CN104798004B

CN104798004B - 根据功率平衡控制偏置，跨多个处理器域的动态功率平衡

Info

Publication number: CN104798004B
Application number: CN201380060958.3A
Authority: CN
Inventors: J·J·谢拉; J·D·施瓦茨; S·H·冈瑟
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2018-01-19
Anticipated expiration: 2033-06-28
Also published as: US9235252B2; WO2014099024A1; DE112013005278T5; CN104798004A; US20140181545A1

Abstract

在一个实施例中，处理器包括多个域，其中包括具有执行指令的至少一个核的核域，以及包括执行图形操作的至少一个图形引擎的图形域，以及控制处理器的功率消耗的功率控制器。功率控制器可包括接收域的优先级域的指示并基于功率极限、一个或多个最大域频率请求以及优先级域指示，向域动态地分配功率的逻辑。描述并要求保护其他实施例。

Description

根据功率平衡控制偏置，跨多个处理器域的动态功率平衡

背景

半导体处理和逻辑设计的进步可使集成电路设备上可以存在的逻辑量增大。结果，计算机系统配置从系统中的单一或多个集成电路发展到单个集成电路上的多个硬件线程、多个核、多个设备和/或完整的系统。另外，随着集成电路的密度增长，计算系统(从嵌入式系统到服务器)的功率要求也逐步升高。此外，软件低效率以及其对硬件的要求也导致计算设备能源消耗的增大。事实上，某些研究指出，计算设备消耗诸如美国之类的国家的全部电力供应的相当大的百分比。结果，迫切需要与集成电路相关联的能量效率和节省。随着服务器、台式计算机、笔记本、超极本^TM、平板电脑、移动电话、处理器、嵌入式系统等等变得越来越流行(从包括在典型的计算机中、汽车，以及电视机到生物技术)，这些需要将增大。

在计算机平台中，处理器的电压调节器和平台电源两者都具有要被管理的峰值瞬时功率提供约束，以便确保稳定操作。在某些系统中，每一个单个电压调节器的大小都针对诸如处理器核和图形引擎之类的单个电压导轨的峰值功耗。类似地，平台电源供应的大小针对所有电压导轨的总和的峰值功率需求。然而，在实际工作负荷操作过程中，将输入功率输送系统(包括平台电源)的大小设计成能提供所有电压导轨上的峰值功率的总和对于现实的峰值功率需求而言是显著的超安全标准设计。

然而，使用固定的分配方案来向单个导轨分配功率会导致显著的性能损失，因为每一导轨上的工作负荷功率输送需求会移动。此外，在带有单一输入电压导轨和几个管芯上的集成电压导轨的处理器上，没有管理向每一个管芯上的电压导轨分配峰值功率的方便的选项。

附图简述

图1是根据本发明的一实施例的系统的一部分的框图。

图2是根据本发明的一个实施例的方法的流程图。

图3是示出了根据本发明的一个实施例的功率分配逻辑的框图。

图4是根据本发明的实施例的处理器的框图。

图5是根据本发明的另一实施例的多域处理器的框图。

图6是根据本发明的实施例的系统的框图。

具体实施方式

在各实施例中，可以在多域处理器内控制运行时、基于需求的并且瞬时的功率分配。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。另外，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。这样的处理器可包括核之外的独立域，诸如与图形引擎相关联的一个或多个域(此处被称为图形域)，以及与非核电路相关联的一个或多个域，此处被称为非核或系统代理。虽然本发明的范围在这方面不受限制，但是，代表性的域或功率面可包括核域、图形域、高速缓存域、存储器域，其中，处理器封装包括嵌入式的存储器，诸如嵌入式动态随机存取存储器(eDRAM)、互连域和系统代理域。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。

在一个实施例中，可以集成各种要素，以在处理器内最佳地应用功率分配。这些要素包括用于每一个受管理的功率面的运行时可配置的峰值功率控制接接口，用于使用性能需求和峰值功率级别，根据各种性能级别的峰值功率要求，评估性能需求估值的计算技术，以及低延迟功率分配方案。

可以提供峰值功率控制接接口，用于管理峰值功率约束，该约束是处理器将不能超出的功率消耗极限。在一个实施例中，此约束可以由软件(诸如基本输入/输出系统(BIOS)或其他主管软件)通过将峰值功率约束写入到配置寄存器中来管理。在一个实施例中，此寄存器可以是模型特定的寄存器(MSR)，约束可以以最大电流(此处被称为ICCMAX极限)表示。如此，在此实施例中，接口作为以安培为单位的最大电流汲取极限来管理。在其他实施例中，可以使用不同的参数来实现以瓦特或另一度量单位为单位的峰值功率约束。

