CN106484004B - 功率预算方法及相关装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种功率预算方法及相关装置。功率预算方法包含监视并获取多个采样温度，其中多个采样温度包含当前温度和先前温度；检测一个或多个温度触发事件；以及检测到一个或多个温度触发事件时，基于当前温度、先前温度，以及目标温度产生总功率限制，其中目标温度是装置运行的上限温度。本发明的功率预算方法及相关装置可将功率设定维持在较高等级，最大化性能，并且更精确控制装置温度在目标温度以下。

Description

功率预算方法及相关装置

【交叉引用】

本申请要求申请日为2015年9月2日，美国临时申请号为62/213,246，发明名称为“宝贵的功率预算方法”的美国临时申请案的优先权，上述临时申请案的内容一并并入本申请。

【技术领域】

本发明有关于电源/资源预算方法，更具体来说，有关于功率预算方法及相关装置。

【背景技术】

随着移动/无线和其他电子装置的快速发展，上述装置若要获得成功，电池寿命成为一个重要的因素。与此同时，许多用于上述设备的高级应用也变得越来越普及。上述应用通常要求装置中的元件具有高性能。可持续的电源受到散热能力和温度的限制。若温度过高，则装置或半导体芯片会失灵。通常在装置上使用热节流(Thermal throttle)方法来防止由于散热限制造成的过热问题。传统的热节流方法为了将温度维持目标温度之内，不必要的牺牲了性能。以传统的方式，装置监测温度，若温度高于阈值，则触发降低功率。若功率降低太快，其将导致明显的性能下降，并影响总体的装置性能。性能受限于可持续的电力。若功率降低太慢，温度在下降之前继续上升。过热会导致芯片的寿命缩短，甚至对装置造成永久伤害。

此外，装置中可能有多个电源，从而伴随着有多个热源。每个电源可以对温度上升有不同的贡献。功率降低可同时导致性能和热量不同的降低。单独的温度或电源限制并不能最佳的解决多个热源问题。

需要对电子装置的宝贵的功率预算进行改进和增强。

【发明内容】

有鉴于此，本发明特提供以下技术方案：

本发明实施例提供一种功率预算方法，包含监视并获取多个采样温度，其中多个采样温度包含当前温度和先前温度；检测一个或多个温度触发事件；以及检测到一个或多个温度触发事件时，基于当前温度、先前温度，以及目标温度产生总功率限制，其中目标温度是装置运行的上限温度。

本发明实施例又提供一种功率预算装置，包含触发检测器，检测一个或多个温度触发事件；以及总功率限制单元，在检测到一个或多个温度触发事件时，基于当前温度、先前温度，以及目标温度产生总功率限制，其中目标温度是装置运行的上限温度。

以上的功率预算方法及相关装置可将功率设定维持在较高等级，最大化性能，并且更精确控制装置温度在目标温度以下。

【附图说明】

图1是依据本发明实施例的执行宝贵的功率预算的装置的简化方框图。

图2是依据本发明实施例的基于温度跃升和温度裕量的功率调整的示意图。

图3是依据本发明的实施例的基于多个因素调整功率设定的示范性框图。

图4是依据本发明实施例的基于多个温度输入和温度设定产生总功率限制的示范流程图。

图5是使用依据本发明实施例的宝贵的功率预算方法与使用基于传统的功率节流的功率调整的比较图。

图6是依据本发明实施例的用于不同处理器的范例的功率查找表。

图7是依据本发明实施例的宝贵的功率预算进程以增强性能的示例性流程图。

【具体实施方式】

在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的组件。所属领域中的技术人员应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同样的组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的基准。在通篇说明书及权利要求书当中所提及的「包含」是开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。另外，「耦接」一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表第一装置可直接电气连接于第二装置，或透过其它装置或连接手段间接地电气连接至第二装置。

