CN109213300B - 用于处理器功率调整的方法和系统、及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及处理器功率调整。在根据本公开的一个示例中，一种方法可以包括收集处理器的环境信息，确定处理器的最大功率水平，并且设置频率水平和维持处理器的最大功率的内核频率比。频率水平和内核－频率比分别由可编程频率寄存器和可编程内核寄存器控制。该方法可以包括接收与处理器对应的管芯温度，确定管芯温度超过与处理器对应的温度，并且将最大功率调整到维持该温度的水平。

Description

用于处理器功率调整的方法和系统、及存储介质

技术领域

本公开总体上涉及处理器功率调整。

背景技术

计算机处理器可能具有多个内核和内核运行的基频。某些处理器也可以具有“涡轮增压(turbo)”模式，该模式以超出基频的增加的turbo频率运行一个或多个处理器内核。

发明内容

根据本公开的一方面，提供了一种用于处理器功率调整的方法，包括：收集处理器的环境信息；确定所述处理器的最大功率水平；设置频率水平和维持所述处理器的最大功率的内核频率比，其中所述频率水平和所述内核－频率比分别由可编程频率寄存器和可编程内核寄存器控制，其中所述内核频率比是turbo频率与多个活跃内核的比率；接收与所述处理器对应的管芯温度；确定所述管芯温度超过与所述处理器对应的温度；并且将所述最大功率调整到维持所述温度的水平，其中设置所述频率水平和维持所述处理器的所述最大功率的内核频率比包括：确定在最高运行功率水平下运行的所述处理器所能够达到的最高运行频率水平；将所述最高运行频率水平设置为所述频率水平；并且将所述处理器的内核总数设置为所述活跃内核的数量。

根据本公开的另一方面，提供了一种用于处理器功率调整的系统，包括：功率水平确定器；寄存器设置器；温度接收器；温度确定器；和功率调整器，其中所述系统根据本公开所述的方法运行。

根据本公开的另一方面，提供了一种非暂时性机器可读存储介质，所述非暂时性机器可读存储介质以指令编码，当所述指令由系统的处理器执行时，使得所述系统根据本公开所述的方法运行。

附图说明

下面的详细描述参照附图，其中：

图1是用于处理器功率调整的示例系统的框图；

图2是用于处理器管芯温度监测的示例方法的流程图；

图3是用于处理器功率调整的另一示例方法的流程图；和

图4是用于处理器功率调整的示例方法的流程图。

具体实施方式

“turbo”模式可以适时地使用系统中的热量和功率容量余量以在超出基频的增加的turbo频率下运行处理器内核中的一个或多个处理器内核。Turbo模式可以在维持相同的热设计功率(TDP)水平的同时，提高处理器性能。

处理器库存单元(SKU)可以以TDP和最大功率水平来指定。为了安全地维护这些参数，预定义设置通常被融合并锁定在处理器中，以确保器件(part)在标准的电、热和功率设计规范内运行。处理器的turbo配置文件可以通过固定频率寄存器和内核频率比(core-to-frequency ratio)寄存器被这些约束来界定。内核频率比被指定为turbo频率与多个活跃内核的比率。turbo频率的功率限制可以与TDP水平融合。Turbo配置文件从每个活跃内核扩展到单内核活跃频率。为了在频率寄存器中维持相同的TDP水平，CPU turbo频率可以取决于被融合在内核频率比寄存器中的活跃核心的数量。因此，随着活跃核心的数量被较低的工作负载需求或内核停放/禁用技术所利用，turbo频率增加。

如上所述，这些融合频率寄存器和内核频率比寄存器将处理器计算能力限制在一定水平。然而，作为通用计算处理器，Turbo配置文件可以被保守地设置为覆盖更坏情况下的热条件和各种工作负载。换句话说，turbo模式可以具有不考虑处理器可以运行的特定配置和/或环境的“一体适用”配置文件。本文讨论的系统和方法描述了动态优化的turbo配置文件，该turbo配置文件使处理器适应于操作员执行的特定使用情况、配置和/或环境。因此，处理器可以不被调整为充分利用其运行潜力。以这种方式来介绍，本文描述的系统可以通过利用处理器的特定使用情况的过量服务器功率和热余量，来减轻上面列出的阻碍并最大化处理器计算能力。

