CN104798042B

CN104798042B - 基于工作量可伸缩性来管理性能策略

Info

Publication number: CN104798042B
Application number: CN201380061806.5A
Authority: CN
Inventors: P.S.迪芬鲍夫; A.D.亨罗伊德; E.维斯曼; K.V.西斯特拉
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2019-01-01
Anticipated expiration: 2033-06-27
Also published as: TW201428631A; US9110735B2; GB201508781D0; WO2014105199A1; CN104798042A; US20140189694A1; GB2522584B; TWI512628B; DE112013006292T5; GB2522584A

Abstract

方法和系统可以提供标识与平台相关联的工作量并且确定工作量的可伸缩性。附加地，可以至少部分基于工作量的可伸缩性来管理平台的性能策略。在一个示例中，确定可伸缩性包括确定生产周期与实际周期的比率。

Description

基于工作量可伸缩性来管理性能策略

技术领域

本发明大体涉及计算平台中的性能管理。更具体地，实施例涉及基于工作量可伸缩性来管理性能策略。

背景技术

计算平台可以通过进入范围从相对高操作频率和功耗（例如最大性能）到相对低操作频率和功耗（例如最小性能）的各种性能状态来管理处理器性能。关于选择哪个性能状态的确定传统上可以以基于需求切换（DBS）方式来做出，其受限于满足正处理的工作量的服务质量（QoS）要求。这样的方案在某些环境下可能产生非充分的效率和响应性。

附图说明

通过阅读以下说明书和所附权利要求，并且通过参照以下附图，本发明的实施例的各个优点将对本领域技术人员变得清楚，其中：

图1是根据实施例的管理性能的方案的示例的框图；

图2是根据实施例的工作量可伸缩性关系的集合的示例的图表；

图3是根据实施例的管理性能的方法的示例的流程图；以及

图4是根据实施例的平台的示例的框图。

具体实施方式

图1示出在计算平台中管理性能的方案，计算平台诸如像具有计算功能性（例如个人数字助理/PDA、膝上型计算机、智能平板）、通信功能性（例如无线智能电话）、成像功能性、媒体播放功能性（例如智能电视/TV）或其任何组合（例如移动因特网设备/MID）的移动设备。所图示的方案还可以在固定平台中使用，诸如像服务器、台式计算机、工作站等。在所图示的示例中，性能控制器10获得与正处理的和/或经排程以用于在平台上处理的工作量18相关联的可伸缩性信息12和服务质量（QoS）信息14。工作量18可以包括与活动相关联的指令/操作，活动诸如像网络通信（例如发射和/或接收）、存储器通信（例如读取和/或写入）、计算处理（例如通用操作、图形操作）等。

可伸缩性可以看作系统或子系统（所请求的）的性能中的百分比改变对比由工作量（所交付的）实现的所估计的性能中的百分比改变的比率。例如，如果工作量在增加10%的处理器性能时实现高出5%的性能，则可伸缩性可以为5%/10%=50%（0.5）。针对给定工作量的所实现的性能可以以各种不同方式来估计。实际上，可伸缩性确定可以是工作量和/或处理工作量的硬件的类型的函数。例如，非图形工作量可以假定具有关于图形处理单元（GPU）的操作频率的零相关性（因而0%可伸缩性），而相同的工作量可以具有关于中央处理单元（CPU）核的80%可伸缩性、关于网络控制器的50%可伸缩性、关于主存储器的70%可伸缩性。

尽管操作频率可以是所请求的性能度量的一个示例，但是也可以使用其它参数和/或变量。例如，也可以使用多核系统中的活动核的数目、可用存储器的量、操作电压等来请求特定等级的性能。