当发生对峰值功率极限的更新时，处理器通过在最小响应延迟内将功率限定到标识的级别来作出响应。注意，平台功率输送解决方案被设计成用于此最坏情况延迟。

性能需求评估和分配中涉及各种要素。在一个实施例中，在确定性能需求时要评估的要素包括：来自操作系统(OS)或驱动程序的最大域频率请求(即，软件频率请求)；偏置控制，在一个实施例中，该偏置控制可以是软件控制的，以描述当所有功率面都被约束低于最大软件频率请求时向哪里分配或操纵功率；以及，用于评估每一个可控功率面的频率的影响的启发。

在一个实施例中，可以直接从操作系统、图形驱动程序或其他软件实体接收偏置控件或旋钮。此偏置信息可以存储在控制寄存器或其他存储器中。在一个实施例中，此寄存器可包括多个字段，每一个字段都标识具有特定优先级的域。例如，第一字段指出最高优先级域，第二字段指出次最高优先级域，以此类推。在另一个实施例中，可以提供单一字段以只指出高优先级域。在某些实施例中，诸如一个或多个嵌入式控制器之类的平台级别的实体可以基于平台级别的性能需求，向分配方案提供额外的输入。

注意，如果在当前峰值功率约束下可以满足来自软件或驱动程序的最大频率请求，则没有必要评估域的对功率的需求。然而，如果来自所有处理器电轨的功率需求的总和超出峰值功率控制接口中指出的极限，则实施例可以操作用于在所有域之间智能地分配功率。在一个实施例中，用于分配的技术如下：向所有域分配足够的功率，以确保在最小功率级别操作，然后，从被优先考虑的域开始，向该域分配剩余的封装功率预算的某些或全部(同时确保此预算不超过与最大软件请求相关联的功率级别)。

可以通过使用启发来确定特定域将从额外的频率获得多少优点的其他算法，来调节此最大软件请求。例如，一个这样的启发是分析指出用于向核域和图形域分配功率的(例如，软件实体的)偏爱的偏置值。在一个实施例中，此偏置值可以存储在功率控制器可访问的配置存储器中。在操作中，当偏置值指出图形域的性能时，此分析可以调低为核域确定的最高操作频率。如果响应于启发，向下调节软件频率请求，则为其他域释放额外的功率。最后，在考虑优先级域之后，可以将封装级别的剩余功率预算分配给剩余域。

在不同的实施例中，可以使用不同的分析和支持计算来确定峰值功率需求。为了最小化给定功率面的峰值功率需求的计算中的防护带，功率需求的要素被分段为尽可能多的逻辑块。例如，如果与高级别相比计算块在低级别活跃，或根本不活跃，则向该域收取适当的功率成本。这些计算块(可以在核或处理引擎级别，或在更细的级别，诸如特定执行逻辑)可包括检测对应于不同的活动级别的工作负荷中的变化的功能。如此，在没有首先重新评估封装级别功率分配的情况下，峰值功率需求不会变化。在一个实施例中，功率需求计算将功率面内的全部计算块的需求相加，以评估给定最高时钟频率下的净功率需求。

注意，计算块可以具有总需求的频繁的变化，如此，可以在那些转换的关键路径中管理分配解决方案。转换可以是诸如计算块唤醒或进入睡眠之类的事件，它们也可以是工作负荷指令混合的变化，诸如轻(例如，整数)操作向重(例如，矢量数学)操作。在一个实施例中，通过管理一个或多个最大功率需求表(此处也被称为功率成本表或功率分配表，其中包括标识可能在运行时变化的全部变量的条目)中的信息，最小化计算延迟。这些表可包括下列各项，对于每一个功率面的所有可能的时钟频率和电压组合：泄漏功率和动态功率。在一个实施例中，此表的每一个条目都可包括字段，用于存储泄漏功率和两个动态功率值，即，给定频率的操作的峰值功率消耗级别(对应于峰值病毒活动级别)和非峰值功耗级别。在一个实施例中，每一个计算域，可以有一个表。这些表可以进一步以简化功率计算这样的方式细分。例如，对于核域，可以提供基本功率成本表和峰值功率成本表，而对于图形域，可以提供单一表。

在一个实施例中，这些功率需求表可包括，对于每一个域和给定的频率和电压，存储泄漏功率级别和动态功率级别(在处理器的大致当前操作温度)的条目。这些表可能不经常在后台更新，在某些实施例中，更新速率比温度的变化更快，会导致对泄漏功率和动态功率的更改。可以快速地添加这样的表(例如，泄漏功率和动态功率)，以计算某一性能级别的成本。如此，可以快速地计算给定性能级别的功率输送需求，以便二进制搜索可以在诸如PCU之类的低性能处理器上在非常短的时间内完成。