本文讨论的系统和方法可以使用具有打开的(即，未融合的)和可编程的频率寄存器和内核频率比寄存器的处理器SKU。借助可编程寄存器，本文讨论的系统和方法可以为了更高的处理器性能而优化CPU turbo配置文件。例如，可以监视处理器管芯温度，并且可以通过改变频率寄存器中的TDP水平来动态调整CPU turbo配置文件。增加功率水平会增加turbo运行频率，降低功率水平会降低turbo运行频率。

用于处理器功率调整的方法可以包括：收集处理器的环境信息；确定处理器的最大功率水平和设置频率水平和维持处理器的最大功率的内核频率比。频率水平和内核频率比可以分别由可编程频率寄存器和可编程内核寄存器控制。该方法可以包括接收与处理器对应的管芯温度、确定管芯温度超过与处理器对应的温度并且将最大功率调整到维持该温度的水平。

图1是示例处理器功率调整系统100的框图。在图1所示的示例中，系统100可以包括各种组件，包括功率水平确定器112、寄存器设置器114、温度接收器116、温度确定器118、功率调整器120、寿命组件和/或其它组件。处理器功率调整系统100的各种组件中的任何一个组件也可以是管理芯片的一部分。例如，管理芯片可以是微处理器、基板管理控制器(BMC)、带外管理控制器等。在一些方面，管理芯片可以被嵌入在处理器管芯中。

根据各种实施方式，处理器功率调整系统100可以以硬件和/或硬件和配置硬件的编程的组合来实现。例如，处理器功率调整系统100可以在管理芯片的固件中实现。此外，在本文描述的图1和其它附图中，可以使用与所示出不同数量的组件或实体。例如，处理器功率调整系统100的各种组件的硬件可以包括处理器和机器可读存储介质中的一个或两个，而指令是存储在机器可读存储介质上并且可由处理器执行以完成指定功能的代码。

应用智能处理器调整(IPT，intelligent processor tuning)可以通过创建自定义的turbo配置文件并动态调整到处理器运行的环境条件来最大化处理器性能。通过这样做，IPT可以为每种环境提供最优化的turbo余量(更高的turbo频率和/或更多的活跃内核)特定用例，而不是一个通用的“一体适用”策略。借助IPT，处理器性能和特定的turbo模式性能可以被优化，并可以被动态地适应环境变化，如工作负载需求、热条件等。

功率水平确定器112可以基于处理器的环境信息确定处理器的最大功率水平。尽管可以使用其它测量单位，但处理器的功率水平可以用瓦表示。在一些方面，最大功率水平可以被设置为处理器所能够达到的最高可能运行功率水平。

在一些方面，处理器可以与担保(warranty)设置相关联。担保设置可以定义某些信息，例如处理器不应超过的处理器的一个和/或多个热规格。在这些方面，可以将最大功率水平设置为不超过处理器的担保规格的、处理器支持的最高可能功率水平。例如，功率水平确定器可以确定最大功率水平和频率水平是否超过担保规格中定义的热规格，并且当确定最大功率水平和频率水平超过热规格时，调整最大功率水平或频率水平中的至少一个以符合热规格。

如上所述，处理器功率调整系统100通常可以用于针对服务器性能来动态调整处理器。因此，处理器功率调整系统100可以针对可以使用处理器的具体环境来调整处理器。具体环境可以包括容纳处理器和/或处理器正在其中被使用的系统的硬件配置、系统的冷却能力、计算机系统的温度、正在使用的处理器的能力和加热特性、处理器正在执行的工作负载的类型等。硬件配置可以包括内核的数量、处理器的数量、内存、存储器、附加外设、用电量等。