性能控制器10还可以获得其它信息，诸如平台的一个或多个部分（例如设备、子系统、模块等）的功耗信息16、平台的热约束/限制（未示出）等，其中可伸缩性信息12、QoS信息14、功耗信息16和热约束可以用于管理针对平台的性能策略20。如将更详细讨论的，考虑到工作量，可伸缩性信息12可以使得性能控制器10能够关于性能策略20做出更高效的决策并且最终呈现更具响应的平台。现在转向图2，示出图表22，其中针对工作量的集合提供所请求的性能与所交付的性能之间的关系。更具体地，图表22中的关系可以视为在更具可伸缩性的工作量比较不具可伸缩性的工作量可交付每单位的所请求的性能的更多性能的意义上指示工作量可伸缩性。例如，曲线24可以对应于比与曲线26相对应的工作量更不可伸缩的工作量，其中可伸缩性可以是各种各样的因素的函数，诸如联网带宽、可用存储器、代码复杂性等。此外，这些因素可以在使得能够确定工作量可伸缩性的“生产（productive）周期计数器”中有效地量化。

因而，本文所描述的工作量可伸缩性模型可以类似于驾驶汽车：生产周期计数器可以提供与传感器数据相似的洞悉，诸如每小时英里数的数据、每英里加仑数的数据、道路斜坡数据等，其中诸如性能控制器10（图1）的性能控制器可以使用一个或多个控制寄存器以类似于操纵油门的方式建立特定性能（例如操作频率、活动核的数目、可用存储器的量、操作电压）。例如，如果生产周期计数器指示工作量具有相对低的可伸缩性，则性能控制器可以请求更多性能以获得特定交付性能，正如驾驶员可以在接近相对陡的斜坡时更用力地踩踏油门一样。类似地，性能控制器可以请求较少性能以获得来自更可伸缩的工作量的相同交付性能，如驾驶员可以在没有斜坡（或下坡）的道路上行驶时较为轻微地踩踏油门一样。简单来说，通过运用关于从给定请求等级的性能实际实现的期望等级的性能的知识，可以实现更大的效率和其它优点。

特别要注意的是，性能控制器还可以使用可伸缩性信息来优先化工作量以便在系统受约束时做出有限的电力/热资源的最高效使用。优先化可伸缩的工作量可以引起随时间完成较多工作（即较高的效率）。然而，较高的可伸缩性有时还可能导致较高的功耗（例如受CPU束缚的工作量可能大幅增加CPU电力）。因此，如果电力/热问题本地化到核（对比平台），则最适当的策略可能是优先化较不可伸缩的工作量或以较低性能（因而核电力）等级运行可伸缩的工作量。不管怎样，工作量可伸缩性信息可以被运用来显著地增强性能策略。

图3示出在计算平台中管理性能的方法30。方法30可以实现为逻辑指令的集合，其存储在诸如随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、固件、闪存等的机器或计算机可读存储介质中，诸如像可编程逻辑阵列（PLA）、现场可编程门阵列（FPGA）、复杂可编程逻辑设备（CPLD）的可配置逻辑中，诸如像专用集成电路（ASIC）、互补型金属氧化物半导体（CMOS）或晶体管-晶体管逻辑（TTL）技术的使用电路技术的固定功能性逻辑硬件中，或其任何组合中。例如，实行方法30中所示的操作的计算机程序代码可以以一种或多种编程语言的任何组合来编写，包括面向对象的编程语言，诸如Java、Smalltalk、C++等，以及常规过程编程语言，诸如“C”编程语言或类似编程语言。

所图示的处理块32提供标识工作量，诸如像网络通信、存储器通信和/或计算处理工作量。一个或多个硬件计数器可以在块34处被访问，其中计数器可以包括生产周期计数器（例如PCNT）、实际周期计数器（ACNT）、标称计数器（例如MCNT）等。生产周期计数器因为计数器最后被重置而可以标识未失速周期的数目，并且实际周期计数器因为该计数器被重置而可以标识实际周期的数目。在这方面，构成失速周期的内容可能是可调谐的（例如经由可编程阈值），其中所得生产周期计数器可以支持变化的轮询间隔、多个消费者并且容易被转换为工作量可伸缩性。块36可以基于计数器值来确定所标识的工作量的可伸缩性。例如，生产周期（例如PCNT值）与实际周期（例如ACNT值）的比率可以提供所讨论的工作量的生产性/可伸缩性的有用度量。因而，在该示例中，接近一的比率将对应于相对高的可伸缩性，而接近零的比率将对应于相对低的可伸缩性。