除泄漏功率和动态功率评估之外，某些域级别功率需求可能来自管芯上的功率输送损耗，诸如集成的调压器中的损耗。这些损耗是总输出负载的函数，在检测到域级别需求或封装级别功率约束的变化时，在关键路径中处理功率损耗计算。尽管一个实现可用于控制核、图形，以及末级高速缓存，但是，各实施例可扩展到N个域。例如，可以在功率平衡方案中包括嵌入式存储器(例如，eDRAM)。类似地，各实施例可以扩展到整个系统，并用于跨由电池供电的所有域来平衡电流。偏压输入是双重的：(1)对峰值性能的软件请求，这包括频率请求(在核、图形，末级高速缓存的情况下)或开/关请求(在类似eDRAM之类的固定频率域的情况下)；以及，微架构计数器，及用于微调软件请求的其他启发。例如，软件可以启用eDRAM，但是，可以使用微架构计数器来确定它没有正在被使用，因此，安全地删除它，并重新平衡其功率。

现在参考图1，所示是根据本发明的实施例的系统的一部分的框图。如图1所示，系统100可以包括各种组件，包括处理器110，如图所示，该处理器110是多核处理器。处理器110可以通过外部电压调节器160耦合到电源150，调节器160可以执行第一电压转换，以向处理器110提供经初步调节的电压。

可以看出，处理器110可以是包括多个核120_a-120_n的单管芯处理器插槽。另外，每一个核还可以与单个电压调节器125_a-125_n相关联。相应地，集成的调压器允许对每一个单个核的电压进行细粒度的控制，因而对每一个单个核的功率和性能进行细粒度的控制。如此，每一个核都可以在独立电压和频率下操作，允许大灵活性，并提供用于平衡功耗与性能的广泛的机会。

仍参考图1，额外的组件可以存在于处理器内，包括输入/输出接口132、另一接口134以及集成的存储器控制器136。可以看出，这些组件中的每一个都可以由另一集成的电压调节器125_X来供电。在一个实施例中，接口132可以符合快速路径互连(QPI)协议，该协议在高速缓存一致性协议中提供点对点(PtP)链路，该高速缓存一致性协议包括多个层，包括物理层、链路层以及协议层。接口134又可以符合外围组件互连快速(PCIe^TM)规范，例如，PCI Express^TM规范基础规范版本2.0(2007年1月17日)。

还示出了功率控制单元(PCU)138，该功率控制单元(PCU)138可包括对于处理器110执行功率管理操作的硬件、软件和/或固件。在各实施例中，PCU 138可包括诸如功率分配逻辑之类的逻辑，用于根据本发明的一个实施例对处理器的不同的域执行动态实时峰值功率输送控制和基于需求的分配。此外，PCU 138还可以通过专用接口耦合到外部电压调节器160。如此，PCU 138可以指示电压调节器向处理器提供请求的被调节的电压。

尽管为便于说明未示出，但是，可以理解，额外的组件可以存在于处理器110内，诸如额外的非核逻辑、及其他组件，诸如内部存储器，例如，一个或多个级别的高速缓存存储器层次结构等等。此外，尽管在图1的实现中是利用集成的电压调节器示出的，但是，各实施例不是限制性的。

虽然参考特定集成电路(诸如在计算平台或处理器中)描述了下列实施例，但其他实施例也适用于其他类型的集成电路和逻辑设备。可以将此处所描述的各实施例的类似的技术和教示应用于也可以得益于更好的能量效率和能量节约的其他类型的电路或半导体器件。例如，所公开的各实施例不仅限于任何特定类型的计算机系统，也可以用于诸如手持式设备、片上系统(SOC)设备以及嵌入式应用之类的其他设备中。手持式设备的某些示例包括蜂窝电话、网际协议设备、数码相机、个人数字助理(PDA)以及手持式PC。嵌入式应用通常包括微控制器、数字信号处理器(DSP)、网络计算机(NetPC)、机顶盒、网络集线器、广域网(WAN)交换机，或能够执行下面教导的功能和操作的任何其他系统。此外，此处所描述的设备、方法，以及系统也不仅限于物理计算设备，但是，也可以涉及对于节能和效率的软件优化。如在下面的描述中显而易见地看出，此处所描述的方法、设备以及系统的各实施例(无论引用硬件、固件、软件或其组合)为未来的“绿色技术”所不可缺少的，诸如，用于涵盖美国经济的大部分的产品中的电能节省和能量效率。