环境信息还可以包括工作负载信息。处理器工作负载经常变化，不同的功耗配置文件(包括turbo配置文件)可以适用于各种工作负载。因此，基于由处理器执行的活跃工作负载和/或系统和系统冷却能力来调整turbo配置文件可以针对实际正在被执行的具体工作负载而产生更高可能的运行turbo频率。例如，非AVX(高级矢量扩展)指令可能比矢量指令消耗更少的功率。因此，非AVX工作负载可能比AVX指令具有更多的turbo余量。IPT可以考虑这些不同的工作负载特性，并相应地调整处理器turbo配置文件。

在处理器执行多个工作负载方面，多个工作负载中的每个工作负载可以具有功耗配置文件。功率水平确定器112可以确定处理器正在执行具有低功耗配置文件的工作负载并且增加处理器的最大功率水平。类似地，功率水平确定器112可以确定处理器正在执行具有较高功耗配置文件的工作负载并且降低处理器的最大功率水平。

作为另一示例，通过编程更高的最大功率，系统包括高级功率和热特征(例如高性能电压调节、风扇和散热器、辅助冷却等)的方面。

处理器可以具有用于控制处理器的运行参数的各种寄存器。重要的是，这些寄存器可以是可编程的，而不是硬融合到特定的预定义值。例如，处理器可以具有与处理器的功率限制对应的频率寄存器。因此，随着功率限制的增加，处理器的一个或多个内核运行所在的频率增加。

处理器也可以具有内核频率比寄存器。内核频率比被指定为turbo频率与活跃内核的数量的比率。因此，处理器的turbo配置文件可以包括频率寄存器和内核频率比寄存器的设置。智能处理器调整利用这些可编程寄存器来基于处理器的最大功率，动态地设置这些寄存器的值。如将在下面更详细描述地，基于处理器执行的环境来动态调整该最大功率设置。然而，在动态调整最大功率和/或寄存器之前，可以建立默认值。最大功率可以用作被动态调整的默认设置。

寄存器设置器114可以设置与维持处理器的最大功率的频率对应的第一可编程寄存器。寄存器设置器114还可以设置内核频率比寄存器。在一个示例中，寄存器设置器114可以适时地默认为处理器的每个内核的频率将被设置为最大单核活跃turbo频率。例如，设置频率水平和维持处理器的最大功率的内核数量可以包括：确定处理器在最高运行功率水平下运行所能够达到的最高运行频率水平，将最高运行频率水平设置为频率水平，并且将处理器的内核总数设置为内核数量。

温度接收器116可以接收与处理器对应的管芯温度。温度确定器118可确定管芯温度是否超过与处理器对应的温度。与处理器对应的温度可以是用于有效地对任何变化的负载做出反应的IPT的温度缓冲范围的上限。换句话说，温度缓冲被用作减速阈值以防止处理器的减速(throttling)。减速是通过其可以调控处理器的频率的过程。减速通常是突然执行的，以便快速返回到安全的功率限制，并且可能导致处理器的内核的运行中的性能突然下降和/或内核中的一些内核可能突然不再被使用。通过使用具有减速阈值的温度缓冲，可以在不使处理器减速的情况下，调整(并且如果可能的话，减少)处理器运行所在的频率和/或运行的内核的数量。

如上所述，处理器可以被动态地调整。可以不断监测处理器管芯温度，并且可以通过调整最大功率水平和频率寄存器来动态调整处理器turbo配置文件。

当确定管芯温度超过该温度时，功率调整器120可将最大功率调整到维持该温度的水平。当确定管芯温度超过该温度时，功率调整器120可维持最大功率。下面参照图2讨论关于温度监测和功率调整的更多细节。

图2是用于处理器管芯温度监测的示例方法200的流程图。该流程图表示可以结合参考前面的附图讨论的各种系统和设备(例如参考图1描述的系统100和/或参考图4描述的系统400)使用的过程。虽然以特定顺序进行说明，但流程图并不打算如此受限制。相反，明确地预期各种过程可以以不同的顺序发生和/或与除所示的那些过程之外的其它过程同时发生。如此，结合图2描述的操作序列是示例，并非意在限制。在不脱离公开的示例的范围的情况下，额外的或更少的操作或操作的组合可以被使用或可以有所不同。因此，本公开仅仅提出了实施方式的可能示例，并且可以对描述的示例做出许多变化和修改。尽管某些块被描述为由某些参与者(引导环境、管理节点等)执行，但这是出于说明的目的，在一些方面，这些块可以替代地或附加地由其它参与者执行。