一个或多个QoS约束的确定可以在块38处做出，其中QoS约束可以包括等待时间信息和其它质量有关的信息。附加地，所图示的块40确定平台的一个或多个部分的功耗，其中功耗信息在移动平台设定中可以特别有用。块40还可以涉及确定针对平台的一个或多个热约束。附加地，块42可以优先化工作量并且基于可伸缩性、QoS约束、热约束和功耗来设定性能等级。设定性能等级可以涉及访问一个或多个控制寄存器。相比受限于QoS信息的纯基于需求切换（DBS）解决方案，所图示的方法30因此提供相当高效且具响应性的优点。

可以关于所图示的方法30容易地做出变化。例如，如果可以在硬件中相对快速地访问可伸缩性，则块32处的工作量标识可能是多余的并且因此被绕过。此外，操作系统（OS）可以提供QoS输入而不管硬件是否意识到正处理的工作量的身份或类型。附加地，如关于块34和36所讨论的失速对比非失速周期的使用可以是特别适用于CPU核的计数器实现的细节。然而，其它可伸缩性解决方案可能更适用于其它类型的设备（例如存储器、图形、联网、“非核”）。

现在转向图4，示出移动平台44。平台44可以是具有计算功能性（例如PDA、膝上型计算机、智能平板）、通信功能性（例如无线智能电话）、成像功能性、媒体播放功能性（例如智能TV）或其任何组合（例如MID）的移动设备的一部分。在所图示的示例中，平台44包括向平台44提供电力的电池46、系统存储器56、网络控制器58、一个或多个用户接口（UI）设备60、固态盘（SSD）62和片上系统（SoC）48。SoC 48可以包括处理器50和输入输出（IO）模块54，其中所图示的处理器50包括集成存储器控制器（IMC）52和具有一个或若干处理器核64的核区。处理器50和IO模块54可以可替换地在分离的半导体管芯上实现，这取决于环境。

有时被称为芯片组的南桥或南复合体的所图示的IO模块54用作主机控制器并且与网络控制器58通信，网络控制器58可以提供关闭平台通信功能性以用于各种各样目的，诸如像蜂窝电话（例如W-CDMA（UMTS）、CDMA2000（IS-856/IS-2000）等）、WiFi（无线保真，例如电气与电子工程师协会/IEEE 802.11-2007、无线局域网/LAN介质访问控制（MAC）和物理层（PHY）规范）、4G LTE（第四代长程演进）、蓝牙（例如IEEE 802.15-2005、无线个域网）、WiMax（例如IEEE 802.16-2004、LAN/WAN宽带无线LANS）、全球定位系统（GPS）、扩展频谱（例如900MHz）以及其它射频（RF）电话学目的。IO模块54还可以包括一个或多个无线硬件电路块以支持这样的功能性。

系统存储器56可以例如包括双倍数据速率（DDR）同步动态随机存取存储器（SDRAM，例如DDR3 SDRAM JEDEC标准JESD79-3C，2008年4月）模块。系统存储器56的模块可以并入到单列直插式存储器模块（SIMM）、双列直插式存储器模块（DIMM）、小型DIMM（SODIMM）等中。SSD 62可以包括一个或多个NAND（与非）芯片并且可以被用来提供高容量数据存储和/或显著量的并行性。还可以存在以下解决方案：包括被实现为连接到标准总线上的IO模块54的单独ASIC控制器的NAND控制器，所述标准总线诸如串行ATA（SATA，例如SATARev. 3.0规范，2009年5月27日，SATA国际组织/SATA-IO）总线或快速PCI图形（PEG，例如外围组件互连/快速PCI x 16图形150W-ATX规范1.0，PCI特别兴趣小组）总线。SSD 62还可以用作USB（通用串行总线，例如USB规范3.0，USB应用者论坛）闪存设备。