注意，此处所描述的峰值功率控制可以独立于基于操作系统(OS)的机制，诸如高级配置和平台接口(ACPI)标准(例如，2006年10月10日发布的Rev.3.0b)，并与其互补。根据ACPI，处理器可以操作在各种性能状态或级别，即，从P0到PN。一般而言，P1性能状态可以对应于可以由OS请求的最高保证的性能状态。除此P1状态之外，OS还可以请求较高性能状态，即，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保证的最大频率(也被称为P1频率)的元频率(bin frequency)。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，C0，C1到Cn状态。当核活跃时，它在C0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)，每一个C状态都处于低功率消耗级别(以便C6是比C1更深的低功率状态，等等)。

现在参考图2，所示是根据本发明的一个实施例的方法的流程图。如图2所示，方法200可以通过功率分配控制逻辑来实现，该功率分配控制逻辑可以是处理器的独立逻辑或在PCU内实现。可以看出，方法200从判断是否有任何新输入被接收到此逻辑中开始(菱形210)。作为示例，各种输入可包括软件需求输入212、功率极限更新输入214、启发式输入216以及域活动更新输入218。

接着描述这些输入中的每一个。软件需求输入212可以来自主管软件，诸如OS或寻求处理器的给定性能级别的其他控制实体，例如，根据给定ACPI P状态。换言之，这些软件需求输入可以对应于对给定操作频率的请求。在一个实施例中，可以针对处理器的每个域地提供这些软件需求输入，它们可以对应于软件的最大频率请求。可以在针对处理器的功率极限的更改时提供功率极限更新输入214，该功率极限可以以最大电流表示，并且可以从配置寄存器，即，最大功率汲取配置寄存器接收。动态功率极限可以来自多个约束，例如，可以有电压调节器峰值电流输送约束、电池峰值放电速率约束、来自电源供应的功率输送占空比约束，等等。可以由软件实体响应于，例如，设备被插入到通用串行总线(USB)或电池放电级别，作出此更新。启发式输入216可以对应于指出特定应用或其他工作负荷是否得益于增大功率的各种策略决策输入。可以考虑这些启发，以帮助判断请求的频率(或给定域)是否应该被允许发生，因为，如果根据此较大的频率请求的操作不能实现较大的性能优点，则对于功率消耗的增大，不能获得对应的优点，相反，操作可以得益于向另一域应用这样的额外的功率容量。一个这样的启发输入是偏置值，如上文所描述的。最后，域活动变化输入218可以提供关于域的活动级别中的变化的信息。当给定核进入活动状态，进入睡眠状态或在核上正在被执行的指令的混合导致较高(或较低的)功耗时，例如，在核域中可以发生这些更新。在一个实施例中，OS对给定C状态的请求可以充当这些输入的代理。

仍参考图2，如果判断没有接收到新输入，则控制进入框220，在那里，在后台，可以更新功率分配表。对表的这样的更新可以提供关于给定频率的峰值功耗的更新的信息，因为功耗以及泄漏功率两者都会随着处理器的温度变化而变化。注意，在某些实施例中，这些后台更新只有在发生了至少一个阈值量的温度变化的情况下才会发生。

仍参考图2，如果判断接收到一个或多个新输入，则控制进入框230，在那里，可以计算处理器的每一个域的最小功率需求，并可以执行此最小功率分配。可以通过计算每一个域的功率级别，假设域将在最小性能值(例如，被称为Pn)操作，来确定该最小功率需求，该最小性能值可以是从配置寄存器(诸如从制造熔化配置)中获取的值。除此最小功率需求判断之外(并可能作为第一分析)，还可以确定对于所有域的用于在请求的性能级别实现操作的估计的功率需求。如果此请求的性能级别功率需求小于可用功率，例如，根据功率预算，则没有约束，不进行进一步的分析(如此，对于当前迭代，方法200可以结束)。

否则，如果标识约束，则控制进入框240，在那里，可以将剩余的预算的至少一部分分配给下一优先级域。例如，在最初通过时，可以标识最高优先级域，例如，如由偏置配置寄存器中的值所指示的，并且可以将剩余功率预算的全部或一部分分配给此优先级域。然后，控制进入框250，在那里，可以执行二进制搜索算法，以确定对于此分配的功率预算的最高时钟频率。通过使用被域的最小和最大频率值限制的二进制搜索，可以确定适当的频率的相对低延迟的判断。接下来，控制进入菱形260，以判断是否存在任何剩余预算，以及是否有一个或多个域待作分析。如果组合的回答是‘是’，则控制回到上面的框240。否则，分析可以结束，且控制进入框270，在那里，可以将任何更新的功率极限应用于域。在一个实施例中，极限配置寄存器或所谓的消减寄存器可以存储这些值，这些值可以对应于最大准许的频率(该频率可以被设置为低于配置的最高操作频率值的值)。相应地，可以使用这些值来消减从给定软件实体接收到的请求的频率，如此，维护处理器的适当的功率级别。虽然在图2的实施例中以此高级别示出的，但是，可以理解，本发明的范围在这方面不受限制。

