CN116547633A - 利用多个电池的峰值功率削减及用于混合能量源的控制机制 - Google Patents

Abstract

提供了一种电池系统，在正常操作期间，如果由于任何原因AC功率不能满足功率接收方(例如，机架中的服务器)的功率需求，则电池备用单元(BU)可以补充机架的额外峰值功率。如此，可以在机架中添加更多的接收设备(例如，服务器)，因为BU能够介入来满足任何峰值功率需求。BU的电池或存储设备包括混合技术。例如，(一个或多个)高能量密度电荷(例如，锂离子电池)承载设备和低能量密度电荷承载设备(例如，超级电容器)的混合被用作电池或存储设备。控制器(例如，硬件、软件、或它们的组合)被用来分析峰值功率模式，并最小化对基于高能量密度电荷承载设备的电池单元的整体寿命的影响，同时最大化峰值功率削减特征的服务时间。

Description

利用多个电池的峰值功率削减及用于混合能量源的控制机制

背景技术

数据中心是高度优先考虑在多个服务器、机架、集群、和/或其他功率接收设备之间的可靠功率递送的用例的一个示例。在这种用例中，当主电源中断时，备用系统通常至少有助于电池功率的临时递送。随着服务器农场和其他此类网络资源在数量、规模、和能力上继续激增，预计对此类资源的持续运行的需求将不断增加。

附图说明

根据以下给出的详细描述和本公开的各种实施例的附图，将更充分地理解本公开的实施例，然而，不应将本公开理解为限制于特定实施例，而是仅用于解释和理解。

图1示出了根据一些实施例的包括具有峰值功率共享能力的分布式备用电池系统(BBS)的装置。

图2示出了根据一些实施例的包括多个服务器机架的系统，每个服务器机架包括具有峰值功率共享能力的BBS。

图3示出了根据一些实施例的使用分布式BBS进行峰值功率共享的方法的流程图。

图4示出了根据一些实施例的包括用于管理混合能量源来供应峰值功率需求的控制器的装置。

图5示出了展示峰值功率场景的曲线图。

图6示出了根据一些实施例的用于管理混合能量源来供应峰值功率需求的方法的流程图。

图7示出了展示根据一些实施例的管理混合能量源的一种情况的曲线图。

图8示出了根据一些实施例的包括具有峰值功率共享能力的BBS和/或供应峰值功率需求的混合能量源的智能设备或计算机系统或SoC(片上系统)。

具体实施方式

本文描述的实施例在电池之间提供了不同的冗余，这些电池将为多个功率接收方提供备用功率。在一些实施例中，一种设备包括多个电池，这些电池(例如)在AC功率故障的情况下提供DC功率。例如，第一电池被耦合以向第一组一个或多个设备供电，第二电池被耦合以向第二组一个或多个设备供电，第三电池被耦合以向第三组一个或多个设备供电，等等。第一组一个或多个设备可以(仅作为示例)是安装在数据中心的第一服务器机架中的第一组一个或多个服务器；第二组一个或多个设备可以(仅作为示例)是安装在数据中心的第二服务器机架中的第二组一个或多个服务器，等等，但是本公开的教导不受这些示例的限制。

在一些实施例中，这种设备的备用单元(BU)均包括相应的一个电池，例如，其中BU的控制电路例如通过通信总线进行通信。例如，给定BU通过通信总线广播关于其操作状态的信息。BU可以定期(或间歇性地)广播其正在按预期运行。在一个示例中，缺少这样的广播可以表明BU已经发生故障。在另一个示例中，广播可以提供BU的故障状态的指示。因此，BU集群中的BU知道集群内任何未按预期运行的BU。

在各种实施例中，BU通过相应的开关耦合到功率总线。正常情况下，当AC功率断开且集群的BU正在按预期运行时，功率总线不会通电。在这种情况下，第一BU向第一组一个或多个设备供电，第二BU向第二组一个或多个设备供电，并且第三BU向第三组一个或多个设备供电。

然而，当AC功率发生故障并且集群的BU之一(例如，第一BU)也停止工作时，可能会出现如下情况。在这种情况下，第二BU继续向第二组一个或多个设备供电，并且第三BU继续向第三组一个或多个设备供电。此外，第二或第三BU(或集群的一个或多个其他BU)中的一个或两个向功率总线供电。第一组一个或多个设备现在从功率总线接收功率。因此，功率总线的添加可以实现BU集群的冗余，在BU故障的情况下，(一个或多个)其他正常运转的BU可以接管故障BU的操作。该系统易于扩展，因为任何数量的BU都可以耦合到功率总线。

在一些实施例中，提供了一种装置，该装置包括多个电池系统(例如，备用电池单元)，包括第一电池系统和第二电池系统。在一些实施例中，第一或第二电池系统中的每一个包括：电池，包括一个或多个电池单元；充电器，用于对一个或多个电池单元充电；第一开关，用于将电池耦合到第一负载；第二开关，用于将功率总线耦合到第一负载；以及控制器，用于控制第一开关和第二开关。在一些实施例中，多个负载耦合到多个电池系统，其中，多个负载包括第一负载和第二负载。该装置还包括电源，用于向多个负载供电。另一个电源可以向多个电池提供充电功率。

在一些实施例中，该装置包括可切换地耦合到多个电池系统的功率总线，其中，第一电池系统向第一负载提供备用功率。第二电池系统向第二负载提供备用功率。在各种实施例中，第一和/或第二电池系统在第一负载的功率需求期间经由功率总线向第一负载供电。因此，电池系统能够为需要用于工作负载的更多功率的负载补充功率。相同的电池系统被配置为在对于负载的AC功率没有中断的情况下向负载提供备用功率。

在一些实施例中，第一和/或第二电池系统放电至下阈值(例如，满容量的20％甚至截止电平)，以在功率需求期间供电。在一些实施例中，该装置包括耦合到多个电池系统的数据总线。数据总线用于承载来自各种电池系统的遥测信息。数据总线还用于发送可以使能或禁用电池系统的开关的控制信号。在一些实施例中，控制器监测第一负载和第二负载的功率消耗，并监测第一电池系统和第二电池系统的实时容量。在一些实施例中，控制器基于第一负载或第二负载的工作负载优先级，向第一电池系统或第二电池系统中的一个提供更高的充电优先级。在一些实施例中，电池单元包括高能量密度存储库(例如，锂离子电池单元)和低能量密度存储库(例如，(一个或多个)超级电容器)。

在一些实施例中，当第一负载需要突发功率(例如，从数毫秒到数十秒的功率尖峰)时，控制器使能低能量密度存储库向第一负载提供功率。在一些实施例中，当第一负载需要峰值功率(例如，持续数十秒到数分钟的功率)时，控制器使能高能量密度存储库向第一负载提供功率。在一些实施例中，控制器在高能量密度存储库被充电之前对低能量密度存储库充电。这允许电池系统准备好为负载的任何突发的功率需求供电。在一些实施例中，控制器使能低能量密度存储库作为主电池源，并使能高能量密度存储库作为辅电池源，以在第一负载需要突发功率时向第一负载提供功率。在一些实施例中，第一负载和第二负载分别包括第一服务器机架和第二服务器机架。在一些实施例中，功率需求是峰值功率削减需求。