方法200可以在块202处开始并且继续到块204，在块204处，该方法可以包括设置频率水平和内核频率比。如上所述，可基于默认最大功率(诸如由系统100的功率水平确定器112确定的默认功率)来确定初始默认频率水平和内核频率比。默认的最大功率可以基于环境信息，例如处理器正在其中被使用的系统的硬件配置、系统/处理器的冷却能力、正被使用的服务器/处理器的能力和加热特性、处理器正在执行的工作负载的类型等。一旦确定并实施了初始设置，方法200可以用于根据需要维护和/或调整初始设置。

在块206处，该方法可以包括确定处理器管芯温度是否小于或等于预定温度。预定温度可以是用于有效地对任何变化的负载做出反应的IPT的温度缓冲范围的上限。温度缓冲提供一时间段以对处理器的变化的负载做出反应。换句话说，温度缓冲被用作减速阈值以防止处理器的减速。

如果确定处理器管芯温度小于或等于预定温度(即，管芯温度低于温度缓冲范围的下限)(块206的“是”分支)，那么该方法可以返回到块206并继续监视处理器管芯温度。换句话说，该方法可以包括确定，例如，监视可以继续，直到关闭系统。

如果确定处理器管芯温度不小于或等于预定温度(即，管芯温度高于温度缓冲范围的下限)(块206的“否”分支)，那么该方法可以前进到块208，在块208处，该方法可以包括降低最大功率水平。降低最大功率水平可以包括：设置可编程频率水平寄存器和可编程内核频率比寄存器以维持新的最大功率水平。可以以预定增量降低最大功率水平。

在块210处，该方法可以包括确定处理器管芯温度是否大于预定温度。换句话说，块210可以包括确定处理器管芯温度是否超过温度缓冲范围的上限。如果确定处理器管芯温度大于预定温度(即，超过温度缓冲范围的上限)(块208的“是”分支)，那么处理器可返回块208，在块208处，该方法可以包括降低功率水平。块210的确定还可以使滞后效应生效。换句话说，块210的确定可以利用例如偏移值，解释处理器可以处于冷却期的事实。

如果确定处理器管芯温度不大于预定温度(即，没有超过温度缓冲范围的上限)(块208的“否”分支)，那么处理器可以前进至块214，在块214处，该方法可以包括增加最大功率水平。增加最大功率水平还可以包括设置可编程频率水平寄存器和可编程内核频率比寄存器，以维持新的最大功率水平。可以以预定增量提高最大功率水平。提高最大功率水平的增量可以与以之降低最大功率水平的增量相同或不同。

此外，最大功率水平可以被一次地和/或增量地提高预定增量。例如，如果预定增量是10瓦，那么最大功率水平可以被立即提高10瓦或者可以一次减小1瓦。如果增量地提高最大功率水平，则可以在每次增量提高之后(或在每次减少之后)检查管芯温度。当然，这些数字是为了说明的目的，可以使用其它预定的增量。

在块214之后，该方法可以返回到块206并继续监视处理器管芯温度。例如，监视可以继续，直到关闭系统。

图3是用于处理器功率调整的示例方法300的流程图。该流程图表示可以结合参考前面的附图讨论的各种系统和设备(例如参考图1描述的系统100和/或参考图4描述的系统400)使用的过程。虽然以特定顺序进行说明，但流程图并不打算如此受限制。相反，明确地预期各种过程可以以不同的顺序发生和/或与除所示的那些过程之外的其它过程同时发生。如此，结合图3描述的操作序列是示例，并非意在限制。在不脱离公开的示例的范围的情况下，额外的或更少的操作或操作的组合可以被使用或可能有所不同。因此，本公开仅仅提出了实施方式的可能示例，并且可以对描述的示例做出许多变化和修改。尽管某些块被描述为由某些参与者(引导环境、管理节点等)执行，但这是出于说明的目的，在一些方面，这些块可以替代地或附加地由其它参与者执行。