在另一个实施例中，跨各种域的二进制搜索不是串行化的。相反，可以启用单一二进制搜索，以枢轴作为优先级域，在每一计算点，为所有相关联的域确定性能需求。例如，如果图形引擎是枢轴，则可以使用启发和软件偏置信息来作为图形频率的函数，为核、末级高速缓存以及eDRAM控件确定规则。当执行二进制搜索以查找图形的理想频率时，会发生对那些域的性能的需求的瞬时计算。此方法可以降低防护带。

注意，PCU可以充当对于开/关/性能级别转换的单一管辖实体。这确保唤醒和关闭过程的串行化，始终确保操作处于或低于峰值功率输送能力。例如，在核被唤醒之前，可能首先发生其他核上的较低频率或关闭非关键域，以便分配用于唤醒核的足够的功率。另一方面，当关闭核时，在恢复节省的功率之前，可能发生关闭完成。

现在参考图3，所示是示出了根据本发明的一个实施例的功率分配逻辑的框图。如图3所示，功率分配逻辑300包括可以被用来对根据本发明的一个实施例的多域处理器的各种域执行实时峰值功率输送控制和基于需求的功率分配的各种组件。逻辑300包括接收来自不同的实体的输入、确定处理器的各种域的性能需求、以及基于确定的需求和诸如优先级信息之类的额外的信息，向这些域分配功率的组件。

峰值功率控制接口310被配置成接收输入，在一个实施例中，可以从软件实体接收输入，且该输入提供对于处理器的峰值功率约束。在一个实施例中，接口310包括存储此值并进一步将它提供到下面进一步描述的功率分配逻辑330的配置寄存器。

逻辑300还包括性能需求评估逻辑320，该逻辑320从不同的实体接收各种输入，以及从一组功率分配表340接收功率需求信息。提供给逻辑320的输入包括各种域中的每一个的性能请求，这些请求可以从诸如OS、图形驱动程序等适当的实体接收到。另外，可以提供一个或多个偏置值，以指出向域中的一个或多个的功率输送的偏置。更进一步，还可以进一步提供启发信息。基于所有此信息，逻辑320确定每一个域的特定操作级别的功率需求，并将此信息提供到功率分配逻辑330。可以看出，功率分配逻辑330进一步接收优先级信息，该优先级信息可以是相对于操作优先级域的优先级的指示。在一个实施例中，可以从如上文所描述的配置寄存器接收此信息。另外，通过接口310，也接收最大功率汲取。基于此信息，如此，功率分配逻辑330在不同的域之间分配可用功率预算，并将为每一个域分配的功率值提供到给域提供电能的对应的电压调节器。在一个实施例中，可以将当前值作为分配的功率值传递到域。尽管在图3的实施例以这样高级别地表示，然而要理解本发明的范围不限于此方面。

现在参考表1，所示是根据本发明的一个实施例的用于计算所希望的频率“f”的功率需求的示例伪代码。

表1

如表1所示，如此，提供计算给定频率的功率需求的算法。首先，一组计数器被初始化为零。这些计数器包括第一计数器，用于计数低功率状态下的核的数量(对应于泄漏计数)；第二计数器，用于计数峰值活动状态下的核的数量(对应于核的功率病毒状况)；以及第三计数器，用于计数正常的活动状态下的核的数量(对应于非功率病毒状况)。然后，对于每一个核，执行循环，以标识核的活动级别，并将该核分配到这些不同的计数器中的一个。

接下来，执行功率需求计算，该计算单个地确定这些不同的活动级别中的每一个的功率需求。如此，对于低功率状态下的核，功率需求对应于核正在操作所处的给定频率的泄漏功率，以及效率损耗值，该效率损耗值可以对应于诸如与集成的调压器相关联的核内的各种功率损耗。对于在功率病毒级别操作的核，可以基于泄漏功率级别和动态功率级别(对应于功率病毒状况)以及如上文所讨论的相关联的效率损耗，计算功率需求。最后，对于在非功率病毒级别操作的核，计算功率需求。然后，可以将这些不同的核活动级别中的每一个的所产生的功率需求相加，以获取功率需求，该功率需求可以用于对根据本发明的一个实施例的功率分配的进一步的分析。虽然此实现对于性能级别，使用泄漏、活跃和峰值活跃级别，但是，在其他实施例中，更一般的功率的“N”级别可以适用于应用或目标市场。例如，服务器产品可以具有与客户端移动产品不同的用于计算的策略，因为优先级在市场细分中一般不同。