下面将参考实施例以及附图中所展示的范例对本发明作出详细的说明。

图1是依据本发明实施例的执行宝贵的功率预算的装置100的简化方框图。装置100具有可选的天线101，接收无线电信号。接收器102，可选地耦接于天线101，自天线101接收射频(RF)信号，将其转换为基带信号并将基带信号发送至处理器103。处理器103处理所接收的基带信号并调用不同功能模块以执行装置100中的功能。存储器104储存程序指令(如程序105)及数据以控制装置100的操作。存储器104中储存有一个或多个数据库。装置100包含一个或多个电源，例如电源#1 151、电源#2 152，及电源#M 159。在一个实施例中，每一电源由对应的功率限制控制。每一电源的功率设定基于其对应的功率限制来调整。

在一个实施例中，一个或多个数据库，例如数据库106或数据库107可位于存储器104中，或位于装置100内的硬盘中。此外，数据库106及/或数据库107也可位于装置100外部的其他形式的存储器中。数据库106储存一组或多组当前温度和先前温度。数据库107储存预定义或预配置因素，例如目标温度、触发温度(trip temperature)，以及解除温度(exittemperature)。一般来说，触发温度及解除温度小于目标温度。触发温度高于或等于解除温度。数据库107也储存预配置或预定义阈值，例如温度跃升(temperature-jump)阈值及温度裕量(temperature margin)阈值。目标温度是装置运行的上限温度。若当前温度高于触发温度时，触发温度是触发功率设定减少的温度阈值。在某些实施例中，若当前温度低于解除温度时，解除温度是触发恢复功率设定的温度阈值。在其他实施例中，若当前温度低于解除温度，解除温度是停止调整功率设定的温度阈值。在这样的情况下，功率预算可更被设定为不受限制。在另一实施例中，数据库106及数据库107可被整合为一个数据库或做其他形式的整合。

装置100也包含一组控制模块，例如传感器110、温度采样器120、当前功率单元131、总功率限制单元132、元件功率限制单元133、元件功率设定单元134，以及触发检测器单元135。传感器110包含一个或多个传感器，例如传感器#1 111、传感器#2 112及传感器#N119。在一个实施例中，每一传感器对应于一个温度采样器，例如采样器#1 121、采样器#2122，以及#N 129。在一个实施例中，传感器和采样器可位于一个模块/单元中。

在一个新颖性的方面，总功率限制基于先前温度、当前温度，以及目标温度动态算出。在一个实施例中，总功率限制单元132自数据库106获取一组或多组当前温度和先前温度。一旦检测到一个或多个温度触发事件，总功率限制单元132基于先前温度、当前温度，以及目标温度生成总功率限制。总功率限制单元132计算温度跃升以及温度裕量，其中温度跃升是先前温度和当前温度之间的差(即自先前温度到当前温度的距离)，而温度裕量是目标温度和当前温度的差(即自当前温度到目标温度的距离)。

当前功率单元131获取当前功率。在一个实施例中，当前功率单元131使用表查找获取当前功率。当前功率表包含操作执行点(Operating Performance Point，简写为OPP)、功率值、性能数据、任意其他功率相关信息或其组合。在另一实施例中，当前功率单元131使用输入参数来用软件公式得到当前功率，其中输入参数例如电源运行核心的数量、运行频率、负载、任意其他功率相关参数或其组合。在又一个实施例中，当前功率单元131使用硬件功率仪表来获取当前功率。当前功率单元131可使用上述方法的任意组合用于不同电源。在一个实施例中，当前功率单元131可基于读取自不同电源的每一功率计算总功率。

在另一个新颖性的方面，每一电源对应的功率限制基于总功率限制单元132产生的总功率限制产生。元件功率限制单元133基于总功率限制产生装置中每一对应功率元件的功率限制。元件功率设定单元134基于对应元件功率限制决定每一对应元件的元件功率设定。元件功率设定单元134基于对应元件功率设定调整每一电源的对应功率设定。触发检测器135检查一个或多个温度触发事件。在一个实施例中，温度触发事件包含如下事件：当前温度高于触发温度及当前温度低于解除温度。在另一个实施例中，触发事件包含如下事件：温度跃升高于温度跃升阈值，以及温度裕量低于温度裕量阈值。