在一些实施例中，在正常操作期间，如果由于任何原因AC功率不能满足功率需求，则BU可以补充接收设备(例如，机架)的额外峰值功率。因此，可以在机架中添加更多的接收设备(例如，服务器)，因为BU可以介入以满足峰值功率需求。在一些实施例中，BU的电池或存储设备包括混合技术。例如，将(一个或多个)高能量密度电荷承载设备和低能量密度电荷承载设备的混合用作电池或存储设备。高能量密度电荷承载设备(例如，锂离子电池)充电缓慢但每单位面积承载高电荷，而低密度电荷承载设备(例如，超级电容器)充电相对较快但承载较少电荷。因此，通过使用每种类型的存储技术的最佳特性来提高BU的性能。在一些实施例中，控制器(例如，硬件、软件、或它们的组合)被用来分析峰值功率模式，并最小化对基于高能量密度电荷承载设备的电池单元的整体寿命的影响，同时最大化峰值功率削减特征的服务时间。在这种情况下，即使当基于高能量密度电荷承载设备的电池单元仍然充电不足时，峰值功率削减服务也被最大化。

在一些实施例中，根据高密度和低密度能量源各自的寿命统计，从高密度和高密度能量源中优先选择一个作为用于放电或供电的能量源。例如，首先使用低密度能量源(例如，超级电容器)来供电。在实际运行一段时间后，对寿命数据进行监测和分析，并执行对供应的动态变化过程，以平衡两种能量源的生命周期。

存储设备的混合技术显著降低了在频繁充放电场景下对能量存储系统的寿命的影响。其他技术效果将从各种实施例和附图中显而易见。

在以下描述中，讨论了许多细节，以提供对本公开实施例的更全面的解释。然而，对于本领域技术人员来说明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开的实施例。在其他情况下，为了避免混淆本公开的实施例，以框图的形式而不是详细地示出了公知结构和设备。

注意，在实施例的相应附图中，信号用线表示。一些线可以较粗，以指示更多的组成信号路径，和/或在一个或多个端部具有箭头，以指示主要信息流方向。此类指示并非旨在限制。相反，这些线是结合一个或多个示例性实施例使用的，以便更容易地理解电路或逻辑单元。根据设计需要或偏好，任何表示的信号实际上都可以包括一个或多个信号，这些信号可以在任一方向上传播并且可以用任何合适类型的信号机制来实现。

图1示出了根据一些实施例的包括具有峰值功率共享能力的分布式备用电池系统(BBS)的装置100。这里，备用电池系统也称为备用电池单元(BU)。装置100包括AC电源101，AC电源102，BU 104-1、104-2至104-N(其中，N是数字)，诸如服务器机架160-1、160-2至160-N之类的接收设备，功率总线130，数据总线134，以及节点或轨道131-1、131-2至131-N。在一些实施例中，每个BBS(在总体提及的情况下，也称为104)包括充电器108、电池112、开关116和120、以及控制器124。本文用公共参考标号及跟在其后的特定数字或字母指代的元件可以由参考标号单独或统一指代。例如，BU 104-1、104-2、104-N可以统一或总体地称为复数形式的BU 104或单数形式的BU 104。

在所示的示例实施例中，BU 104-1包括电池112-1，开关116-1、120-1，以及耦合在它们之间的节点131-1。类似地，BU 104-2包括电池112-2、，开关116-2、120-2，以及耦合在它们之间的节点131-2——例如，BU 104-N包括电池112-N，开关116-N、120-N，以及耦合在它们之间的节点131-N。BU 104-1、104-2、……104-N还包括相应的控制器124-1、124-2、……124-N，它们被不同地耦合以经由数据总线134进行通信。

功率总线130耦合到开关120，设备160-1、160-2、……、160-N分别经由节点131-1、131-2、……、131-N耦合到BU 104。BU 104被不同地耦合，以分别从AC电源101接收功率——例如，在设备160被不同地耦合以分别从另一AC电源102接收功率的情况下。例如，AC电源101和AC电源102是不同的电源，或者在一些实施例中是同一电源。

在各种实施例中，BU 104为一个或多个功率接收设备160提供电池备用，该一个或多个功率接收设备160将耦合到装置100(或者在一些实施例中是装置100的一部分)。例如，装置100包括功率接收方160-1、功率接收方160-2、功率接收方160-N等。功率接收方160中的任何一个表示单个设备或设备的集合。个体接收方160可以表示可以(例如，从电源102)接收交流(AC)功率和/或从BU 104接收直流(DC)功率的任何适当的计算设备。仅仅作为一个例子，装置100被实现在包括服务器或计算设备的数据中心中，例如，其中，个体接收方160表示包括多个服务器的服务器机架。本公开的教导不受接收方160的类型和/或数量的限制。

在一些实施例中，功率总线130可用于在给定的一个BU 104和给定的一个接收方160之间个别地递送功率。如将在本文中进一步详细讨论的，例如，当向一个或多个接收方160供应AC功率的AC电源102发生故障时和/或当一个或多个BU 104不工作时，功率总线130可以向一个或多个接收方160供应DC功率。

在一些实施例中，BU 104被直接或间接地耦合，以从电源101接收功率，其中，BU104可用于经由电池主功率节点131和/或功率总线130向接收方160提供DC电压。例如，在一些实施例中，一些或全部BU 104经由充电电路108耦合到AC电源101，充电电路108有助于使用来自AC电源101的功率对电池(再)充电。例如，AC电源101和102是不同的AC电源，或者在一些实施例中，是相同的AC电源。

在所示的示例实施例中，BU 104包括开关电路，该开关电路包括用于将电池112耦合到节点131的第一开关电路(例如，包括说明性开关116)。在一些实施例中，开关电路包括第二开关电路(例如，包括说明性开关120)，以将电池112耦合到功率总线130。在一些实施例中，BU 104包括控制器124(例如，包括硬件和/或执行软件)，控制器124提供监测装置100的一个或多个功率递送特性的功能，并且基于这种监测来选择性地配置开关电路的特定状态。通过说明而非限制，控制器124可以选择性地配置开关电路的多个可能状态中的一个，例如，包括“电池备用”状态，在该状态中，电池BU 104-1到104-N分别电耦合到接收方160-1到160-N。例如，根据某一预定的性能标准，响应于AC电源102对接收方160的功率递送不足(或预期不足)的指示，配置这样的电池备用状态。

在一个这样的实施例中，多个可能状态进一步包括“备用冗余”状态，在该状态中，一个BU 104经由总线130电耦合到一个接收方160，例如，同时另一个BU 104与接收方160电去耦。例如，这样的备用冗余状态是响应于指示而配置的，根据相同或某一其他预定的性能标准，该指示表明由特定的一个BU 104进行的功率递送是(或预计是)不足的，例如，在AC电源102对接收方160的功率递送的上述不足期间。

附加地或替代地，在一些实施例中，这样的多个可能状态还包括“禁用备用”状态，在该状态中，每个BU 104与接收方160电去耦。例如，响应于AC电源102对接收方160的功率递送足以(或预期足以)满足相应的预定性能标准的指示，配置这样的禁用备用状态。

在一些实施例中，控制器124被耦合以监测对接收方160的实际或潜在功率递送的一个或多个特性。例如，控制器124被耦合以在数据总线134上接收一个或多个信号，该一个或多个信号描述或以其他方式指示功率递送性能和/或能力的一个或多个参数，例如，在控制器124的性能监测包括对传统功率监测技术进行适配得到的一个或多个操作的情况下。

在装置100的操作期间，控制器124可以基于数据总线134上的一个或多个信号和一个或多个性能标准来确定某一功率递送——例如，AC电源102和/或BU 104之一——在一个或几个方面是(或预期是)不足的。

在一个示例场景中，数据总线134上的信号指示BU 104中的第一BU的功率递送不足。基于数据总线134上用信号表示的这一指示，控制器124选择BU 104中的第二BU，并经由开关电路配置备用冗余状态，其中，BU 104中的第二BU将用作BU 104中的第一BU的替代，也就是代替第一BU。在一个说明性实施例中，响应于数据总线134上指示BU 104-1的功率递送不足的信号，控制器124(例如，124-1到124-N中的一个)选择BU 104中的另一个BU作为BU104-1的替代——例如，选择电池BU 104-2而不选择电池BU 104-3。基于这个选择，控制器124提供控制信号来将开关116、120从第一状态转换到第二状态。