如此，使用诸如图2中的算法，功率分配逻辑，在峰值功率约束、软件偏置或计算块活动状态变化时，可以根据更新的软件请求，重新评估并平衡功率需求。为执行此平衡，在一个实施例中，使用由最大频率和最小频率限制的二进制搜索方案，来发现可以在功率面级别支持的最大频率。搜索方案首先根据软件请求，满足优先级域(或在给定编程的封装功率极限的情况下，尽可能地)。在处理此优先级域之后，可以将可用的封装功率的任何剩余，按优先级顺序分配给剩余的域，每一次都使用二进制搜索法。在一个实施例中，二进制搜索方案确保每次评估发生不超过六次计算。

相应地，功率分配方案的最终输出结果是对于每一个功率面的最大支持的时钟频率。此最大频率可以充当被用作由软件请求的频率的上消减的极限。接着，功率分配逻辑(诸如PCU的)可以被配置成以非常低的延迟响应对从空闲状态中唤醒进入活动状态的额外的计算域的请求，因此对空闲状态退出延迟的影响最小，空闲状态退出延迟会直接影响性能。

在某些实施例中，可以提供反馈控制技术，以允许检测处理器永久地被最大功率提供约束限制的情况。响应于检测到此状况，处理器可能根据各种启发，导致时钟频率请求中的移位。为此，可以提供状态和粘贴日志位，以指示由于封装峰值功率提供约束，发生了域级别的最高时钟频率消减。然后，此信息可以用于允许时钟频率请求中的移位，意味着，如果由于另一非优先级域被夹住而渴望资源，则软件将开始在优先级域上降低频率请求。如此，在各实施例中，在有限的功率提供预算下，计算设备可以最大化性能。

各实施例可以在各种市场的处理器中实现，包括服务器处理器、台式机处理器，移动处理器等等。现在参照图4，其中示出了根据本发明一实施例的处理器的框图。如图4所示，处理器400可以是多核心处理器，包括多个核410_a-410_n。在一个实施例中，每一个这样的核可以是独立功率域，并可以被配置成基于工作负荷，进入和退出活动状态和/或最大性能状态。各种核都可以通过互连415而耦合到包括各种组件的系统代理或非核420。如所见那样，非核420可包括共享的高速缓存存储器430，它可以是最末级高速缓存。另外，非核可包括集成的存储器控制器440、各种接口450和功率控制单元455。

在各实施例中，功率控制单元455可包括根据本发明的一个实施例的峰值功率需求控制逻辑459。如上文所描述的，此逻辑操作，以接收各种输入，至少部分地基于优先级域和关于在处理器正在操作时的温度下的功耗的信息，跨多个域分配可用的功率预算。

进一步参见图4，处理器400可经由例如存储器总线与系统存储器460通信。另外，通过接口450可对诸如外围设备、海量存储器等多种芯片外组件作出连接。虽然在图4的实施例中示出具有该特定实现，但本发明的范围不限于此方面。

现在参照图5，其中示出了根据本发明另一实施例的多域处理器的框图。如图5的实施例所示，处理器500包括多个域。具体地说，核域510可包括多个核510₀–510_n，图形域520可包括一个或多个图形引擎，并且可进一步存在系统代理域550。在某些实施例中，系统代理域550可以以不同于核域的独立频率执行，可在所有时间保持加电以应对功率控制事件和功率管理，以使这些域510和520可被控制以动态地进入和退出高功率和低功率状态。每个域510、520可工作在不同电压和/或功率下。注意，尽管仅示出了三个域，然而要理解本发明的范围不限于这个方面并且其它实施例中可存在附加的域。例如，可存在多核域，其每一个包括至少一个核。

一般地说，除了各执行单元和附加的处理元件外，每个核510可进一步包括低级高速缓存。进而，各核可彼此耦合并耦合至由末级高速缓存(LLC)540₀–540_n的多个单元形成的共享高速缓存存储器。在各实施例中，LLC 540可在核和图形引擎以及多种媒体处理电路之中共享。可以看出，环形互连530因此将各个核耦合在一起，并且提供各个核、图形域520和系统代理电路系统550之间的互连。在一个实施例中，互连530可以是核域的一部分。然而，在其他实施例中，环形互连可以属于其自己的域。

进一步可以看出，系统代理域550可以包括显示控制器552，该显示控制器552可以提供对相关联的显示器的控制以及到它的接口。进一步可以看出，系统代理域550可以包括功率控制单元555，该功率控制单元555可包括根据本发明的一个实施例的功率分配控制逻辑559，以实现如此处所描述的动态功率输送控制和基于需求的分配。在各实施例中，此逻辑可以执行上文在图2中所描述的算法。

