系统300可以是片上系统(SOC)系统。

处理器310具有用于执行系统300的指令的处理核心312。处理核心312包括用于取出指令的取指逻辑、用于解码指令的解码逻辑、用于执行指令的执行逻辑等。处理器310具有用于高速缓存系统300的指令和/或数据的高速缓存存储器316。在本发明的另一实施例中，高速缓存存储器316包括但不限于一级、二级和三级高速缓存存储器、或者处理器310内的任何其他配置的高速缓存存储器。

存储器控制中枢(MCH)314执行使得处理器310具有访问包括易失性存储器330和/或非易失性存储器332的存储器334并与之进行通信的功能。易失性存储器332包括但不限于同步动态随机存取存储器(SDRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、RAMBUS动态随机存取存储器(RDRAM)和/或任何其他的随机存取存储器设备。非易失性存储器334包括但不限于NAND闪速存储器相变存储器(PCM)只读存储器(ROM)电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或任何其他的非易失性存储器设备。

存储器330存储将由处理器310执行的信息和指令。存储器330还可在处理器310执行指令的同时存储临时变量或其他中间信息。芯片组320经由点对点(PtP)接口317和322与处理器310连接。芯片组320允许处理器310连接到系统300中的其他模块。在本发明的另一实施例中，芯片组320是平台控制器中枢(PCH)。在本发明的一种实施例中，接口317和322根据诸如英特尔快速通道互连(QPI)等等的PtP通信协议操作。芯片组320连接到GPU或显示设备340，显示设备340包括但不限于液晶显示器(LCD)、阴极射线管(CRT)显示器或任何其他形式的视觉显示设备。在本发明的另一实施例中，GPU 340不连接到芯片组320并且是处理器310的一部分(未示出)。

另外，芯片组320连接到互连各种模块374、380、382、384和386的一个或多个总线350和360。总线350和360可以经由总线桥372互连在一起，如果总线速度或通信协议中存在失配。芯片组320与以下耦合但不限于此：非易失性存储器380、(多个)大容量存储设备382、键盘/鼠标384和网络接口386。大容量存储设备382包括但不限于固态驱动、硬盘驱动器、通用串行总线闪速存储器驱动器、或任何其他形式的计算机数据存储介质。使用任何的公知的网络接口标准来实现网络接口386，这些网络接口标准包括但不限于以太网接口、通用串行总线(USB)接口、高速外围组件互连(PCI)接口、无线接口和/或任何其他合适的接口。无线接口根据以下协议操作但不限于此：IEEE 802.11标准及其相关系列、家庭插头AV(HPAV)、超宽带(UWB)、蓝牙、WiMax或任何形式的无线通信协议。

虽然图3中所示的模块被描绘为系统300内的不同框，但是这些框中的一些框所执行的功能可被集成在单个半导体电路内，或者可使用两个或更多个不同的集成电路来实现。在本发明的另一实施例中，系统300可以包括多于一个的处理器/处理核心。

本文中公开的方法可用硬件、软件、固件或其任何其他组合来实现。尽管描述了所公开的主题的实施例的示例，但是相关领域技术人员将容易理解，可替代地使用实现所公开的主题的许多其他方法。在前述描述中，已描述了所公开的主题的各个方面。出于解释的目的，陈述了特定的数量、系统和配置，以便提供对本主题的提供透彻理解。然而，受益于本公开内容的相关领域中的技术人员明显看出，无需特定细节就可以实现本主题。在其他实例中，可以省略、简化、组合或拆分公知的特征、组件或模块，以免模糊所公开的本主题。

在此使用的术语“可操作”意味着设备、系统、协议等等在设备或系统处于掉电状态下能操作或适于操作其所需功能。所公开的本主题的各种实施例可以以硬件、固件、软件或其组合来实现，并且可通过参考或结合诸如指令、功能、过程、数据结构、逻辑、应用程序、模拟的设计表示或格式、仿真和设计制造之类的程序代码来描述，这些代码在由机器访问时导致机器执行任务、定义抽象数据类型或低级硬件上下文、或产生结果。