为将装置的温度保持在目标温度以下，热源的功率设定需要被调整。当功率设定被调整至较低水平时，性能降低。从而，当将温度保持在限制之内时，需要动态算法来增强性能。在传统的方式中，一旦温度超过阈值，功率限制被用于降低功率设定。如果配置更为积极的调整功率，则这样的方法不必要的牺牲了性能；否则，若功率调整太慢，这样的方法可能并不能足够有效的够快降低温度，从而导致温度上升超过目标温度。在一个新颖性的方面，功率限制基于数个因素被动态调整，包含温度跃升和温度裕量。

图2是依据本发明实施例的基于温度跃升和温度裕量的功率调整的示意图。目标温度211被配置或预定义。目标温度211是装置运行的上限温度，并且因此装置的温度低于目标温度211或至少不超过目标温度211太多。触发温度212被配置或预定义。触发温度212小于目标温度。当装置的当前温度高于触发温度时，功率调整行为被触发。线201是依据本发明实施例的基于温度调整的当前功率设定。线202是装置的温度曲线。

在阶段221，当前温度高于配置的触发温度。温度跃升(即一个采样周期内的先前温度和当前温度之间的差)小。温度裕量大，意味着当前温度与目标温度之间有较大的距离。基于由装置决定的因素，功率调整被触发。在阶段221，由于温度跃升较小及/或温度裕量较大，功率被轻微调整。在一个实施例中，温度跃升可于多于一个采样周期之内计算。在另一个实施例中，考虑温度跃升和温度裕量的范围的组合来决定功率设定调整。

反之，在阶段222，当前温度高于配置的触发温度，温度跃升较大，而温度裕量较小。装置作出大的功率调整以快速降低温度。阶段222内陡峭的功率减少维持了温度低于目标温度。在阶段223，当前温度高于配置的触发温度，温度跃升较小。尽管温度裕量较小，由于温度轻微改变，功率设定轻微改变。

图3是依据本发明的实施例的基于多个因素调整功率设定的示范性框图，其中多个因素包含当前温度、先前温度和目标温度。装置具有多个单元/模块以调整功率设定来将温度维持在目标限制之内，同时增强装置的性能。总功率限制(power-limit，简写为PL)模块301基于多个输入产生总功率限制，多个输入包含当前温度331、先前温度/历史温度(temperature history)332、一个或多个温度设定333、总功率限制334、当前功率335，或上述输入的组合。在一个实施例中，总PL模块301从一个或多个传感器312获得当前温度331。总PL模块301从数据库321获得先前温度332。在一个实施例中，先前温度332可以是历史温度，一个或多个先前温度读数的平均值，或其他指示先前温度的形式。先前温度332可储存于存储器或装置内部/外部的数据库中。总PL模块301从数据库322获取一个或多个温度设定333。温度设定333包含目标温度、触发温度、解除温度、温度跃升阈值、温度裕量阈值，或其他温度相关的设定。温度设定可被预配置或预定义。在一个实施例中，温度设定的一部分或全部温度设定可被以任意方法保持在存储器、内部或外部数据库中。总PL模块301基于多个输入输出总功率限制334。总功率限制334被反馈至总PL模块301作为先前总功率限制。

元件PL模块302基于来自于总PL模块301的输出总功率限制334决定一个或多个元件功率限制。元件PL模块302接收总功率限制并识别每一热源/电源。热源包含处理器、连接模块、调制解调器、电池充电模块以及动态随机存取存储器等。基于总功率限制，元件PL模块302决定每一电源的功率限制，使得功率在总功率限制之内。元件PL模块302输出元件功率限制至元件功率设定模块303。元件功率设定模块303基于对应的功率限制调整每一电源/元件的每一功率设定。每一元件的功率设定被发送至当前功率模块311。每一元件/热源产生可被传感器312检测到的热量。传感器312(温度传感器)可被配置为获取表示不同温度的信息，例如裸芯片结温(die junction temperature)、PCB温度、DRAM温度或装置表面温度。当前功率设定311从一个或多个元件得到输入并输出当前功率335至总PL模块301。在一个实施例中，当前功率335可通过一种或多种方法的组合获取，方法包含通过操作执行点设置进行的功率表查找、软件功率公式以及硬件功率仪表。