例如，第一状态是电池备用状态，其(通过开关116-1至116-N的相应导通状态)将电池112-1至112-N分别电耦合到节点131-1至131-N，而功率总线130与节点131-1到131-N中的每一个电去耦(通过开关120-1至120-N的相应关断状态)。第二状态是备用冗余状态，在该示例中，备用冗余状态经由总线130将电池112-2(通过开关116和120的相应导通状态)电耦合到节点131-1，而电池112-1与节点131-1电去耦(通过开关120-1的关断状态)。在一个这样的实施例中，数据总线134上的信号随后指示电池112-1的功率递送再次足以满足性能标准。响应于这样的指示，控制器124将开关电路从第二状态转换回第一状态。

在一些实施例中，控制器124可操作以将开关电路从一个备用冗余状态转换到另一个备用冗余状态。例如，当开关电路处于上述第二状态时，数据总线134上的信号可以向控制器124指示电池112-2(其当前被提供作为电池112-1的替代)的功率递送不足。基于数据总线134上用信号表示的这种指示，控制器124选择电池112-N(例如)作为电池112-2的替代。基于这样的选择，数据总线134上的控制信号被传送以将开关电路从第二状态转换到第三状态，即不同的备用冗余状态，在该状态中电池112-N经由总线130电耦合到节点131-1，而电池112-1与节点131-1电去耦。在一些实施例中，在第三状态期间，电池112-2与总线130和/或接收方160-2电去耦。

在一些实施例中，控制器124附加地或替代地操作以在禁用备用状态和电池备用状态之间转换开关电路。例如，数据总线134上的控制信号可以配置电池备用状态，在该状态中数据总线上的信号指示AC电源102对接收方160的功率递送不足。附加地或替代地，数据总线134上的控制信号可以配置禁用备用状态，在该状态中数据总线134上的信号指示AC电源102对接收方160的功率递送足以满足一些预定性能标准。

在一些实施例中，即使当所有BBS 104处于正常状态(即，完全充电和/或无缺陷)时，一些BBS 104也可能放电一段时间，并且保留的容量不足以继续维持峰值功率削减需求。这里，峰值功率削减需求是指比一个或一些BBS的供应能力更长的峰值功率维持时间。在这种情况下，控制器124可以使容量仍然高于阈值(例如，可编程阈值)的其他BBS(与其他接收方160相关联或配对)为该接收方供电。这样，所有接收方160都有更多的机会在峰值功率模式下操作，这提高了性能并提供了更高密度的机架实现方式。

在各种实施例中，与每个接收方160相关联的分布式BBS 104可以支持其他接收方160。例如，BBS 104不仅可以用于向与其相关联的接收方160供电，而且还可以解决其他接收方160的峰值功率削减需求。这样，根据一些实施例，BBS 104提供交叉接收方电源能力。在各种实施例中，功率总线130连接多个BBS 104以共享功率。在一些实施例中，数据总线134被用来报告电池充电状态和来自BBS 104中的任何一个的突发电源的可用性。

例如，当BBS 104-1的电池112-1的电荷水平低于阈值(例如，充电水平低于20％)，但服务器机架160-1需要在突发模式下操作(具有比正常使用更高的功率需求)时，控制器124-1使开关120-1闭合，并且从BBS 104-2到BBS 104-N中的一个或多个向服务器机架160-1提供补充功率。在一些实施例中，控制器124中的任何一个可以承担主控制器或监管控制器的角色，以管理对BBS 104中的任何一个BBS的开关的控制。在一些实施例中，监管控制器实时监测每个机架160的功率消耗和每个BBS 104的电荷水平，并通过数据总线134向被监管或从控制器124发送(一个或多个)命令来控制开关，以使得任何服务器机架160都可以在突发模式下操作，尽管BBS 104中的一些电池具有低电荷。

继续该示例，在一些实施例中，虽然来自BBS 104-2至104-N的补充电池功率被用于机架160-1中的服务器，但是去往机架160-1的电网功率可以为机架160-1中的服务器和BBS 104-1二者供电。这里，电网功率是从AC电源101和/或电源102提供的功率。在一些实施例中，一个或少数几个选定的机架160可以充当控制器来监测遥测信息，并通过数据总线134发送命令以控制开关116和/120，从而将功率移到需要功率的任何机架160。

图2示出了根据一些实施例的示出多个服务器机架的系统200，每个服务器机架包括具有峰值功率共享能力的BBS。系统200示出了装置100的另一实施例。系统200包括服务器机架260-1至260-M。在一些实施例中，每个服务器机架包括服务器和相应的BBS。例如，服务器机架260-1包括服务器261-10、261-11到261-1N。服务器机架260-2包括服务器261-20、261-21到261-2N。服务器机架260-M包括服务器261-N0、261-N1到261-NN。这里，BBS 104被重新标记为BBS 204，表明BBS在机架内部。每个服务器261可以包括参考图7所述的SoC。

返回参考图2。在一些实施例中，每个机架260中的BBS 204被用来支持峰值功率。例如，当机架260-1需要峰值功率，但机架260-1中BBS 204-1的容量不足(例如，电荷低于阈值，例如20％)时，具有足够的保留容量的其他BBS(例如，机架260-2至260-M中的BBS 204-2至BBS 204-M中的任何一个、一些、或全部)向机架260-1供电(如果有的话)，或者BBS 204-2至BBS 204-M中的所有BBS都可用于峰值功率削减。在一些实施例中，不允许机架中的每个BBS在低于较低阈值(例如，20％)的情况下放电，该较低阈值是BBS作为备用或不间断电源(UPS)所必需的最小值。这样的条件被强制执行，以在断电期间向机架提供功率。在一些实施例中，为了向任何机架提供峰值功率需求，允许每个BBS放电到低电荷水平(例如，较低阈值)或甚至为零。在这种情况下，当AC电网断电发生时，BBS 204中的一些仍然获得足够的能量来维持机架一段合理时间。

在一些实施例中，BBS 204中的一个BBS被赋予代理(主管或监管)的角色，以监测所有机架260的功率消耗和所有BBS 204的实时容量。代理BBS 204计算有多少BBS可以放电到低电平阈值(例如，低于UPS所需的阈值)。计算被动态更新，并且控制命令由代理BBS经由数据总线134发送到选定BBS。根据各种实施例，这些选定BBS然后可以在峰值功率需求期间提供补充功率。

在一些实施例中，当机架功率需求低于为电网电源设置的功率预算时，BBS 204的电池112被充电。在一些实施例中，BBS 204被动态或自适应地充电。例如，控制器或代理BBS204可以优先考虑电网功率预算，以便以更高的工作负载优先级向机架260中的那些BBS204充电。在一些实施例中，控制器或代理BBS 204(例如，204-1)可以使用其他BBS(例如，204-2到204-M)的其他保留充电容量来为具有高工作负载优先级的选定机架维持更多功率。这样，剩余的电网功率预算可以用于向BBS 204-1充电。本文所描述的思想可以扩展到几个高优先级机架的BBS。

图3示出了根据一些实施例的使用分布式BBS进行峰值功率共享的方法的流程图300。虽然块是按特定顺序描述的，但顺序可以修改。例如，一些块可以在其他块之前执行，而一些块可以并行执行。流程图300的处理可以通过硬件、软件、或它们的组合来执行。在一些实施例中，流程图300由BBS的代理或控制器124、BBS外部的控制器或逻辑、接收器(例如，机架160)的功率管理控制器、机架160的服务器中的处理器的功率管理单元(P单元)执行。