如图5中进一步所见的，处理器500可进一步包括集成的存储器控制器(IMC)570，它可向例如动态随机存取存储器(DRAM)之类的系统存储器提供接口。可存在多个接口580₀–580_n以允许处理器和其它电路之间的互连。例如，在一个实施例中，可提供至少一个直接媒体接口(DMI)接口以及一个或多个高速外设组件互连(PCI Express^TM(PCIe^TM))接口。更进一步，为在诸如额外的处理器或其他电路之类的其他代理之间提供通信，也可以提供符合快速路径互连(QPI)协议的一个或多个接口。尽管在图5的实施例以这样高级别地表示，然而要理解本发明的范围不限于此方面。

各实施例可以以许多不同的系统类型来实现。现在参照图6，其中示出了根据本发明一实施例的系统的框图。如图6所示，多处理器系统600是点对点互连系统，并包括通过点对点互连650而耦合的第一处理器670和第二处理器680。如图6所示，处理器670和680中的每一个都可以是多核处理器，包括第一和第二处理器核(即，处理器核674a和674b以及处理器核684a和684b)，虽然潜在地更多核可以存在于处理器中。处理器中的每一个都可包括PCU、及执行此处所描述的动态峰值功率输送控制以及分配。

仍参考图6，第一处理器670还包括存储器控制器中枢(MCH)672和点对点(P-P)接口676和678。类似地，第二处理器680包括MCH 682和P-P接口686和688。如图6所示，MCH 672和682将处理器耦合到相应的存储器，即，存储器632和存储器634，它们可以是本地连接到相应的处理器的系统存储器(例如，DRAM)的一部分。第一处理器670和第二处理器680可分别经由P-P互连662和664耦合至芯片组690。如图6中所示，芯片组690包括P-P接口694和698。

此外，芯片组690包括用于通过P-P互连639将芯片组690与高性能图形引擎638进行耦合的接口692。芯片组690又可以通过接口696耦合到第一总线616。如图6所示，各种输入/输出(I/O)设备614以及总线桥618可以耦合到第一总线618，总线桥618将第一总线616耦合到第二总线620。在一个实施例中，各种设备可耦合到第二总线620，包括例如键盘/鼠标622、通信设备626以及数据存储单元628，如可包括代码630的盘驱动器或其他大容量存储设备。进一步地，音频I/O 624可以耦合到第二总线620。各实施例可以被合并到其他类型的系统中，包括诸如智能蜂窝电话、平板计算机、上网本、Ultrabook^TM等等之类的移动设备。

各实施例可以用于许多不同类型的系统中。例如，在一个实施例中，通信设备可以被配置为执行此处所描述的各种方法和技术。当然，本发明的范围不仅限于通信设备，相反，其他实施例可以涉及其他类型的用于处理指令的设备，包括指令的一个或多个机器可读的介质，所述指令，响应于在计算设备上执行，导致设备执行此处所描述的方法和技术中的一个或多个。

实施例可以代码的形式实现，而且可存储在其上存储有可用于对系统编程以执行这些指令的非临时存储介质上。存储介质可包括但不限于：包括软盘、光盘、固态驱动器(SSD)、压缩盘只读存储器(CD-ROM)、可重写压缩盘(CD-RW)以及磁光盘的任何类型的磁盘；诸如只读存储器(ROM)、诸如动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)之类的随机存取存储器(RAM)、可擦写可编程只读存储器(EPROM)、闪存、电可擦写可编程只读存储器(EEPROM)之类的半导体器件；磁卡或光卡，或适合于存储电子指令的任何其他类型的介质。

尽管是参考数量有限的实施例来描述本发明的，但是，那些精通本技术的人将从其中理解很多修改和变体。所附权利要求旨在覆盖落入本发明的真实精神和范围中的所有这些修改和变化。

Claims

1.一种用于控制功耗的处理器，包括：

多个域，包括具有至少一个用于执行指令的核的核域；

功率成本表,用于存储多个条目，其中每一个条目将泄漏功率级别、第一动态功率级别和第二动态功率级别与所述多个域中关于给定操作频率的一个域相关联；以及

功率控制装置，所述功率控制装置用于控制所述处理器的功耗，并且包括第一装置，所述第一装置用于接收所述多个域中的优先级域的指示，并基于功率极限、一个或多个最大域频率请求以及所述优先级域指示，向所述多个域动态地分配功率，所述第一装置用于基于处于峰值需求级别的第一核数、处于活跃需求级别的第二核数以及处于泄漏需求级别的第三核数，确定所述核域的第一操作频率的功率需求，其中所述峰值需求级别对应于所述第一动态功率级别,所述活跃需求级别对应于所述第二动态功率级别,所述泄漏需求级别对应于所述泄漏功率级别。