所图示的处理器50的核64一般地可以处理与在处理器50上执行的一个或多个应用相关联的工作量，其中工作量还可以与经由网络控制器58实施的通信相关联和/或与系统存储器56和/或SSD 62相关联。更具体地，核64可以被配置为执行标识与平台44相关联的工作量的工作量逻辑66、确定工作量的可伸缩性的可伸缩性逻辑68、以及至少部分基于可伸缩性来管理平台44的性能策略的管理逻辑70。工作量逻辑66、可伸缩性逻辑68和管理逻辑70因此可以类似于已经讨论的性能控制器10（图1）起作用。

在一个示例中，SoC 48还包括生产周期计数器72和实际周期计数器74，其中可伸缩性逻辑68访问计数器72、74并且确定生产周期与实际周期的比率以便确定可伸缩性。SoC48还可以包括管理逻辑70使用其以设定与性能策略相关联的性能等级的一个或多个控制寄存器76。例如，管理逻辑70可以基于工作量可伸缩性将一个或多个参数值写入到控制寄存器76以便将处理器50和/或平台置于一个或多个ACPI（高级配置与电源接口，例如ACPI规范，Rev. 5.0a，2011年12月6日）性能状态中。

因而，本文所描述的技术可以解释硬件响应（例如所期望/请求的对比所交付的）而不暴露许多可伸缩性有关的因素的复杂性，所述因数诸如像联网带宽、可用存储器、代码复杂性等。此外，实现不同速率的工作完成的一般成本可以在各种各样的设定和环境中清楚表达。

因此实施例可以包括涉及确定与平台相关联的工作量的可伸缩性的方法。该方法还可以提供至少部分基于工作量的可伸缩性来管理平台的性能策略。

实施例还可以包括具有指令集的非暂时性计算机可读存储介质，该指令集如果由处理器执行则使平台确定与平台相关联的工作量的可伸缩性。指令如果被执行则还可以使平台至少部分基于工作量的可伸缩性来管理平台的性能策略。

实施例还可以包括具有用于确定与平台相关联的工作量的可伸缩性的可伸缩性逻辑的装置。该装置还可以具有管理逻辑，用于至少部分基于工作量的可伸缩性来管理平台的性能策略。

实施例还可以包括具有向平台供电的电池、存储器模块和耦合到存储器模块的SoC的移动平台，其中SoC包括用于确定与平台相关联的工作量的可伸缩性的可伸缩性逻辑。SoC还可以包括管理逻辑，用于至少部分基于工作量的可伸缩性来管理平台的性能策略。

本发明的实施例适用于与所有类型的半导体集成电路（“IC”）芯片一起使用。这些IC芯片的示例包括但不限于处理器、控制器、芯片组组件、PLA、存储器芯片、网络芯片、SoC、SSD/NAND控制器ASIC等。此外，在一些图中，信号导线利用线来表示。一些可以不同以指示更多组成信号路径，具有数字标签以指示组成信号路径的序号，和/或具有一个或多个端处的箭头以指示主要信息流方向。然而，这不应当以限制性方式来解释。而是，这样的附加细节可以与一个或多个示例性实施例结合使用以促进对电路的更容易理解。不管是否具有附加信息，任何所表示的信号线实际上可以包括可在多个方向上行进并且可利用任何适当类型的信号方案实现的一个或多个信号，例如利用差分对、光纤线路和/或单端线路实现的数字或模拟线路。

可能已经给出了示例尺寸/模型/值/范围，但是本发明的实施例不限于此。当制造技术（例如光刻法）随时间而成熟时，期望的是可以制造更小尺寸的设备。此外，出于图示和讨论的简单性，并且以便不模糊本发明的实施例的某些方面，到IC芯片和其它组件的众所周知的电力/接地连接可以或可以不在图中示出。另外，可以以框图形式示出布置以便避免模糊本发明的实施例，并且还鉴于关于这样的框图布置的实现的细节高度取决于在其中实现实施例的平台、即这样的细节应当很好地在本领域技术人员的知识范围内的事实来示出布置。在阐明具体细节（例如电路）以便描述本发明的示例实施例的情况下，本领域技术人员应当清楚的是，本发明的实施例可以在不具有这些具体细节或具有这些具体细节的变型的情况下实践。因此描述要被视为是说明性的而非限制性的。