在块301，代理BBS 204-1或代理BBS的控制器124确定机架260-1中的BBS 204-1的电池112-1的电荷水平是否过低(例如，低于相对于电池满电荷的20％阈值)而无法支持机架260-1的突发功率模式。如果代理确定机架260-1中的BBS 204-1的电池112-1的电荷水平过低，则处理进行到块302。如果代理确定机架260-1中的BBS 204-1的电池112-1的电荷水平高于阈值，则处理进行到块305。在块305处，系统继续正常执行。

在块302，代理BBS 204-1或代理BBS的控制器124(或机架260-1或任何其他机架的功率管理单元)基于工作负载(例如，预期的工作负载)确定其是否需要功率突发。如果确定机架260-1没有预期需要突发功率的工作负载，则处理进行到块305。否则，处理进行到块303。在块303，代理BBS 204-1或代理BBS的控制器124(或机架260-1或任何其他机架的功率管理单元)确定机架260-2至260-M中的BBS 204-2至BBS 104-M是否可用于峰值功率削减。如果确定机架260-2至260-M中的BBS 204-2至BBS 104-M可用于峰值功率削减，则处理进行到块304。否则，处理进行到块305。在块304，代理BBS 204-1或代理BBS的控制器124(或机架260-1或任何其他机架的功率管理单元)使BBS 204-2至BBS 204-M向机架260-1供电，用于机架260-1中的突发功率模式。

在各种实施例中，功率总线130可以可切换地耦合到电网。电网可以是节点131，其被组织为功率分发网络以向一个或多个机架提供功率。在一个这样的实施例中，功率总线130和/或电网上的电源可以双向施加，用于支持任何机架的突发模式和/或用于对BBS的电池充电。

本文描述了一种用于混合能量源的控制机制，以提供峰值功率需求。BBS 204中用于峰值功率削减的电池112(例如，基于锂离子的电池)的扩展使用对BBS 204的寿命周期产生负面影响。此外，为了支持突发功率需求，电池112被定期且快速地充电。例如，对于支持峰值功率削减的BBS 204，该BBS的电池被充电到阈值以上。

图4示出了根据一些实施例的包括用于管理混合能量源以供应峰值功率需求的控制器的装置400。装置400示出了混合能量系统401和功率接收方402。在这个示例中，功率接收方402是组织在机架中的一组服务器461-1至461-N。然而，这些实施例可应用于任何功率接收方。在一些实施例中，装置400包括全局控制代理403，全局控制代理403从功率接收方402接收遥测数据并确定向功率接收方402提供包括峰值功率在内的功率的最佳方案。在一些实施例中，混合能量系统401包括局部控制代理404、充电调节器405、高能量密度电荷库406、低能量密度电荷库407、以及放电调节器408。

在一些实施例中，全局控制代理403和局部控制代理404通过分析功率接收方402的峰值功率模式来利用高能量密度电荷库406和低能量密度电荷库407的特性。全局控制代理403管理包括功率接收方402在内的多个功率接收方。局部控制代理404监测库406和407的充电和放电循环，以确定高能量密度电荷库406应该向功率接收方402提供多少电荷以及低能量密度电荷库407应该提供多少功率。如此一来，混合能量系统401最小化对高能量密度电荷库406的电池单元的整体寿命的影响，同时最大化用于峰值功率削减特征的服务时间。

在一些实施例中，全局控制代理403和局部控制代理404的角色可以组合在一个控制器中。在一些实施例中，全局控制代理403和局部控制代理404被实现为硬件、软件、或它们的组合。在一些实施例中，全局控制代理403和局部控制代理404是控制器124的一部分。

本文的各种实施例将高能量密度电荷库406描述为包括锂离子电池单元，将低能量密度电荷库407描述为包括超级电容器。然而，其他类型的电池单元和/或电荷库可以用于高能量密度电荷库406和低能量密度电荷库407。表1提供了高能量密度电荷库406和低能量密度电荷库407的特性之间的比较。

表1

低能量密度电荷库407(例如，超级电容器)具有大量的充放电循环，并且适合在短时间内但频繁出现的情况下供应能量需求。高能量密度电电荷库406(例如，锂离子电池组)具有更高的能量密度，并且更适合于长时间但具有较低的出现频率的能量需求(考虑到其充电时间相对较长)。在各种实施例中，添加低能量密度电荷库407作为供应(功率接收方402的)超过功率预算的峰值功率需求的第一层。本文使用了以下定义。

G_Agent 403：用于管理一群服务器的全局控制代理；

L_Agent 404：混合能量系统中的局部控制代理；

A_DoD_s：超级电容器组的允许放电深度；

A_DoD_b：锂离子/LFP电池组的允许放电深度(DoD)；

SoC_s：低能量密度电荷库407的当前容量(电荷状态)，此处为超级电容器组；

SoC_b：高能量密度电荷库406的当前容量(电荷状态)，此处为锂离子/LFP电池组；

P_budget：已配置系统的功率预算；

P_demand：已配置系统的功率需求；

P_in：已配置系统的输入功率。

根据工作负载的峰值功率需求模式，放电调节器408执行的放电控制方法被分解为三个级别的控制策略。

1级(L1)-使用低能量密度电荷库407(例如，超级电容器)为数百万秒至数十秒的短尖峰供应能量需求，允许放电深度被定义为A_DoD_s。如果低能量密度电荷库407可能没有考虑到即将到来的峰值功率是否在上述短时间内，则它仍然用作提供峰值功率的主要能量源，直到其容量下降到一定水平。

2级(L2)-使用高能量密度电荷库406(例如，锂离子电池)供应数十秒到数分钟的峰值需求，允许放电深度被定义为A_DoD_b。

3级(L3)-使用机架功率控制(如功率封顶)来管理回到所定义的功率预算下的功率消耗。

图5示出了展示L1、L2、和L3的峰值功率场景的曲线图500。返回参考图4，对于放电策略，低能量密度电荷库407被优先用于在功率超过功率预算时供应能量需求，以减少高能量密度电荷库406(例如，锂离子电池组)的放电次数。

充电策略由充电调节器405管理。对于充电策略，当有额外的功率能量(来自总预算)要使用时，低能量密度电荷库407被优先考虑。

在一些实施例中，全局控制代理403和/或局部控制代理404基于运行时健康状态指示符来调整低能量密度电荷库407(例如，超级电容器组)和高能量密度电荷库406(例如，电池组)之间的放电深度(DoD)的比率。这是为了平衡和最大化能量源406和407两者的生命周期。

健康状态(SOH)是评估高能量密度电荷库406和低能量密度电荷库407的寿命的一个特征。通常，SOH在0到100％的范围内，低于80％的SOH被认为是电池系统的最大循环的命中。

这里，使用L_h来表示高能量密度电荷库406(例如，锂离子电池)和低能量密度电荷库407(例如，超级电容器)的SOH的默认检查点。L_h比它的极限长。这里，极限命中指的是需要更换超级电容器或锂离子电池。在一些实施例中，局部控制代理404周期性地分别轮询超级电容器组407(SOH_s)和电池组406(SOH_b)的SOH，并计算超级电容器组407的SOH下降率(SOH_D_s)和电池组406的SOH下降率(SOH_D_b)。通过计算平均SOH下降率，局部控制代理404能够估计超级电容器组407的剩余寿命(L_s)和电池组406(L_b)的剩余寿命。如果L_s>L_h且L_b<L_h，则L_Agent404增大A_DoD_s并减小A_DoD_b。如果L_s<L_h且L_b>L_h，则L_Agent 404减小A_DoD_s并增大A_DoD_b。如果L_s<L_h且L_b<L_h，则L_Agent 404减小A_DoD_s并减小A_DoD_b。

