CN107102718A - 一种基于Intel Purley平台VR13效率优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及服务器供电领域，具体涉及一种基于Intel Purley平台VR13效率优化方法。通过实测效率数据，分别绘制VR在每个Phases状态下的效率曲线，分析曲线，找出合适的切相电流点，其目的是使得VR芯片获得最高的效率，以降低电路功耗，实现VR输出效率的最优化。

Description

一种基于Intel Purley平台VR13效率优化方法
技术领域
本发明涉及服务器供电领域，具体涉及一种基于Intel Purley平台VR13效率优化方法。通过实测效率数据，分别绘制VR在每个Phases状态下的效率曲线，分析曲线，找出合适的切相电流点，其目的是使得VR芯片获得最高的效率，以降低电路功耗，实现VR输出效率的最优化。
背景技术
近年来随着互联网行业的蓬勃的发展，服务器在互联网+领域扮演着越来越重要的角色。同时，对于服务器性能的要求也随之上升。在过去，基于IntelCPU平台的服务器性能在“后摩尔定律时代”稳步提升。如今，专门服务于服务器的Intel XeonCPU家族迎来了Purley平台的升级。
基于Skylake-EP微架构的Purley平台CPU支持新的指令集、更多的核心数和PCI-E通道数，同时集成了万兆网卡和FPGA，性能得到大幅度提升。随之而来的是功耗也大幅度提高了，官方标称和实测数据都显示，Purley平台CPU最大功耗提升到255W(含FPGA)，这对服务器的效能、结构和散热都提出了更严苛的挑战。为适应新平台，CPU供电模块VR(VoltageRegular)也升级到了最新的VR13。相比于VR12.5，新的VR13最显著的特点是：支持AutoPhase Shedding，即自动切相的功能。VR Controller自身可以根据侦测到的负载电流的大小进行自动切换Phases数目，在负载较重的时候自动打开更多的Phase，以获得更大的驱动能力；而在负载较轻的时候关闭某些Phase，在保证驱动能力的同时降低VR功耗。
VR12.5时代，VR芯片不具备自动切相的能力，VR与CPU之间的经由SVID Protocol进行通信，CPU根据负载大小通过SVID总线向VR发送Set PState指令，VR被动打开或者关闭相应的Phase。而VR13通过芯片自身的Auto Phase Shedding可主动调节输出的Phases数目。两者的区别可以形象的理解为汽车“手动档”和“自动档”的区别。自动档汽车的出现解放了人的操作，Auto Phase Shedding的出现解放了CPU的资源，节省了SVID通信的资源和时间。而不论是手动档还是自动档汽车，都要面临的一个问题是，发动机转速达到多少转时应该进行档位的切换。同理，VR芯片也要考虑的一个问题是：不论VR12.5还是VR13，负载电流达到多大时应该进行Phase的切换。由于VR12.5时代，输出的Phase数目由CPU控制，用户无法干预，但是VR13芯片允许用户通过Power Code软件来进行Auto Phase Shedding阈值的设置。由此引出一个很重要的问题，即如何通过合理的设置来实现VR输出效率的最优化。
针对上述问题，本申请发明一种基于Intel Purley平台VR13效率优化方法。通过实测效率数据，分别绘制VR在每个Phases状态下的效率曲线，分析曲线，找出合适的切相电流点，使得VR芯片获得最高的效率，以降低电路功耗。
发明内容
本申请发明一种基于Intel Purley平台VR13效率优化方法。首先，从理论上分析，VR的效率曲线类似于抛物线，随着负载电流的增大，效率会先增大然后减小。VR在输出1相、2相、3相、4相、5相时，分别有不同的效率曲线，若要实现VR输出在全电流动态范围内效率最优，则必须选择合适的切相点，即阈值，使切相时的电流点在相邻两相效率曲线的交点上，该电流点在其邻域内成为一个极小值，其左边和右边的电流点的效率都不小于这个切相点的效率。
VR Controller PXE1610ADN-G001为CPU提供内核电压VCCIN，正常工作时负载的动态范围为28A-228A，最多5相输出。VR Controller PXM1310ADM为Memory供电，负载电流最大可达到65A，最多3相输出。
以5相输出的PXE1610ADN-G001为例，每多开一相，VR效率会有不同的表现。针对每一种状态，即1相、2相、3相、4相、5相这5种输出状态，分别量测效率曲线，然后寻找相邻状态效率曲线的交点，则此交点对应的电流值即为切相点。这样我们可以确定4个阈值(对于PXM1310ADM来说是2个)，使VR在全负载范围内都具有最优的效率。VR效率定义为输出功率与输入功率之比。因此，量测效率，只需量测输入输出的电压、电流即可。
相比于上一代服务器Grantley平台CPU，Intel最新发布的基于Skylake-EP微架构的Purley平台CPU具有支持新的指令集、更多的核心数和PCI-E通道数、集成万兆网卡和FPGA等新特性。同时，更高的性能也带来了更高的功耗，官方标称和实测数据都显示，Purley平台CPU最大功耗提升到255W。功耗的提升相应的促进CPU供电方案的改进，对应的Voltage Regular由Grantley时代的VR12.5升级为最新的VR13。同时，VR13也支持新平台Memory的供电。相比于VR12.5，VR13有比较明显的提升，最显著的特点是：
VR13支持自动切相(Auto Phase Shedding)，即当CPU、Memory的负载变化时，VR芯片可以侦测当前的负载，自动切换VR输出的相数(Phases)，而不再依赖VR与CPU之间的SVIDProtocol，以达到降低功耗、提高效率的目的。