方法300可以在块302处开始并且继续到块304，在块304处，该方法可以包括收集处理器的环境信息。环境信息可以包括容纳处理器的计算机系统的系统配置和计算机系统的温度。在一些方面，环境信息还可以包括由处理器可执行的多个工作负载，并且多个工作负载中的每个工作负载可以具有对应的功耗配置文件。在这些方面，该方法还可以包括：确定处理器正在执行具有低功耗配置文件的工作负载，并且增加处理器的最大功率水平。

在块306处，该方法可以包括确定处理器的最大功率水平。最大功率水平可以是处理器能够达到的最高运行功率水平。在块308处，该方法可以包括设置频率水平和维持处理器的最大功率的内核频率比。频率水平和内核的数量可以由连接到处理器的管理芯片设置。在一些方面，管理芯片可以被嵌入在处理器管芯中。设置频率水平和维持处理器的最大功率的内核数量可以包括：确定处理器在最高运行功率水平下运行所能够达到的最高运行频率水平，将最高运行频率水平设置为频率水平，并且将处理器的内核总数设置为内核数量。

频率水平和内核－频率比可以分别由可编程频率寄存器和可编程内核寄存器控制。可以没有值被融合到可编程频率寄存器和可编程内核寄存器中。

在块310处，该方法可包括接收与处理器对应的管芯温度，并且在块312处，该方法可包括确定管芯温度超过与处理器对应的温度。该温度可以是提供用于对处理器的变化负载做出反应的一时间段的温度缓冲范围的上限。在一些方面，该方法可以包括：确定管芯温度低于温度缓冲范围的下限并且增加最大功率水平。

在块314处，该方法可以包括将最大功率调整到维持该温度的水平。该方法可以前进到块316，在块316处，该方法可以结束。

图4是用于处理器功率调整的示例系统400的框图。在图4中示出的示例中，系统400包括处理内核402。尽管以下描述涉及单个处理内核，但是描述也可以应用于具有多个处理内核的系统。在这样的示例中，可以跨多个处理内核分配(例如，执行)指令。

处理器402可以是至少一个中央处理单元(CPU)、微处理器和/或适合于获取和执行指令的其它硬件设备。在图4中示出的示例中，处理器402可以提取、解码并执行指令406、408、410、412和414来执行处理内核的替换功能。在一些示例中，指令406、408、410、412和414可以被存储在机器可读介质404上。机器可读介质404可以包括任何易失性存储器、非易失性存储器或易失性和非易失性存储器的任何适当组合。机器可读介质404可以包括(例如可以是)例如随机存取存储器(RAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、存储驱动器、光盘和/或其它合适的存储器。处理器402可以包括至少一个电子电路，该电子电路包括用于执行所述指令中的至少一个指令的功能的多个电子组件。关于本文描述和示出的可执行指令表示(例如，方框)，应该理解，一个方框中包括的可执行指令和/或电子电路中的部分或全部可以被包括在图中所示的不同方框或未示出的不同方框中。

参考图4，在由处理器(例如，402)执行时，功率水平确定指令406可以使系统400基于处理器的环境信息确定处理器的最大功率水平。最大功率水平是处理器能够达到的最高运行功率水平。环境信息可以包括容纳处理器的计算机系统的系统配置、计算机系统的温度和/或可由处理器执行的多个工作负载、多个工作负载中的每个工作负载具有功耗配置文件。

当由处理器(例如，402)执行时，设置指令408可以使系统400设置频率水平和/或维持处理器的最大功率的内核频率比。频率水平可以由可编程频率寄存器控制，并且内核频率比可以由可编程内核寄存器控制。可以没有值被融合到可编程频率寄存器和可编程内核寄存器中。

设置频率水平和维持处理器的最大功率的内核数量可以包括：确定处理器在最高运行功率水平下运行所能够达到的最高运行频率水平，将最高运行频率水平设置为频率水平，并且将处理器的内核总数设置为内核数量。