术语“耦合”在本文中用来指代所讨论的组件之间的任何类型的关系（直接的或间接的），并且可以适用于电气、机械、流体、光学、电磁、机电或其它连接。此外，术语“第一”、“第二”等在本文中仅用来促进讨论，并且不承载特定时间或顺序上的意义，除非另有指示。

本领域技术人员将从以上描述了解到，可以以各种形式实现本发明的实施例的广泛技术。因此，尽管已经结合其特定示例描述了本发明的实施例，但是本发明的实施例的真实范围不应当如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求后，其它修改将对本领域技术人员变得清楚。

Claims

1.一种用于管理性能策略的移动平台，包括：

向平台供电的电池；

存储器模块；以及

耦合到存储器模块的片上系统(SoC)，所述SoC包括，

可伸缩性逻辑，用于确定所请求的所述平台上的工作量的性能与所述工作量和所述平台中的一个或多个的所交付的性能的比率，以确定所述工作量的可伸缩性，其中所述工作量将被基于所述可伸缩性进行分类，并且其中相对地高的可伸缩性工作量被确定为比相对地更少的可伸缩性的工作量交付每单位的所请求的性能的更多性能，以及

用于至少部分基于工作量的可伸缩性来管理平台的性能策略的管理逻辑，其中所述管理逻辑用于通过如下方式设定所述平台用于管理所述性能策略的性能等级，当工作量具有相对低的可伸缩性时请求更多性能以获得特定交付性能，以及当工作量具有相对高的可伸缩性时请求较少性能以获得相同的特定交付性能。

2.如权利要求1所述的平台，其中SoC还包括生产周期计数器，并且可伸缩性逻辑用于访问生产周期计数器以确定所请求的性能与所交付的性能的比率。

3.如权利要求1所述的平台，其中SoC还包括一个或多个控制寄存器，并且管理逻辑用于访问一个或多个控制寄存器中的至少一个以设定性能等级。

4.如权利要求1所述的平台，其中管理逻辑用于优先化工作量以管理性能策略。

5.如权利要求1所述的平台，其中进一步基于工作量的服务质量(QoS)约束和平台的一个或多个部分的功耗中的一个或多个来管理性能策略。

6.如权利要求1所述的平台，其中所述性能策略将进一步基于所述平台的一个或多个热约束来管理。

7.如权利要求1所述的平台，其中所请求的性能与所交付的性能的比率将包括所请求的性能中的变化对比所交付的性能中的变化。

8.如权利要求7所述的平台，其中，所请求的性能中的变化对比所交付的性能中的变化将包括所述平台的系统和子系统中的一个或多个的性能中的百分比改变对比由所述平台上的所述工作量实现的性能中的百分比改变。

9.如权利要求1所述的平台，其中所请求的性能与所交付的性能的比率是用于说明工作量的类型和用于处理所述工作量的类型的硬件的类型中的一个或多个，其中允许相同类型的工作量的可伸缩性相对于不同类型的硬件而变化。

10.一种包括处理器的装置，用于实现：

可伸缩性逻辑，用于确定所请求的所述装置上的工作量的性能与所述工作量和所述装置中的一个或多个的所交付的性能的比率，以确定所述工作量的可伸缩性，其中所述工作量将被基于所述可伸缩性进行分类，并且其中相对地高的可伸缩性工作量被确定为比相对地更少的可伸缩性的工作量交付每单位的所请求的性能的更多性能；以及

用于至少部分基于工作量的可伸缩性来管理装置的性能策略的管理逻辑，其中所述管理逻辑用于通过如下方式设定所述装置用于管理所述性能策略的性能等级，当工作量具有相对低的可伸缩性时请求更多性能以获得特定交付性能，以及当工作量具有相对高的可伸缩性时请求较少性能以获得相同的特定交付性能。

