CN108919937A

CN108919937A - Vr功率模式接口

Info

Publication number: CN108919937A
Application number: CN201810521361.9A
Authority: CN
Inventors: L.黃; K.拉维钱德兰; W.L.普雷夫罗克; H.K.克里什纳墨菲; R.辛赫
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2018-11-30
Also published as: TW201237608A; US20120159219A1; WO2012087555A3; WO2012087555A2; TWI454898B; CN103262000A

Abstract

在一些实施例中，提供控制接口和关联的控制实体以基于CPU功率要求或实际CPU电流消耗的预测使CPU活动与CPU输电网、例如VR操作模式同步。在一些实施例中，采用CPU（或核）基于向CPU（或核）供应电力的VR的特性而进入功率状态或功率相关事件的这样的适时方式来控制同步。

Description

VR功率模式接口

技术领域

本发明大体上涉及对计算平台的功率状态控制，并且特定地涉及用于与电压调节器功率模式协作地控制功率状态改变的接口。

附图说明

本发明的实施例在附图的图中通过示例而非限制的方式图示，在图中类似的标号指示相似的要素。

图1是根据一些实施例具有VR控制接口的计算平台101的框图。

图2是根据一些实施例示出用于实现VR接口的例程的流程图。

图3A是常规平台的事件定时图。

图3B是根据一些实施例的平台的事件定时图。

图4是根据一些实施例具有VR控制接口的多核计算平台的图。

具体实施方式

计算平台通常使用例如ACPI（高级配置和功率接口）等功率管理系统以通过根据需要的活动（例如，由应用和外部网络活动指定）采用不同功率状态操作平台来节省电力。功率管理系统可根据给定制造商的设计品位在软件（例如，来自操作系统）和/或硬件/固件中实现。例如，CPU或处理器核和它们关联的性能水平可分别使用所谓的C和P状态来调节。

向CPU（或CPU的核）供应电力的电压调节器（VR）典型地由CPU或CPU的功率控制单元控制来控制功率模式和提供的电压水平。例如，VR可利用不同的操作模式以对于不同的功率输出需要来提高效率。例如，利用广泛使用的开关调节器，可分别对于较高或较低的电流添加或减少相分支（phase leg）。它们还可采用不同的开关频率能操作，对于较小的电流是较低的频率并且对于较大的输出电流是较高的频率。

典型地，CPU通过一个或多个控制信号来选择功率模式（例如，活动相（activephase）的数量）。然而，由CPU选择的模式是基于一些“预定”设计规格而被指定和/或选择，而不是基于CPU需要或消耗的实际负载电流。典型地，是基于当前CPU操作状态（例如，Px/Cx）或一些“活动因素”来选择。遗憾地，与CPU消耗的实际电流所必需或对于CPU消耗的实际电流来说是足够的相比，这可以导致在次优效率状态的VR运行。它还可以导致VR操作中不必要的转变，从而引起额外的功率损耗和较低CPU电力输送效率。由许多VR使用的另一个技术是局部感测输出电流并且基于抽取的实际电流添加或切除相。然而，该方法是反应性的并且因此需要通过VR的重保护聚带（banding）或由于VR部件的部分上的过应力而引起性能退化。例如，如果CPU VR在它的输出处感测到12A，理论上它可以在一个相上运行，但因为VR对未来不具有可视性，它无法抓住机会并且接近边缘运行。因此，它将可能采用2相模式运行，从而导致次优效率。

因此，在一些实施例中，提供VR接口以动态地使VR操作与实际CPU功率需求相关，而不是只与操作状态（例如，Cx或Px）相关。例如，具有分立功率部件的典型CPU VR设计在仅一个相活动时输送多达15A、采用2相模式时输送多达30A并且采用3相模式多达45A。因此，因为大部分的VR可以处理偶发过电流事件（如果功耗的持续时间足够小），从1相模式切换到2相模式不是必需的，除非CPU负载消耗超出某一电流阈值（例如，15A）并且持续足量的时间。