附图中所示的技术可以是通过使用存储在诸如通用计算机或计算设备上并在其上执行的代码和数据来实现的。这样的计算设备通过使用诸如机器可读存储介质(例如，磁盘；光盘；随机存取存储器；只读存储器；闪存设备；相变存储器)之类的机器可读介质和机器可读通信介质(例如，电、光、声或其它形式的传播信号，例如载波、红外信号、数字信号等)来存储和传达(内部地以及通过网络与其他计算设备)代码和数据。

尽管已经参考说明性实施例描述了所公开的本主题，但不打算以限制的含义解释本说明书。所公开的本主题涉及的领域中的技术人员明显看出的对说明性实施例以及本主题的其他实施例的各种修改被认为是落在所公开的本主题的范围内。

Claims (26)

1.一种处理器，包括：

逻辑，所述逻辑用于：

确定平台的功率预算，其中，所述平台包括所述处理器和存储器模块；以及

基于所述平台的所述功率预算，动态地设置所述处理器的功率限值和所述存储器模块的另一功率限值。

2.如权利要求1所述的处理器，其特征在于，所述逻辑进一步确定施加所述平台的所述功率预算的时间段，且其中，基于所述平台的所述功率预算动态地设置所述处理器的所述功率限值和所述存储器模块的所述另一功率限值的所述逻辑在所述时间段的持续时间内基于所述平台的所述功率预算动态地设置所述处理器的所述功率限值和所述存储器模块的所述另一功率限值。

3.如权利要求1所述的处理器，其特征在于，基于所述平台的所述功率预算动态地设置所述处理器的所述功率限值和所述存储器模块的所述另一功率限值的所述逻辑用于：

分析所述处理器的平均功耗，以便确定所述处理器的所述功率限值；以及

分析所述存储器模块的另一平均功耗，以便确定所述存储器模块的所述另一功率限值。

4.如权利要求3所述的所述处理器，其特征在于，分析所述处理器的所述平均功耗以便确定所述处理器的所述功率限值的所述逻辑：

执行以下中的一种或多种：确定所述处理器的停止计数的数量，以及确定由所述处理器执行的工作负载的特性。

5.如权利要求3所述的所述处理器，其特征在于，分析所述存储器模块的所述平均功耗以便确定所述存储器模块的所述另一功率限值的所述逻辑判断所述存储器模块的存储器带宽利用率。

6.如权利要求1所述的处理器，其特征在于，所述逻辑进一步：

基于所述动态地设置的所述处理器的功率限值，调整所述处理器的操作；以及

基于所述另一动态地设置的所述存储器模块的功率限值，调整所述存储器模块的操作。

7.如权利要求6所述的所述处理器，其特征在于，基于所述动态地设置的所述处理器的功率限值调整所述处理器的操作的所述逻辑用于：

调整以下中的一种或多种：所述处理器的电压、频率、指令吞吐量和执行代码的性能水平，以便满足所述动态地设置的所述处理器的功率限值。

8.如权利要求6所述的所述处理器，其特征在于，基于所述另一动态地设置的所述存储器模块的功率限值调整所述存储器模块的操作的所述逻辑用于：

调整以下中的一种或多种：所述存储器模块的读操作、写操作和电压，以便满足所述动态地设置的所述存储器模块的功率限值。

9.一种系统，包括：

逻辑模块；

与所述逻辑模块耦合的处理器，所述处理器用于：

接收系统的功率预算；以及

基于所述平台的所述功率预算，动态地设置所述处理器的功率限值和所述逻辑模块的另一功率限值。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述处理器进一步确定施加所述系统的所述功率预算的时间段，且其中，基于所述系统的所述功率预算动态地设置所述处理器的所述功率限值和所述逻辑模块的所述另一功率限值的所述处理器在所述时间段的持续时间内基于所述系统的所述功率预算动态地设置所述处理器的所述功率限值和所述逻辑模块的所述另一功率限值。

11.如权利要求9所述的系统，其特征在于，基于所述系统的所述功率预算动态地设置所述处理器的所述功率限值和所述逻辑模块的所述另一功率限值的所述处理器用于：

分析所述处理器的平均功耗，以便确定所述处理器的所述功率限值；以及

分析所述逻辑模块的另一平均功耗，以便确定所述存储器模块的所述另一功率限值。

12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，分析所述处理器的所述平均功耗，以便确定所述处理器的所述功率限值的所述处理器用于：