11.如权利要求10所述的装置，其中可伸缩性逻辑用于访问生产周期计数器以确定所请求的性能与所交付的性能的比率。

12.如权利要求10所述的装置，其中管理逻辑用于设定装置的性能等级以管理性能策略。

13.如权利要求12所述的装置，其中管理逻辑用于访问装置上的一个或多个控制寄存器以设定性能等级。

14.如权利要求10所述的装置，其中管理逻辑用于优先化工作量以管理性能策略。

15.如权利要求10所述的装置，其中进一步基于工作量的服务质量(QoS)约束和所述装置的一个或多个部分的的功耗中的一个或多个来管理性能策略。

16.如权利要求10所述的装置，其中所述性能策略将进一步基于所述装置的一个或多个热约束来管理。

17.一种用于管理性能策略的方法，包括：

确定所请求的平台上的工作量的性能与所述工作量和所述平台中的一个或多个的所交付的性能的比率，以确定所述工作量的可伸缩性，其中所述工作量将被基于所述可伸缩性进行分类，并且其中相对地高的可伸缩性工作量被确定为比相对地更少的可伸缩性的工作量交付每单位的所请求的性能的更多性能；以及

至少部分基于工作量的可伸缩性来管理平台的性能策略，包括通过如下方式设定所述平台用于管理所述性能策略的性能等级，当工作量具有相对低的可伸缩性时请求更多性能以获得特定交付性能，以及当工作量具有相对高的可伸缩性时请求较少性能以获得相同的特定交付性能。

18.如权利要求17所述的方法，其中确定所请求的性能与所交付的性能的比率包括访问生产周期计数器。

19.如权利要求17所述的方法，其中管理性能策略包括设定平台的性能等级。

20.如权利要求19所述的方法，其中设定性能等级包括访问平台上的一个或多个控制寄存器。

21.如权利要求17所述的方法，其中管理性能策略包括优先化工作量。

22.如权利要求17所述的方法，其中进一步基于工作量的服务质量(QoS)约束和平台的一个或多个部分的功耗中的一个或多个来管理性能策略。

23.如权利要求17所述的方法，其中所述性能策略将进一步基于所述平台的一个或多个热约束来管理。

24.一种包括指令集的非暂时性计算机可读存储介质，当由处理器执行所述指令时，使得平台用于：

确定所请求的所述平台上的工作量的性能与所述工作量和所述平台中的一个或多个的所交付的性能的比率，以确定所述工作量的可伸缩性，其中所述工作量将被基于所述可伸缩性进行分类，并且其中相对地高的可伸缩性工作量被确定为比相对地更少的可伸缩性的工作量交付每单位的所请求的性能的更多性能；以及

至少部分基于工作量的可伸缩性来管理平台的性能策略，其中管理逻辑用于通过如下方式设定所述平台用于管理所述性能策略的性能等级，当工作量具有相对低的可伸缩性时请求更多性能以获得特定交付性能，以及当工作量具有相对高的可伸缩性时请求较少性能以获得相同的特定交付性能。

25.如权利要求24所述的介质，其中如果所述指令被执行，则使得所述平台访问生产周期计数器以确定所请求的性能与所交付的性能的比率。

26.如权利要求24所述的介质，其中如果所述指令被执行，则使得所述平台设定平台的性能等级以管理性能策略的单元。

27.如权利要求26所述的介质，其中如果所述指令被执行，则使得所述平台访问平台上的一个或多个控制寄存器以设定性能等级。

28.如权利要求24所述的介质，其中如果所述指令被执行，则使得所述平台优先化工作量以管理性能策略。

29.如权利要求24所述的介质，其中进一步基于工作量的服务质量(QoS)约束和平台的一个或多个部分的功耗中的一个或多个来管理性能策略。

30.如权利要求24所述的介质，其中所述性能策略将进一步基于所述平台的一个或多个热约束来管理。