在一些实施例中，提供控制接口和关联的控制实体以基于CPU功率需求或实际CPU电流消耗的预测而使CPU活动与CPU输电网（例如VR操作模式）同步。在一些实施例中，采用CPU（或核）基于向CPU（或核）供应电力的VR的特性来进入功率状态或功率相关事件的这样的适时方式控制同步。换句话说，CPU VR或CPU输电网可以被先发控制并且调整到正确的功率模式或状态以用于具有其关联功率需求的下一个CPU事件。

图1是根据一些实施例具有VR控制接口的计算平台101的框图。示出计算平台101的一部分。该计算平台可以是可以利用本文教导的原理的任何计算装置。它例如可以是无线装置，例如蜂窝电话、笔记本电脑、上网本或平板电脑，或它可以是台式电脑、服务器电脑或类似物。

平台101包括CPU 106、用于向CPU供应可控电压的电压调节器（VR）102和VR控制接口（或VR接口）104，用于在CPU的操作功率状态的背景内协调VR操作模式与CPU负载需求。CPU可以是具有一个或多个处理核的任何处理单元。它可以在独立CPU芯片中实现，或它可以是功能单元，其是片上系统型实现的一部分。

CPU 106包括功率控制单元（PCU），用于至少部分基于CPU（或影响CPU）的当前功率状态来控制操作CPU供应电压和频率。功率状态（例如，ACPI C和/或P状态）可由PCU自身或与独立功率管理系统协调地或仅由独立功率管理系统（在硬件中或在例如平台操作系统（OS）等软件中实现）指定。

PCU通过请求来自VR的电压（例如，通过VID信号）来控制供应电压，并且它从VR接收电压供应（Vout/Iout）。在现有技术方案中，PCU除了向VR提供VID信号外，还将向它（直接或间接）提供控制信号用于控制它的输出功率模式。这些信号可以包括用于选择相的数量的信号和/或用于在较高或较低开关频率操作VR的信号。（例如，开关型VR的例子对于较高的频率以及较高的电流更高效地操作，并且它们不仅更高效地操作，实际上还可以发起更多的电流以用于较高的输出电流。）然而，利用本文描述的实施例，VR接口104设置在PCU与VR之间来控制VR功率模式。

VR接口104通过PCU确定CPU转变到不同的功率状态，例如，较高或较低的功率状态。在一些实施例中，在PCU“释放”CPU以转变到下一个CPU功率状态（例如，（Px或Cx状态））之前将VR设置成正确的功率状态（或“操作模式”）。（这在图3B的示例中图示。）另外，可以控制VR操作模式的任何改变或转变并且在运行中智能地调整它来满足某些产品要求或特定应用使用模式的期望。例如，VR接口可确定下一个较高状态不需要较高的VR操作模式，例如，这是因为VR电流（目前的）模式可以容忍它的较坏情况电流或因为该状态将足够短暂地发生而对VR不构成损坏威胁或该状态导致整体效率增加。

图2是根据一些实施例示出用于实现VR接口的例程的流程图。在202，例如从PCU提出功率状态改变通知或请求。在204，VR接口接收（或察觉）该请求。接口识别请求的下一个状态的相关信息。这样的信息可包括功率状态的可能电流范围、CPU将处于下一个功率状态的时间量、下一个功率状态后即将到来的预期状态，等。

在206，例程识别相关VR数据。该数据包括目前的功率模式数据（例如关于最大电流、最大电流情形下的最大时间），以及与刚刚识别的CPU功率状态信息有关的效率信息。在208，例程确定下一个功率状态是否是较高的功耗状态。如果是这样的话，则在210，它确定VR是否可以容忍下一个较高功率状态。这将取决于这样的因素：下一个状态中的最大可能电流和CPU将处于下一个功率状态的预期或最大时间量。如果例程认为VR可以容忍下一个状态，则它行进到216，在这里它释放CPU（或PCU或等同物）以进入下一个较高状态。