VR13平台VCCIN最高支持5相输出，PVDDQ支持3相输出，用户可以自行设置AutoPhase Shedding的步进和阈值。从效能的角度讲，这些参数是可以通过优化来使VR输出获得最高的效率。
本发明提出一种基于Intel Purley平台VR13效率最优化的设计方法，该方法以理论作为出发点，辅以科学严谨的实验，以实测数据支撑并验证理论的正确性；最终可以实现VR输出效率的最优化。
本申请发明一种基于Intel Purley平台VR13效率优化方法，其特征在于该方法具体包括如下步骤：分别单独测量一相到N相的效率曲线；将相邻两相的效率曲线放于同一坐标系中；记录相邻两相效率曲线交点处电流值，即为切相电流点；将上述测量得到的N-1个切相电流点值写入VR芯片的对应寄存器内。
如上所述的基于Intel Purley平台VR13效率优化方法，其特征还在于，N相为3相或5相。
如上所述的基于Intel Purley平台VR13效率优化方法，其特征还在于，效率曲线中的效率定义为输出功率与输入功率之比。
如上所述的基于Intel Purley平台VR13效率优化方法，其特征还在于，输入电压值从Power Code中读取，输入电流由DC Power Supply显示面板读取。
如上所述的基于Intel Purley平台VR13效率优化方法，其特征还在于，切相电流点值是通过Power Code写入VR芯片的对应寄存器内。
附图说明
图1、1 Phase效率曲线
图2、2 Phases效率曲线
图3、1 Phase-2 Phases效率曲线
图4、2 Phases-3 Phases效率曲线(PXE1610ADN-G001)
图5、3 Phases-4 Phases效率曲线(PXE1610ADN-G001)
图6、4 Phases-5 Phases效率曲线(PXE1610ADN-G001)
具体实施方式
本申请所述的发明的具体实施例是以英飞凌(Infineon)推出的VR Controller芯片PXE1610ADN-G001为例，由理论出发，辅以科学严谨的实验，通过分别测试、计算VR在1Phase、2 Phases、3 Phases、4 Phases、5 Phases时的效率数据，绘制出效率曲线，分析效率曲线，从而得出最优化的解。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实现步骤做进一步地详细描述：
1)测量PXE1610ADN-G001在开1 Phase和2 Phases时的效率。测量时，输入电压由DC Power Supply供给，输出负载由E-Load提供。由于线缆上存在压降，为了提高测量精度，输入电压值从Power Code中读取，输入电流由DC Power Supply显示面板读取，输出电压通过用万用表量测输出端电容获得。作出效率曲线如图1图2所示所示。图1为VR芯片只打开一相时的效率曲线，为测量0A-40A的效率数据，图2为开两相时的效率曲线，测量了10A-80A的效率数据。由曲线形状可知，效率值先随着负载电流的增大而增大，达到一个最大值后开始减小。所以两条曲线必然有交点。
2)把两条效率曲线放在同一个坐标系中，如图3所示。由图3可知，两条曲线有唯一交点，交点处的电流值为17A左右。在小于17A的电流范围内，VR只开一相的效率高于两相的效率，而大于17A的电流范围内，两相效率高于只开一相。于是，把17A定义为从一相切换到两相的阈值，能保证VR从一相过渡到两相时具有最高的效率。
3)用同样的方法作出VR输出三相时的效率曲线并与两相的效率曲线放于同一坐标系中，如图4图5所示：由图4可知，两相和三相的效率曲线具有唯一交点，交点处电流值为34A。因此，两相切三相的阈值设定为34A，保证了效率的最优化。
4)同样的方法测量并作出四相和五相的效率曲线，找出另外两个阈值，完成PXE1610ADN-G001的Auto Phase Shedding切相电流点的确定。
5)将实测得到的阈值点通过Power Code写入VR芯片的对应寄存器内，实现IntelPurley平台下VR13 Auto Phase Shedding效率最优化。
显而易见地，附图中所示的仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，都属于本发明保护的范围。
本申请所述的方法可以通过实测数据，选取合适的VR切相点，对VR13的效率进行优化，提高VR效率、降低整机功耗。且该方法可以应用于Purley平台的所有项目，可以有效的降低整机功耗，提升产品的竞争力。

Claims (5)

1.一种基于Intel Purley平台VR13效率优化方法，其特征在于该方法具体包括如下步骤：
分别单独测量一相到N相的效率曲线；
将相邻两相的效率曲线放于同一坐标系中；
记录相邻两相效率曲线交点处电流值，即为切相电流点；
将上述测量得到的N-1个切相电流点值写入VR芯片的对应寄存器内。
2.如权利要求1所述的基于Intel Purley平台VR13效率优化方法，其特征还在于，N相为3相或5相。
3.如权利要求2所述的基于Intel Purley平台VR13效率优化方法，其特征还在于，效率曲线中的效率定义为输出功率与输入功率之比。
4.如权利要求3所述的基于Intel Purley平台VR13效率优化方法，其特征还在于，输入电压值从Power Code中读取，输入电流由DC Power Supply显示面板读取。
5.如权利要求4所述的基于Intel Purley平台VR13效率优化方法，其特征还在于，切相电流点值是通过Power Code写入VR芯片的对应寄存器内。
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