图6示出了根据一些实施例的用于管理混合能量源以供应峰值功率需求的方法的流程图600。虽然各种块被以特定顺序示出，但是可以修改该顺序。例如，一些块可以在其他块之前执行，而一些块被并行执行。流程图600的方法由全局控制代理403和/或局部控制代理404执行。在一些实施例中，流程图600的方法由控制器124执行。在一些实施例中，混合能量系统401和/或全局控制代理403被实现在用于服务器461-1至461-N中的任何一个的功率控制单元(PCU或P单元)中。在一个这样的实施例中，流程图600的方法由PCU执行。

在块601，将功率需求与功率预算进行比较。如果功率需求大于功率预算，则处理进行到块602。在块602，将低能量密度存储库407(例如，超级电容器)的电荷状态(SOC)与超级电容器组的允许放电深度A_DoD_s进行比较。如果SOH_s大于(1-A_DoD_s)，则处理进行到块603。在块603，局部代理404应用L1放电策略。根据该策略，低能量密度电荷库407(例如，超级电容器)为数百万秒到数十秒的短尖峰供应能量需求，并且允许放电深度被定义为A_DoD_s。如果低能量密度电荷库407可能不考虑即将到来的峰值功率是否在上述短段内，则它仍然用作提供峰值功率的主能量源，直到其容量下降到一定水平。

如果SOC_s小于或等于(1-A_DoD_s)，则处理进行到块604。在块604，将高能量密度存储库406(例如，锂离子电池)的电荷状态(SOC)与锂离子/LFP电池组的允许放电深度(DoD)A_DoD_b进行比较。如果SOC_b大于(1-A_DoD_b)，则处理进行到块605。在块605，应用L2放电策略。在L2中，高能量密度电荷库406(例如，锂离子电池)被用来供应几十秒到几分钟的峰值需求，并且允许放电深度被定义为A_DoD_b。如果SOC_b小于或等于(1-A_DoD_b)，则处理进行到块606。在块606，应用L3控制策略。在L3中，机架功率控制(如功率封顶)被用来管理回到所定义功率预算下的功率消耗。该处理随后进行到块607。

在块607，将SOC_s与(1-A_DoD_s)进行比较，并将SOC_b与(1-A_DoD_b)进行比较。如果SOC_s大于(1-A_DoD_s)或SOC_b大于(1-A_DoD_b)，则处理返回到块601。如果SOC_s小于或等于(1-A_DoD_s)且SOC_b小于或等于(1-A_DoD_b)，则处理返回到块606。

返回参考块601，如果功率需求小于或等于功率预算，则处理进行到块608。在流程图600的这个分支中，首先对低能量密度库407充电，然后对高能量密度库406充电。在块608，将超级电容器的电荷状态与其满电荷容量进行比较。如果SOC_s已满或基本上已满，则处理进行到块610。在块610，将锂离子的电荷状态与其满电荷容量进行比较。如果SOC_b已满或基本上已满，则不太需要充电，并且处理进行到块601。在一些实施例中，超级电容器组和锂离子存储库都被充电到100％。在一些实施例中，将锂离子存储库充电至略小于100％(例如，90％或95％)的水平，以延长锂离子存储库的寿命。

如果SOC_s未满，则处理进行到块609，在块609中使用部分或完全可用的能量对低能量密度电荷库407(超级电容器)充电。在一些实施例中，来自其他BBS 104的电荷可以被用来给电池112(这里是混合电池)充电。该处理随后进行到块608。如果SOC_b未满，则处理进行到块611，在块611中使用部分或完全可用的能量对高能量密度电荷库406(例如，锂离子电池)充电。在一些实施例中，来自其他BBS 104的电荷可以被用来给电池112(这里是混合电池)充电。该处理随后进行到块610。

图7示出了根据一些实施例的展示管理混合能量源的一种情况的曲线图700。这里，SOH_b是701，SOH_s是702。如果L_s>L_h且L_b<L_h，则L_Agent 404增大A_DoD_s并减小A_DoD_b。如果L_s<L_h且L_b>L_h，则L_Agent 404减小A_DoD_s并增大A_DoD_b。如果L_s<L_h且L_b<L_h，则L_Agent 404减小A_DoD_s并增大A_DoD_b。

实施例的元素(例如，参考图3和图6的流程图)也被提供为机器可读介质(例如，存储器)，用于存储计算机可执行指令(例如，用于实现本文讨论的任何其他过程的指令)。在一些实施例中，计算平台包括耦合在一起的存储器、处理器、机器可读存储介质(也称为有形机器可读介质)、通信接口(例如，无线或有线接口)、以及网络总线。

在一些实施例中，处理器是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、通用中央处理单元(CPU)、或实现简单有限状态机的低功耗逻辑，以执行参考图3和图6和/或各种实施例等的方法。

在一些实施例中，系统的各种逻辑块通过网络总线耦合在一起。可以使用任何合适的协议来实现网络总线。在一些实施例中，机器可读存储介质包括用于计算或测量设备相对于另一设备的距离和相对方位的指令(也称为程序软件代码/指令)，如参考各种实施例和流程图所描述的。

与参考图3和图6(和/或各种实施例)的流程图相关联并被执行以实现所公开主题的实施例的程序软件代码/指令可以被实现为操作系统或特定应用、组件、程序、对象、模块、例程的一部分，或其他指令序列或指令序列的组织(称为“程序软件代码/指令”、“操作系统程序软件代码或指令”、“应用软件代码和指令”、或简称为“软件”或嵌入处理器的固件)。在一些实施例中，与参考图3和图6(和/或各种实施例)的流程图相关联的程序软件代码/指令由系统执行。

在一些实施例中，与参考图3和图6(和/或各种实施例)的流程图相关联的程序软件代码/指令被存储在计算机可执行存储介质中并由处理器执行。这里，计算机可执行存储介质是有形的机器可读介质，其可以被用来存储程序软件代码/指令和数据，当这些程序软件代码/指令和数据由计算设备执行时，促使一个或多个处理器执行如针对所公开主题的一个或多个附带权利要求中所述的(一种或多种)方法。

有形机器可读介质可以包括在各种有形位置存储可执行软件程序代码/指令和数据的存储装置，包括(例如)ROM、易失性RAM、非易失性存储器、和/或高速缓存和/或本申请中提及的其他有形存储器。该程序软件代码/指令和/或数据的部分可以被存储在这些存储装置和存储器设备中的任何一个中。此外，可以(例如)通过集中式服务器或对等网络(包括互联网)等从其他存储器获取程序软件代码/指令。软件程序代码/指令和数据的不同部分可以在不同的时间、在不同的通信会话、或在相同的通信会话中获取。

软件程序代码/指令(与参考图3和图6以及其他实施例的流程图相关联)和数据可以在计算设备执行相应的软件程序或应用之前被整体获取。替代地，软件程序代码/指令和数据的部分可以在需要执行时动态地获取，例如及时获取。替代地，例如，对于不同的应用、组件、程序、对象、模块、例程、或其他指令序列或指令序列的组织，可以进行这些获取软件程序代码/指令和数据的方式的一些组合。因此，不要求数据和指令在特定时刻全部在有形机器可读介质上。

有形计算机可读介质的示例包括但不限于可记录和不可记录类型的介质，例如，易失性和非易失性存储器设备、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存设备、软盘和其他可移动磁盘、磁存储介质、光存储介质(例如，光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD))等。软件程序代码/指令可以临时存储在数字有形通信链路中，同时通过这种有形通信链路实现电、光、声、或其他形式的传播信号，例如，载波、红外信号、数字信号等。