2.如权利要求1所述的处理器，其特征在于，所述功率控制装置用于首先向所述多个域动态地分配所述功率极限的第一部分，以允许所述多个域中的每一个都在最小操作级别操作。

3.如权利要求2所述的处理器，其特征在于，所述功率控制装置用于其次向所述优先级域动态地分配所述功率极限的其余部分的至少一部分。

4.如权利要求3所述的处理器，其特征在于，所述功率控制装置用于第三向所述多个域中的至少另一个动态地分配所述功率极限的其余部分的剩余。

5.如权利要求3所述的处理器，其特征在于，所述第一装置用于执行由所述优先级域的最小和最大频率值约束的二进制搜索，以基于所述功率极限的所述其余部分的所述至少一部分，确定所述优先级域的最大操作频率。

6.如权利要求5所述的处理器，其特征在于，所述第一装置还用于基于指出所述核域和图形域之间的偏置的偏置值，确定所述最大操作频率，其中所述图形域包括用于执行图形操作的至少一个图形引擎。

7.如权利要求5所述的处理器，其特征在于，所述功率控制装置用于把来自软件代理的对所述优先级域的频率请求消减到所述最大操作频率和所述频率请求中的最小值。

8.如权利要求1所述的处理器，其特征在于，所述第一装置用于基于所述功率成本表中的条目，进一步确定所述功率需求。

9.如权利要求1所述的处理器，其特征在于，所述第一装置用于至少部分地基于所述功率需求，执行所述动态分配。

10.如权利要求1所述的处理器，进一步包括用于存储所述功率极限的配置存储器，其中所述功率极限可由软件实体动态地更新。

11.如权利要求10所述的处理器，进一步包括用于存储所述优先级域指示符的第二配置存储器，其中所述优先级域指示符可由所述软件实体动态地更新。

12.一种用于控制功耗的方法，包括：

接收用于更新多域处理器的第一域的频率的请求；

计算所述多域处理器的多个域的最小功率需求，以及向所述多个域中的每一个分配所述最小功率需求，其中计算所述多域处理器的多个域的最小功率需求包括：对于核域，确定处于峰值需求级别的第一核数、处于活跃需求级别的第二核数以及处于泄漏需求级别的第三核数，以及将来自功率分配表的一个条目的对应的级别应用到第一、第二以及第三核数中的每一个，所述功率分配表用于存储多个条目，其中每一个条目将泄漏需求级别、峰值需求级别和活跃需求级别与所述多个域中关于给定操作频率的一个域相关联；

在所述最小功率需求分配之后，判断是否有功率预算的一部分剩余；以及

如果是，则向所述多个域中的优先级域分配所述剩余的功率预算的至少一部分。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，分配所述剩余功率预算的所述至少一部分包括执行二进制搜索，以确定所述优先级域的最高操作频率。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包括向所述多个域中的至少另一个分配所述剩余功率预算的另一部分。

15.一种用于控制功耗的系统，包括：

多域处理器，所述多域处理器具有多个域，其中包括具有至少一个用于执行指令的核的核域，所述多域处理器进一步包括功率分配表以及功率分配装置，其中所述功率分配表包括多个条目，每一个条目都对于频率和电压存储泄漏功率级别、第一动态功率级别以及第二动态功率级别，所述功率分配装置接收更新所述核域的频率的请求，计算所述多个域的最小功率需求，以及向所述多个域中的每一个分配最小功率级别，向所述核域分配剩余功率预算的至少一部分，其中所述功率分配装置用于：基于处于与所述第一动态功率级别对应的峰值需求级别的第一核数、处于与所述第二动态功率级别对应的活跃需求级别的第二核数以及处于与所述泄漏功率级别对应的泄漏需求级别的第三核数，来确定所述核域的第一操作级别的功率需求；以及

耦合到所述多域处理器的动态随机存取存储器(DRAM)。

16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述功率分配装置用于首先向所述多个域动态地分配所述功率预算的第一部分，以允许所述多个域中的每一个都在最小性能级别操作。

17.如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述功率分配装置用于其次向所述核域动态地分配所述剩余功率预算的的至少一部分，以及第三向图形域动态地分配所述所述剩余功率预算的剩余部分，其中所述图形域包括用于执行图形操作的至少一个图形引擎。

18.如权利要求15所述的系统，其特征在于，当所述多域处理器的温度变化一个阈值量时，所述多域处理器将更新所述功率分配表。

19.一种存储有指令的计算机可读存储介质，所述指令在被执行时使机器执行如权利要求12－14的任一项所述的方法。

20.一种计算机系统，包括用于执行如权利要求12－14的任一项所述的方法的装置。