图4是依据本发明实施例的基于多个温度输入和温度设定产生总功率限制的示范流程图。步骤401是计算总功率限制的开始。在一个实施例中，步骤401由一个或多个预配置或预定义条件触发，例如当前温度高于触发温度、当前温度低于解除温度、温度跃升高于温度跃升阈值，或温度裕量小于温度裕量阈值。总功率限制等于基础功率加上增量功率限制(delta power limit)。在某些其他实施例中，总功率限制可使用其他公式依据基础功率和增量功率限制来设定，而并不限于本实施例所揭露的设定方法。在步骤402，装置获取温度跃升值和温度裕量值。在一个实施例中，如算法420所示，温度跃升(T_跃升)等于先前温度减去当前温度。温度裕量(T_裕量)等于目标温度减去当前温度。温度跃升及温度裕量可为正或负。在步骤403，装置计算增量功率限制。增量功率限制基于温度跃升和温度裕量。在一个实施例中，增量功率限制由温度跃升和温度裕量的加权组合获得。增量功率限制等于温度裕量除以(divided)温度-目标-转化(temperature-to-target-conversion，简写为TT)加上温度跃升除以温度-先前-转化(temperature-previous-conversion，简写为TP)(增量PL＝(T_裕量/TT+T_跃升/TP))。TT和TP是将温度距离转化为功率限制改变的参数。TT和TP可以被预配置及/或预定义。如420所示，其他公式可被用于将温度参数转化为功率限制。举例来说，增量功率限制等于温度裕量乘以TT加上温度跃升乘以TP(增量PL＝(T_裕量*TT+T_跃升*TP))。也可使用其他常量参数。举例来说，常量α、β，和γ用于转化。装置通过计算温度裕量乘以α以及温度跃升乘以β的和来获取第一增量PL。α、β，和γ是将温度距离转换为功率限制的参数(第一增量PL＝(T_裕量*α+T_跃升*β))。增量功率限制等于第一增量PL乘以γ(增量PL＝(T_裕量*α+T_跃升*β)*γ)。在其他实施例中，可使用表查找来获取增量功率限制。图4展示了两个范例表(增量PL表)431和432。增量PL表431将温度裕量转化为第一PL(1)。增量PL表432将温度跃升转化为第二PL(2)。通过表查找获取PL(1)和PL(2)后，装置通过计算PL(1)和PL(2)的和获取增量功率限制。基于温度跃升和温度裕量的其他方法也可用于获取增量功率限制。

装置需要基于温度条件决定基础功率。在步骤404，装置决定是否温度跃升高于温度跃升阈值或温度裕量是否小于温度裕量阈值。若步骤404决定否，则转至步骤411并获取先前功率限制。即将先前功率限制设置为基础功率。在步骤413，装置通过将先前功率限制加上增量功率限制产生总功率限制(PL＝先前PL+增量PL)。在步骤413的某些其他实施例中，装置依据先前功率限制和增量功率限制产生总功率限制，而并应当不限于前述方法。若步骤404决定是，转至步骤412并获取当前功率。即将当前功率设置为基础功率。在步骤414，装置通过将当前功率加上增量功率限制产生总功率限制(PL＝当前功率+增量PL)。在步骤414的某些其他实施例中，装置依据当前功率和增量功率限制产生总功率限制，而并应当不限于前述方法。装置获取总功率限制之后，转至步骤415，并基于总功率限制为每一热源分配一个或多个功率限制。

图5是使用依据本发明实施例的宝贵的功率预算方法与使用基于传统的功率节流的功率调整的比较图。曲线501和502分别是使用依据本发明实施例的宝贵的功率预算方法的温度与时间的关系和功率设置与时间的关系。曲线511和512分别是使用传统的热节流的温度与时间的关系和功率设置与时间的关系。直线521是目标温度线，其为装置正常运行的上限温度。