一般而言，有形机器可读介质包括以机器(即，计算设备)可访问的形式提供(即，以数字形式存储和/或发送，例如，数据包)信息的任何有形机制，该机器(即，计算设备)可以包括在(例如)通信设备、计算设备、网络设备、个人数字助理、制造工具、移动通信设备(无论是否能够从通信网络(比如，互联网)下载并运行应用和补贴应用(subsidizedapplication)，例如，等)、或包括计算设备在内的任何其他设备。在一个实施例中，基于处理器的系统是PDA(个人数字助理)、蜂窝电话、笔记本电脑、平板设备、游戏控制台、机顶盒、嵌入式系统、TV(电视机)、个人台式计算机等的形式或包括在其中。替代地，在所公开的主题的一些实施例中可以使用传统通信应用和(一个或多个)补贴应用。

图8示出了根据一些实施例的包括具有峰值功率共享能力的BBS和/或混合能量源以提供峰值功率需求的智能设备或计算机系统或SoC(片上系统)。需要指出的是，图8中与任何其他图中的元件具有相同参考标号(或名称)的元件可以以类似于所描述的任何方式操作或起作用，但不限于此。该智能设备中的任何块都可以具有用于动态优化电池充电电压的装置。

在一些实施例中，设备5500表示一种适当的计算设备，例如，平计平板、移动电话或智能电话、笔记本电脑、台式机、物联网(IOT)设备、服务器、可穿戴设备、机顶盒、支持无线的电子阅读器等。将理解的是，在设备5500中大体上示出了某些组件，而没有示出这样的设备的所有组件。

在一个示例中，设备5500包括SoC(片上系统)5501。图8中使用虚线示出了SoC5501的示例边界，其中一些示例组件被示出为包括在SoC5501。然而，SoC 5501可以包括设备5500的任何适当组件。

在一些实施例中，设备5500包括处理器5504。处理器5504可以包括一个或多个物理设备，例如，微处理器、应用处理器、微控制器、可编程逻辑设备、处理核心、或其他处理实现(例如，多个计算、图形、加速器、I/O、和/或其他处理芯片的分解组合)。由处理器5504执行的处理操作包括在其上执行应用和/或设备功能的操作平台或操作系统的执行。处理操作包括与人类用户或其他设备的I/O(输入/输出)相关的操作、与功率管理相关的操作、以及与将计算设备5500连接到另一设备相关的操作等。处理操作还可以包括与音频I/O和/或显示器I/O相关的操作。

在一些实施例中，处理器5504包括多个处理核心(也称为核心)5508a、5508b、5508c。尽管图8中仅示出了三个核心5508a、5508b、5508c，但处理器5504可以包括任何其他适当数量的处理核心，例如，数十个甚至数百个处理核心。处理器核心5508a、5508b、5508c可以在单个集成电路(IC)芯片上实现。此外，该芯片可以包括一个或多个共享和/或专用高速缓存、总线或互连、图形和/或存储器控制器、或其他组件。

在一些实施例中，处理器5504包括高速缓存5506。在一个示例中，高速缓存5506的部分可以专用于单独核心5508(例如，高速缓存5506的第一部分专用于核心5508a，高速缓存5506的第二部分专用于核心5508b，等等)。在一个示例中，高速缓存5506的一个或多个部分可以在两个或更多个核心5508之间共享。高速缓存5506可以分为不同级别，例如，1级(L1)高速缓存、2级(L2)高速缓存、和3级(L3)高速缓存等。

在一些实施例中，处理器核心5504可以包括提取单元，用于提取指令(包括具有条件分支的指令)以供核心5504执行。可以从诸如存储器5530之类的任何存储设备提取指令。处理器核心5504还可以包括解码单元，用于对所提取的指令进行解码。例如，解码单元可以将所提取的指令解码为多个微操作。处理器核心5504可以包括调度单元，以执行与存储解码指令相关联的各种操作。例如，调度单元可以保存来自解码单元的数据，直到指令准备好用于派遣，例如，直到解码指令的所有源值变得可用。在一个实施例中，调度单元可以向执行单元调度和/或发布(或派遣)解码指令以供执行。

执行单元可以在派遣指令(例如，由解码单元)解码并(例如，由调度单元)派遣之后执行派遣指令。在一个实施例中，执行单元可以包括多个执行单元(诸如，成像计算单元、图形计算单元、通用计算单元等)。执行单元还可以执行各种算术运算，诸如，加法、减法、乘法、和/或除法，并且可以包括一个或多个算术逻辑单元(ALU)。在一个实施例中，协处理器(未示出)可以结合执行单元执行各种算术运算。

此外，执行单元可能无序地执行指令。因此，在一个实施例中，处理器核心5504可以是无序的处理器核心。处理器核心5504还可以包括引退单元。引退单元可以在所执行的指令被提交之后引退该指令。在一个实施例中，所执行的指令的引退可以导致处理器状态从指令的执行中被提交，指令所使用的物理寄存器被取消分配，等等。处理器核心5504还可以包括总线单元，以使得能够经由一条或多条总线在处理器核心5504的组件和其他组件之间进行通信。处理器核心5504还可以包括一个或多个寄存器，用于存储由核心5504的各种组件访问的数据(例如，与分配的应用优先级和/或子系统状态(模式)关联相关的值)。

在一些实施例中，设备5500包括连接电路5531。例如，连接电路5531包括硬件设备(例如，无线和/或有线连接器和通信硬件)和/或软件组件(例如，驱动器、协议栈)，例如，以使能设备5500与外部设备通信。设备5500可以与外部设备(例如，其他计算设备、无线接入点、或基站等)分离。

在一个示例中，连接电路5531可以包括多个不同类型的连接。概括地说，连接电路5531可以包括蜂窝连接电路、无线连接电路等。连接电路5531的蜂窝连接电路总体上指的是由无线载波，诸如，经由GSM(全球移动通信系统)或其变体或衍生物、CDMA(码分多址)或其变体或衍生物、TDM(时分复用)或其变体或衍生物、第三代合作伙伴计划(3GPP)通用移动电信系统(UMTS)系统或其变体和衍生物、3GPP长期演进(LTE)系统或其变体或衍生物、3GPP高级LTE(LTE-A)系统或其变体或衍生物、第五代(5G)无线系统或其变体或衍生物、5G移动网络系统或变其体/衍生产品、5G新型无线电(NR)系统或其变体或衍生物、或其他蜂窝服务标准提供的蜂窝网络连接。连接电路5531的无线连接电路(或无线接口)是指不是蜂窝的无线连接，并且可以包括个人域网(例如，蓝牙、近场等)、局域网(例如，Wi-Fi)、和/或广域网(例如，WiMax)和/或者其他无线通信。在一个示例中，连接电路5531可以包括网络接口，例如，有线或无线接口，例如，使得系统实施例可以被结合到无线设备(例如，蜂窝电话或个人数字助理)中。

在一些实施例中，设备5500包括控制枢纽5532，其表示与一个或多个I/O设备的交互相关的硬件设备和/或软件组件。例如，处理器5504可以经由控制枢纽5532与显示器5522、一个或多个外围设备5524、存储设备5528、一个或多个其他外部设备5529等中的一个或多个通信。控制枢纽5532可以是芯片组、平台控制枢纽(PCH)等。

例如，控制枢纽5532示出了用于连接到设备5500的附加设备的一个或多个连接点，例如，用户可以通过该连接点与系统交互。例如，可以附接到设备5500的设备(例如，设备5529)包括麦克风设备、扬声器或立体声系统、音频设备、视频系统或其他显示设备、键盘或小键盘设备、或用于特定应用的其他I/O设备(例如，读卡器或其他设备)。