另一方面，如果在210，确定应该调整VR的功率模式（例如，因为它无法处理较坏情况电流需求），则在214，发起VR功率模式改变，来增加它的功率模式水平。从这里，在足够的延迟后（如期望或适当的话），在216，接口释放CPU以改变它的功率状态。

返回到208，如果状态改变不是到较高状态，则暗示它是到较低状态的改变，因此在212，例程确定降低VR功率模式是否被证明是合理的。例如，接口可知晓（或推断）即将到来的较低功率状态将具有足够小的持续时间使得将VR转变到较低状态时的开关损耗将抵消来自较低状态的任何节省。如果证明这是合理的话，则在214，接口使VR改变功率模式，即，转到较低功率模式。从这里，例程转到216并且释放CPU（或PCU）以进入下一个功率状态。如果在212，确定VR模式不应改变，则例程直接转到216并且释放CPU以改变状态。

图3A是常规平台的事件定时图。与图3A的图相比，图3B是根据一些实施例的平台的事件定时图。这些图图示转变路径，其示出在现有技术方案中VR模式改变如何对CPU负载改变进行反应。相比之下，图3B示出利用一些发明性实施例VR改变如何对CPU负载变化有先发性。

图4是根据一些实施例具有VR控制接口的多核计算平台的图。描绘的平台包括CPU芯片402，其经由直接媒体互连（DMI）接口414/432而耦合于平台控制集线器430。平台还包括通过存储器控制器410耦合的存储器411和通过显示器控制器412耦合的显示器413。它还包括存储驱动器439（例如，固态驱动器），其通过例如描绘的SATA控制器438等驱动器控制器而耦合。它还包括装置418（例如，网络接口、WiFi接口、打印机、拍摄装置、蜂窝网络接口，等），其通过例如PCI Express（CPU芯片中的416和PCH芯片中的440）和USB接口436、444等平台接口而耦合。

CPU芯片401包括处理器核404、图形处理器406和最后一级高速缓存（LLC）408。核404中的一个或多个执行操作系统软件（OS空间）407，其包括功率管理程序409。

核404和GPX 406中的至少一些具有关联的功率控制单元（PCU）405和VR 408来向它供应电力。每个PCU具有VR控制接口（I）以对于它关联的核与它关联的VR功率模式协同地协商功率状态改变。如指示的，每个PCU耦合于功率管理程序409，其在平台操作系统中实现用于管理平台功率管理策略的至少一部分。（注意，尽管在该实施例中用OS中的软件实现功率管理程序409，备选地，它还可以在硬件或固件中实现，例如在CPU和/或PCH芯片中）。

在前面的描述和下面的权利要求中，下列术语应该解释如下：可使用术语“耦合”和“连接”连同它们的派生词。应该理解这些术语不规定为彼此的同义词。相反，在特定实施例中，“连接”用于指示两个或以上的元件互相直接物理或电接触。“耦合”用于指示两个或以上的元件协作或互相交互，但它们可或可不直接物理或电接触。

还应该意识到在图中的一些中，信号导线用线表示。一些可以更粗来指示其他组成信号路径、可具有数字标签来指示若干组成信号路径和/或在一个或多个末端具有箭头来指示主要的信息流方向。然而，这不应以限制性的方式解释。相反，这样的附加细节可连同一个或多个示范性实施例一起使用以便于更容易地理解图。任何表示的信号线（无论是否具有额外的信息），实际上可包括可在多个方向上行进并且可用任何适合类型的信号方案（例如用差分对实现的数字或模拟线、光纤线和/或单端线）实现的一个或多个信号。