如图所示，两种方法的温度曲线和功率设置曲线开始是一样的。按照传统的方式，曲线512并不开始功率减少，直至点541(即当当前温度高于触发温度)。由于温度快速上升且功率有效地减少需要时间，在功率减少之后，直至温度继续上升。如曲线512所示，即使功率急剧减少，直至温度仍然上升超过目标温度。如曲线512所示，装置不得不以大大降低的功率设定运行更长的时间。从而，传统的方法性能明显降低，与此同时仍然有温度上升超过目标温度的风险。

相反的，通过监控多个因素，例如温度跃升和温度裕量，功率预算可被更有效率的处理，与此同时保持温度在目标温度以下。在本发明中，在点532，当温度开始上升时，装置检测到大的温度跃升。尽管当前温度低于触发温度，且温度裕量小于温度裕量阈值，大的温度跃升触发了功率预算进程。从而，在点532的同时，装置产生新的总功率限制，并在点531相应调整功率设定。功率开始下降。即便功率减少之后，温度也需要时间下降。如曲线501所示，温度跃升到点534,功率开始减少，温度增长变慢。如曲线502所示，点533之后，功率下降变慢。随着温度开始稳定，功率设定也变稳定。温度保持在目标温度以下，与此同时，功率设定被维持在较高等级，以最大化性能。

当产生装置的总功率限制时，装置可能需要获取当前功率值。有多种方式获取当前功率值。方法之一是使用功率表查找。

图6是依据本发明实施例的用于不同处理器的范例的功率查找表。可以通过OPP设置的表查找获取当前功率。在一个实施例中，装置基于多个输入计算总功率限制。随后，基于总功率限制产生元件级别的功率限制。每一对应元件的功率设定可被单独调整。表601是通过OPP用于装置的CPU的查找表。在OPP级别0，功率是4000，性能是30000。在OPP级别1，功率是3000，性能是25000。在OPP级别2，功率是2000，性能是20000。表602是通过OPP用于装置的GPU的查找表。在OPP级别0，功率是900，性能是1000。在OPP级别1，功率是750，性能是800。在OPP级别2，功率是400，性能是500。为装置中不同芯片/电源调整OPP级别可导致温度变化的不同效果。

图7是依据本发明实施例的宝贵的功率预算进程以增强性能的示例性流程图。在步骤701，装置监控并获取采样温度，其中采样温度包含当前温度和先前温度。在步骤702，装置检测一个或多个温度触发事件。在步骤703，在检测到一个或多个温度触发事件装置时，装置基于当前温度、先前温度，以及目标温度产生总功率限制，其中目标温度是装置运行的上限温度。在步骤704，装置基于总功率限制产生每一对应热源元件的元件功率限制。在步骤705，装置基于元件功率限制决定每一对应元件的元件功率设定。

在一个新颖性的方面，对于功率分配的方法可以扩展到类似的资源分配。在一个实施例中，资源限制基于当前资源设定、当前温度，以及先前温度调整。

本说明书揭露了本发明的范例以及较佳实施例，但应当理解，本发明并不限于所揭露的实施例。相反，所述公开的实施例的上述描述可使得本领域的技术人员能够实现或者使用本发明。对于本领域技术人员来说，这些实施例的各种修改是显而易见的，并且这里定义的总体原理也可以在不脱离本发明的范围和主旨的基础上应用于其他实施例。因此，本发明并不限于这里示出的实施例，而是与符合这里公开的原理和新颖特征的最广范围相一致。

Claims (16)