如上所述，控制枢纽5532可以与音频设备、显示器5522等交互。例如，通过麦克风或其他音频设备的输入可以为设备5500的一个或多个应用或功能提供输入或命令。此外，可以提供音频输出来代替显示输出，或者除了显示输出之外提供音频输出。在另一示例中，如果显示器5522包括触摸屏，则显示器5522也充当输入设备，该输入设备可以至少部分地由控制枢纽5532管理。计算设备5500上还可以有额外的按钮或开关，以提供由控制枢纽5532管理的I/O功能。在一个实施例中，控制枢纽5532管理诸如，加速度计、相机、光传感器、或其他环境传感器的设备，或者可以包括在设备5500中的其他硬件。输入可以是直接用户交互的一部分，也可以向系统提供环境输入以影响其操作(例如，过滤噪声、调整显示器以进行亮度检测、为相机应用闪光灯、或其他功能)。

在一些实施例中，控制枢纽5532可以使用任何适当的通信协议耦合到各种设备，例如，PCIe(外围组件互连高速)、USB(通用串行总线)、雷电(Thunderbolt)、高清多媒体接口(HDMI)、火线(Firewire)等。

在一些实施例中，显示器5522表示为用户提供视觉和/或触觉显示以与设备5500进行交互的硬件(例如，显示设备)和软件(例如，驱动器)组件。显示器5522可以包括显示接口、显示屏、和/或用于向用户提供显示的硬件设备。在一些实施例中，显示器5522包括向用户提供输出和输入的触摸屏(或触摸板)设备。在一个示例中，显示器5522可以直接与处理器5504通信。显示器5522可以是例如移动电子设备或膝上型设备中的内部显示设备或经由显示接口(例如，显示端口(DisplayPort)等)附接的外部显示设备中的一个或多个。在一个实施例中，显示器5522可以是头戴式显示器(HMD)，比如，用于虚拟现实(VR)应用或增强现实(AR)应用的立体显示设备。

在一些实施例中，尽管图中未示出，但除了处理器5504之外(或代替处理器5504)，设备5500可以包括图形处理单元(GPU)，该GPU包括一个或多个图形处理核心，这些图形处理核心可以控制在显示器5522上显示内容的一个或多个方面。

控制枢纽5532(或平台控制器枢纽)可以包括硬件接口和连接器以及软件组件(例如，驱动器、协议栈)，以进行外围连接，例如，到外围设备5524的外围连接。

将理解的是，设备5500既可以是其他计算设备的外围设备，也可以具有连接到其的外围设备。设备5500可以具有“对接”连接器，以连接到其他计算设备，用于诸如管理(例如，下载和/或上传、更改、同步)设备5500上的内容之类的目的。此外，对接连接器可以允许设备5500连接到某些外围设备，这些外围设备允许计算设备5500控制内容输出，例如，到视听或其他系统的内容输出。

除了专用对接连接器或其他专用连接硬件外，设备5500还可以经由通用或基于标准的连接器进行外围连接。常见类型可以包括通用串行总线(USB)连接器(其可以包括许多不同硬件接口中的任何一个)、包括迷你显示端口(MiniDisplayPort，MDP)的DisplayPort、高清多媒体接口(HDMI)、Firewire、或其他类型。

在一些实施例中，例如，除了直接耦合到处理器5504外或者代替直接耦合到控制器5504，连接电路5531可以耦合到控制枢纽5532。在一些实施例中，例如，除了直接耦合到处理器5504外或者代替直接耦合到控制器5504，显示器5522可以耦合到控制枢纽5532。

在一些实施例中，设备5500包括经由存储器接口5534耦合到处理5504的存储器5530。存储器5530包括用于在设备5500中存储信息的存储器设备。

在一些实施例中，存储器5530包括用于维持稳定时钟的装置，如参考各种实施例所述。存储器可以包括非易失性(在到存储器设备的功率中断的情况下，状态不变)和/或易失性(在到存储器设备的功率中断的情况下，状态不确定)存储器设备。存储器设备5530可以是动态随机存取存储器(DRAM)设备、静态随机存取存储器(SRAM)设备、闪存设备、相变存储器设备、或具有用作过程存储器的适当性能的一些其它存储器设备。在一个实施例中，存储器5530可以作为设备5500的系统存储器来操作，以存储供一个或多个处理器5504执行应用或进程时使用的数据和指令。存储器5530可以存储应用数据、用户数据、音乐、照片、文档或其他数据、以及与设备5500的应用和功能的执行相关的系统数据(无论是长期的还是临时的)。

各种实施例和示例的元件也可作为用于存储计算机可执行指令(例如，用于实现本文讨论的任何其他过程的指令)的机器可读介质(例如，存储器5530)被提供。机器可读介质(例如，存储器5530)可以包括但不限于闪存、光盘、CD-ROM、DVD-ROM、RAM、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡、相变存储器(PCM)、或适合于存储电子或计算机可执行指令的其他类型的机器可读介质。例如，本公开的实施例可以作为计算机程序(例如，BIOS)被下载，该计算机程序可以经由通信链路(例如，调制解调器或网络连接)通过数据信号从远程计算机(例如，服务器)传输到请求计算机(例如，客户端)。

在一些实施例中，设备5500包括温度测量电路5540，例如，用于测量设备5500的各种组件的温度。在一个示例中，温度测量电路5540可以被嵌入、耦合、或附接到各种组件，这些组件的温度将被测量和监测。例如，温度测量电路5540可以测量核心5508a、5508b、5508c、电压调节器5514、存储器5530、SoC 5501的母板、和/或设备5500的任何适当组件中的一个或多个的温度(或它们内部的温度)。在一些实施例中，温度测量电路5540包括低功率混合反向(LPHR)带隙参考(BGR)和数字温度传感器(DTS)，其利用亚阈值金属氧化物半导体(MOS)晶体管和PNP寄生双极结晶体管(BJT)器件来形成反向BGR，该反向BGR用作可配置BGR或DTS操作模式的基极。LPHR架构使用低成本MOS晶体管和标准寄生PNP器件。基于反向带隙电压，LPHR可以作为可配置的BGR工作。通过将可配置的BGR与经缩放的基极-发射极电压进行比较，该电路还可以作为具有线性传递函数的DTS来执行，该线性传递函数具有单次温度微调以实现高精度。

在一些实施例中，设备5500包括功率测量电路5542，例如，用于测量设备5500的一个或多个组件所消耗的功率。在一个示例中，除了测量功率外或者代替测量功率，功率测量电路5542可以测量电压和/或电流。在一个示例中，功率测量电路5542可以被嵌入、耦合、或附接到各种组件，这些组件的功率、电压、和/或电流消耗将被测量和监测。例如，功率测量电路5542可以测量由一个或多个电压调节器5514供应的功率、电流、和/或电压、供应给SoC5501的功率、供应给设备5500的功率、由设备5500的处理器5504(或任何其他组件)消耗的功率等。

在一些实施例中，设备5500包括一个或多个电压调节器电路(统称为电压调节器(VR)5514)。VR 5514产生适当电压电平的信号，该信号可以被供应来操作设备5500的任何适当组件。仅仅作为一个例子，VR 5514被示出为向设备5500的处理器5504供应信号。在一些实施例中，VR 5514接收一个或多个电压识别(VID)信号，并基于VID信号来生成适当电平的电压信号。各种类型的VR可以用于VR 5514。例如，VR 5514可以包括“降压”VR、“升压”VR、降压和升压VR的组合、低压差(LDO)稳压器、开关DC-DC调节器、基于恒定导通时间控制器的DC-DC调节器等。降压VR通常用在输入电压需要以小于一的比率转换为输出电压的功率递送应用中。升压VR通常用在输入电压需要以大于一的比率转换为输出电压的功率递送应用中。在一些实施例中，每个处理器核心具有其自己的VR，其由PCU 5510a/b和/或PMIC 5512控制。在一些实施例中，每个核心具有分布式LDO网络，以提供对功率管理的有效控制。LDO可以是数字、模拟、或数字或模拟LDO的组合。在一些实施例中，VR 5514包括电流跟踪装置，用于测量通过(一个或多个)电源导轨的电流。