执行以下中的一种或多种：确定所述处理器的停止计数的数量，以及确定由所述处理器执行的工作负载的特性。

13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，分析所述逻辑模块的所述平均功耗，以便确定所述逻辑模块的所述另一功率限值的所述处理器确定所述逻辑模块的带宽利用率。

14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，基于所述系统的所述功率预算动态地设置所述处理器的所述功率限值和所述逻辑模块的所述另一功率限值的所述处理器用于：

把目标处理器功率设置成所述功率预算和所述逻辑模块的所述平均功耗之差；以及

判断所述目标处理器功率是否大于所述处理器的最小允许功耗。

15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述处理器进一步：

响应于所述目标处理器功率大于所述处理器的所述最小允许功耗的判断，把所述处理器的所述功率限值设置成所述目标处理器功率；以及

禁用所述逻辑模块的任何节流。

16.如权利要求14所述的系统，其特征在于，响应于所述目标处理器功率不大于所述处理器的所述最小允许功耗的判断，所述处理器用于：

把目标逻辑模块功率设置成所述功率预算和所述处理器的所述最小允许功耗之差；

允许所述逻辑模块的节流，以便满足所述目标逻辑模块功率；以及

把所述处理器的所述功率限值设置成所述处理器的所述最小允许功耗。

17.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述逻辑模块包括以下中的一种：存储器模块、图形处理器单元(GPU)和协处理器。

18.一种方法，包括：

确定平台的功率预算，其中，所述平台包括所述处理器和一个存储器模块；以及

基于所述平台的所述功率预算，动态地设置所述处理器的功率限值和所述逻辑模块的另一功率限值。

19.如权利要求18所述的方法，进一步包括确定施加所述平台的所述功率预算的时间段，且其中，基于所述平台的所述功率预算动态地设置所述处理器的所述功率限值和所述逻辑模块的所述另一功率限值包括在所述时间段的持续时间内基于所述平台的所述功率预算动态地设置所述处理器的所述功率限值和所述逻辑模块的所述另一功率限值。

20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，基于所述平台的所述功率预算动态地设置所述处理器的所述功率限值和所述逻辑模块的所述另一功率限值包括：

分析所述处理器的平均功耗，以便确定所述处理器的所述功率限值；以及

分析所述逻辑模块的另一平均功耗，以便确定所述存储器模块的所述另一功率限值。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，分析所述处理器的所述平均功耗以便确定所述处理器的所述功率限值包括执行以下中的一种或多种：确定所述处理器的停止计数的数量，以及确定由所述处理器执行的工作负载的特性，且其中，分析所述逻辑模块的所述平均功耗以便确定所述逻辑模块的所述另一功率限值包括确定所述逻辑模块的带宽利用率。

22.如权利要求18所述的方法，进一步包括：

基于所述动态地设置的所述处理器的功率限值，调整所述处理器的操作；以及

基于所述逻辑模块的所述另一动态地设置的功率限值，调整所述逻辑模块的操作。

23.如权利要求18所述的方法，其特征在于，基于所述系统的所述功率预算动态地设置所述处理器的所述功率限值和所述逻辑模块的所述另一功率限值包括：

把目标处理器功率设置成所述功率预算和所述逻辑模块的所述平均功耗之差；以及

判断所述目标处理器功率是否大于所述处理器的最小允许功耗。

24.如权利要求23所述的方法，进一步包括：

响应于所述目标处理器功率大于所述处理器的所述最小允许功耗的判断，把所述处理器的所述功率限值设置成所述目标处理器功率；以及

禁用所述逻辑模块的任何节流。

25.如权利要求23所述的方法，其特征在于，响应于所述目标处理器功率不大于所述处理器的所述最小允许功耗的判断，所述方法进一步包括：

把目标逻辑模块功率设置成所述功率预算和所述处理器的所述最小允许功耗之差；

允许所述逻辑模块的节流，以便满足所述目标逻辑模块功率；以及

把所述处理器的所述功率限值设置成所述处理器的所述最小允许功耗。

26.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述逻辑模块包括以下中的一种：存储器模块、图形处理器单元(GPU)和协处理器。