已经意识到可已经给出示例尺寸/模型/值/范围，但本发明不限于此。当制造技术（例如光刻）随时间变成熟时，预期可以制造具有更小尺寸的装置。另外，为了简化说明和论述，并且为了不掩盖本发明，众所周知的到IC芯片和其他部件的电力/接地连接可或可不在图内示出。此外，设置可采用框图形式示出以便避免掩盖本发明，并且还鉴于事实上关于这样的框图设置的实现的细节高度取决于实现本发明所在的平台，即，这样的细节应该完全在本领域内技术人员的视野内。在阐述具体细节（例如，电路）以便描述本发明的示例实施例的情况下，可以在没有这些具体细节或具有这些具体细节的变化形式的情况下实践本发明，这对本领域内技术人员应该是明显的。从而描述被视为说明性而非限制性的。

Claims

1.一种设备，包括：

控制接口，用于基于向CPU供应电力的VR的特性来控制CPU何时进入功率状态，其中所述控制接口是CPU芯片中实现的功率控制单元PCU的一部分或能够是连接到PCU的独立实体，其中所述PCU用于从所述CPU的操作系统中的功率管理程序接收改变CPU功率状态的命令。

2.如权利要求1所述的设备，其中，所述控制接口用于接收要发生CPU功率状态改变并且要基于状态改变确定是否改变VR功率模式的指示。

3.如权利要求2所述的设备，其中，所述控制接口用于确定所述VR对于具有不同VR功率模式的新功率状态是否将更高效运行，并且如果是这样的话，则改变VR功率模式。

4.如权利要求1所述的设备，其中，所述控制接口用于使所述VR在释放CPU功率状态之前进入不同的功率模式。

5.如权利要求1所述的设备，其中，所述VR处于与所述CPU相同的芯片中。

6.如权利要求1所述的设备，其中，所述PCU用于向所述控制接口请求功率状态改变。

7.一种计算机系统，包括：

CPU芯片，所述CPU芯片包括多个核；

其中每个核具有耦合在关联的功率控制单元PCU与关联的VR之间的关联的控制接口，用于与其关联的VR的功率模式协同地协商所述核的功率状态改变，其中所述控制接口是CPU芯片中实现的PCU的一部分或能够是连接到PCU的独立实体，其中所述PCU用于从所述核的操作系统中实现的功率管理程序接收改变CPU功率状态的命令。

8.如权利要求7所述的计算机系统，其中，所述VR是所述CPU芯片的一部分。

9.如权利要求7所述的计算机系统，其中，每个控制接口用于如果功率状态改变将持续足够小的时间量，则使它关联的VR保持在当前功率模式。

10.如权利要求9所述的计算机系统，其中，每个控制接口用于如果功率状态改变与当前VR功率模式的可接受范围内的操作电流关联，则使它关联的VR保持在当前功率模式。

11.如权利要求10所述的计算机系统，其中，所述控制接口用于如果功率状态电流范围在阈值外，则使VR功率模式改变，所述接口用于在允许所述核改变功率状态之前使功率模式改变。

12.一种设备，包括：

CPU芯片中的核，处于功率状态；

VR，用于向所述核提供可控电压并且处于功率模式；以及

控制接口，用于接收使所述核改变到下一个功率状态的请求并且基于与所述下一个功率状态关联的参数从若干不同的功率模式选项中确定所述VR的功率模式，其中所述控制接口是CPU芯片中实现的功率控制单元PCU的一部分或能够是连接到PCU的独立实体，其中所述PCU用于从所述核的操作系统中实现的功率管理程序接收改变所述核的功率状态的命令。

13.如权利要求12所述的设备，其中，所述控制接口用于使VR如果要改变功率模式则在允许进入下一个功率状态之前改变到不同的模式。

14.如权利要求12所述的设备，其中，所述控制接口用于接收要发生核功率状态改变并且要基于状态改变确定是否改变VR功率模式的指示。

15.如权利要求12所述的设备，其中，所述控制接口用于确定所述VR对于具有不同VR功率模式的新功率状态是否将更高效运行，并且如果是这样的话，则改变VR功率模式。

16.如权利要求12所述的设备，其中，所述VR处于所述CPU芯片中。

17.如权利要求12所述的设备，其中，所述PCU用于向所述控制接口请求功率状态改变。