频率水平和内核数量可以例如由连接到处理器的管理芯片设置。在一些方面，管理芯片可以被嵌入在处理器管芯中。

当由处理器(例如，402)执行时，温度接收指令410可使系统400接收与处理器对应的管芯温度。当由处理器(例如，402)执行时，温度确定指令412可以使系统400确定管芯温度超过与处理器对应的温度。该温度可以是提供用于对处理器的变化负载做出反应的一时间段的温度缓冲范围的上限。在一些方面，温度确定指令412还可以使系统400确定管芯温度低于温度缓冲范围的下限并且增加最大功率水平。

当由处理器(例如，402)执行时，温度调整指令414可以使系统400将最大功率调整到维持该温度的水平。

前述公开描述了处理器功率调整的多个示例。所公开的示例可以包括用于处理器功率调整的系统、设备、计算机可读存储介质和方法。为了解释的目的，参考图1至图4中所示的组件来描述了某些示例。然而，所示组件的内容类型可以重叠，并且可以存在于更少或更多数量的元件和组件中。此外，所示元素的全部或部分内容类型可以共存或分布在几个地理上分散的位置中。此外，所公开的示例可以在各种环境中实施并且不限于所示示例。

此外，结合图1至图4描述的操作的顺序是示例，并非意在限制。在不脱离所公开的示例的范围的情况下，额外的或更少的操作或操作的组合可以被使用或可以有所不同。此外，与所公开的示例一致的实施方式不需要以任何特定顺序执行操作的序列。因此，本公开仅仅阐述了实施方式的可能示例，并且可以对所描述的示例进行许多变化和修改。

Claims (11)

1.一种用于处理器功率调整的方法，包括：

收集处理器的环境信息；

确定所述处理器的最大功率水平；

设置频率水平和维持所述处理器的最大功率的内核频率比，其中所述频率水平和所述内核－频率比分别由可编程频率寄存器和可编程内核寄存器控制，其中所述内核频率比是turbo频率与活跃内核的数量的比率；

接收与所述处理器对应的管芯温度；

确定所述管芯温度超过与所述处理器对应的温度；并且

将所述最大功率调整到维持所述温度的水平，

其中设置所述频率水平和维持所述处理器的所述最大功率的内核频率比包括：

确定在最高运行功率水平下运行的所述处理器所能够达到的最高运行频率水平；

将所述最高运行频率水平设置为所述频率水平；并且

将所述处理器的内核总数设置为所述活跃内核的数量。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述温度是提供对所述处理器的变化负载做出反应的一时间段的温度缓冲范围的上限。

3.根据权利要求2所述的方法，包括：

确定所述管芯温度低于所述温度缓冲范围的下限；并且

增加所述最大功率水平。

4.根据权利要求1所述的方法，其中没有值被融合到所述可编程频率寄存器和所述可编程内核寄存器中。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述频率水平和所述内核的数量由连接到所述处理器的管理芯片来设置。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述处理器与担保设置相关联，所述方法包括：

确定所述最大功率水平和频率水平是否超过担保规格中定义的热规格；并且

当确定所述最大功率水平和频率水平超过所述热规格时，调整所述最大功率水平和所述频率水平中的至少一个以满足所述热规格。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述环境信息包括容纳所述处理器的计算机系统的系统配置和所述计算机系统的温度。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述环境信息包括所述处理器能够执行的多个工作负载，所述多个工作负载中的每个工作负载具有功耗配置文件，所述方法包括：

确定所述处理器正在执行具有低功耗配置文件的工作负载；并且

增加所述处理器的所述最大功率水平。

9.根据权利要求1所述的方法，包括：

当确定所述管芯温度不超过所述温度时，调整所述功率以维持所述最大功率。

10.一种用于处理器功率调整的系统，包括：

功率水平确定器；

寄存器设置器；

温度接收器；

温度确定器；和

功率调整器，

其中所述系统根据权利要求1-9中任一项所述的方法运行。

11.一种非暂时性机器可读存储介质，所述非暂时性机器可读存储介质以指令编码，当所述指令由系统的处理器执行时，使得所述系统根据权利要求1-9中任一项所述的方法运行。

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