1.一种功率预算方法，其特征在于，包含：

监视并获取多个采样温度，其中所述多个采样温度包含当前温度和先前温度；

检测一个或多个温度触发事件；以及

检测到所述一个或多个温度触发事件时，基于所述当前温度、所述先前温度，以及目标温度产生总功率限制，其中所述目标温度是装置运行的上限温度；

其中，产生所述总功率限制包含：获取基础功率及增量功率限制，其中所述总功率限制等于所述基础功率及所述增量功率限制的和；

其中，获取所述增量功率限制包含：

获取温度跃升及温度裕量，其中所述温度跃升是所述先前温度和所述当前温度之间的差，而所述温度裕量是所述目标温度和所述当前温度的差；以及

基于所述温度跃升和所述温度裕量计算所述增量功率限制。

2.根据权利要求1所述的功率预算方法，其特征在于，所述多个温度触发事件包含：所述当前温度高于触发温度以及所述当前温度低于解除温度。

3.根据权利要求2所述的功率预算方法，其特征在于，所述触发温度大于或等于所述解除温度，且所述触发温度和所述解除温度均低于所述目标温度。

4.根据权利要求1所述的功率预算方法，其特征在于，在检测到一个或多个条件时所述增量功率限制减小，所述一个或多个条件包含：所述温度跃升高于温度跃升阈值，以及所述温度裕量低于温度裕量阈值。

5.根据权利要求1所述的功率预算方法，其特征在于，获取所述基础功率包含：获取当前功率，若所述温度跃升大于温度跃升阈值或所述温度裕量小于温度裕量阈值，将所述当前功率设定为所述基础功率，否则，将先前功率限制设定为所述基础功率。

6.根据权利要求5所述的功率预算方法，其特征在于，所述当前功率通过一个或多个方式的组合来获得，所述一个或多个方式的组合包含：通过操作执行点设置的功率表查找、软件功率公式以及硬件功率仪表。

7.根据权利要求1所述的功率预算方法，其特征在于，更包含：

识别一个或多个热源元件；

基于所述总功率限制为每一热源元件产生对应元件功率限制；以及

基于所述对应元件功率限制决定每一对应元件的元件功率设置。

8.根据权利要求7所述的功率预算方法，其特征在于，所述多个热源包含：处理器、连接模块、调制解调器、电池充电模块以及动态随机存取存储器。

9.一种功率预算装置，其特征在于，包含：

触发检测器，检测一个或多个温度触发事件；以及

总功率限制单元，在检测到所述一个或多个温度触发事件时，基于当前温度、先前温度，以及目标温度产生总功率限制，其中所述目标温度是所述装置运行的上限温度；

其中，产生所述总功率限制包含：获取基础功率及增量功率限制，其中所述总功率限制等于所述基础功率及所述增量功率限制的和；

其中，获取所述增量功率限制包含：

获取温度跃升及温度裕量，其中所述温度跃升是所述先前温度和所述当前温度之间的差，而所述温度裕量是所述目标温度和所述当前温度的差；以及

基于所述温度跃升和所述温度裕量计算所述增量功率限制。

10.根据权利要求9所述的功率预算装置，其特征在于，所述多个温度触发事件包含：所述当前温度高于触发温度以及所述当前温度低于解除温度。

11.根据权利要求10所述的功率预算装置，其特征在于，所述触发温度大于或等于所述解除温度，且所述触发温度和所述解除温度均低于所述目标温度。

12.根据权利要求9所述的功率预算装置，其特征在于，在检测到一个或多个条件时，所述增量功率限制减小，所述一个或多个条件包含：所述温度跃升高于温度跃升阈值，以及所述温度裕量低于温度裕量阈值。

13.根据权利要求9所述的功率预算装置，其特征在于，获取所述基础功率包含：获取当前功率，若所述温度跃升大于温度跃升阈值或所述温度裕量小于温度裕量阈值，将所述当前功率设定为所述基础功率，否则，将先前功率限制设定为所述基础功率。

14.根据权利要求13所述的功率预算装置，其特征在于，所述当前功率通过一个或多个方式的组合来获得，所述一个或多个方式的组合包含：通过操作执行点设置的功率表查找、软件功率公式以及硬件功率量测。

15.根据权利要求9所述的功率预算装置，其特征在于，更包含：

热源识别器，识别一个或多个热源元件；

元件功率限制单元，基于所述总功率限制为每一热源元件产生对应元件功率限制；以及

元件功率设定单元，基于所述对应元件功率限制决定每一对应元件的元件功率设置。

16.根据权利要求15所述的功率预算装置，其特征在于，所述多个热源包含：处理器、连接模块、调制解调器、电池充电模块以及动态随机存取存储器。