在一些实施例中，VR 5514包括用于管理比例-积分-微分(PID)滤波器(也称为数字III型补偿器)的状态的数字控制方案。数字控制方案控制PID滤波器的积分器，以实现使占空比饱和的非线性控制，在此期间PID的比例项和导数项被设置为0，而积分器及其内部状态(先前值或存储器)被设置为占空比，该占空比是当前标称占空比加上deltaD的总和。deltaD是用于将电压调节器从ICCmin调节到ICCmax的最大占空比增量，并且是可以在硅后设置的配置寄存器。状态机从非线性全导通状态(其使输出电压Vout回到调节窗口)移到开环占空比，这样可以保持输出电压略高于所需参考电压Vref。在以命令的占空比处于开环状态的特定时间段之后，状态机随后斜坡降低开环占空比值，直到输出电压接近被命令的Vref。这样一来，来自VR 5514的输出供应上的输出颤动被完全消除(或基本上消除)，并且仅存在单个下冲转变，该下冲转变可以导致基于比较器延迟和具有可用输出去耦电容的负载的di/dt的保证Vmin。

在一些实施例中，VR 5514包括单独的自启动控制器，该控制器在没有熔丝和/或微调信息的情况下起作用。自启动控制器保护VR 5514免受大的浪涌电流和电压过冲的影响，同时能够遵循系统施加的可变VID(电压标识)参考斜坡。在一些实施例中，自启动控制器使用内置在控制器中的张弛振荡器来设置降压转换器的开关频率。振荡器可以使用时钟或电流基准进行初始化，以接近期望的工作频率。VR 5514的输出弱耦合到振荡器，以设置闭环操作的占空比。控制器自然偏置，以使得输出电压总是略高于设定点，从而消除了对任何工艺、电压、和/或温度(PVT)施加的微调的需要。

在一些实施例中，设备5500包括一个或多个时钟发生器电路(统称为时钟发生器5516)。时钟发生器5516以适当的频率水平生成时钟信号，该时钟信号可以被供应给设备5500的任何适当组件。仅仅作为一个示例，时钟发生器5516被示为向设备5500的处理器5504供应时钟信号。在一些实施例中，时钟发生器5516接收一个或多个频率识别(FID)信号，并基于FID信号以适当的频率生成时钟信号。

在一些实施例中，设备5500包括向设备5500的各种组件供电的电池5518。仅仅作为一个示例，电池5518被示出为向处理器5504供电。尽管图中未示出，但是设备5500可以包括充电电路，(例如)以基于从AC适配器接收的交流(AC)功率供应来对电池进行再充电。

在一些实施例中，电池5518通过充电到预设电压(例如，4.1V)来定期检查实际电池容量或能量。然后，电池决定电池的容量或能量。如果容量或能量不足，则电池中或与电池相关联的装置将充电电压略微增加到容量充足的点(例如，从4.1V增加到4.11V)。执行周期性检查并略微增加充电电压的过程，直到充电电压达到规格极限(例如，4.2V)。本文描述的方案具有诸如可以延长电池寿命、可以降低能量储备不足的风险、可以尽可能长时间地使用突发功率、和/或可以使用甚至更高的突发功率之类的优点。

在一些实施例中，充电电路(例如，5518)包括降压-升压转换器。该降压-升压转换器包括DrMOS或DrGaN器件，用于代替传统降压-升压转换器的半桥。这里参考DrMOS来描述各种实施例。然而，这些实施例可应用于DrGaN。由于减少了寄生并优化了MOSFET封装，DrMOS器件允许更好的功率转换效率。由于死区时间管理是DrMOS内部的，因此死区时间管理比传统的降压-升压转换器更准确，从而提高了转换效率。更高的操作频率允许更小的电感器尺寸，这继而降低了包括基于DrMOS的降压-升压转换器的充电器的z高度。各种实施例的降压-升压转换器包括用于DrMOS器件的双折叠自举。在一些实施例中，除了传统的自举电容器之外，还添加了折叠自举电容器，其将电感器节点交叉耦合到两组DrMOS开关。

在一些实施例中，设备5500包括功率控制单元(PCU)5510(也称为功率管理单元(PMU)、功率管理控制器(PMC)、功率单元(P单元)等)。在一个示例中，PCU 5510的一些部分可以由一个或多个处理核心5508实现，并且PCU 55110的这些部分使用虚线框象征性地示出并标记为PCU 5510a。在一个示例中，PCU 5510的一些其他部分可以在处理核心5508外部实现，并且PCU 55110的这些部分使用虚线框象征性地示出并标记为PCU 5510b。PCU 5510可以实现用于设备5500的各种功率管理操作。PCU 5510可以包括硬件接口、硬件电路、连接器、寄存器等以及软件组件(例如，驱动器、协议栈)，以实现设备5500的各种功率管理操作。

在各种实施例中，PCU或PMU 5510以分层方式组织，形成分层电源管理(HPM)。各种实施例的HPM构建了允许对平台进行封装级管理的能力和基础设施，同时仍然满足可能存在于封装中的组成管芯上的自治岛。HPM不假定物理分区到域的预先确定的映射。HPM域可以与集成在芯粒内部的功能对准，与芯粒边界对准，与一个或多个芯粒对准，与配套管芯对准，甚至与分立的CXL器件对准。HPM解决了同一管芯的多个实例的集成问题，这些实例与集成在同一管芯或不同管芯上的专有功能或第三方功能混合，甚至与通过CXL(例如，Flexbus)连接的加速器(可能在封装内部或具有分立的外形因子)混合。

HPM使设计人员能够实现可伸缩性、模块化、和后期绑定的目标。HPM还允许可能已经存在于其他晶粒上的PMU功能被利用，而不像在扁平方案中被禁用。HPM能够管理任意功能集合，而不依赖于它们的集成级别。各种实施例的HPM是可伸缩的、模块化的，与对称多芯片处理器(MCP)一起工作，并且与非对称MCP一起工作。例如，HPM不需要信号PM控制器和封装基础设施来增长到超出合理的缩放限制。HPM允许在封装中延迟添加管芯，而无需更改基本的管芯基础结构。HPM解决了将不同工艺技术节点的管芯耦合在单个封装中的分解解决方案的需求。HPM还解决了配套管芯集成解决方案的需求—封装内和封装外。

在各种实施例中，每个管芯(或芯粒)包括功率管理单元(PMU)或P单元。例如，处理器管芯可以具有监管者P单元、被监管者P单元、或双重角色监管者/被监管者P单元。在一些实施例中，I/O管芯具有其自己的双重角色P单元，例如，监管者和/或被监管者P单元。每个管芯中的P单元可以是通用P单元的实例。在一个这样的示例中，所有P单元具有相同的能力和电路，但被配置(动态地或静态地)为扮演监管者、被监管者、和/或两者的角色。在一些实施例中，用于计算管芯的P单元是计算P单元的实例，而用于IO管芯的P单元是与计算P单元不同的IO P单元的实例。根据角色的不同，P单元获得管理多芯片模块和/或计算平台的功率的具体职责。虽然针对多芯片模块或片上系统中的管芯描述了各种P单元，但是P单元也可以是诸如I/O设备之类的外部设备的一部分。

这里，各种P单元不必是相同的。HPM体系结构可以操作类型区别很大的P单元。P单元的一个共同特征是，它们被期望接收HPM消息并且被期望能够理解它们。在一些实施例中，IO管芯的P单元可以不同于计算管芯的P单元。例如，IO P单元中的每类寄存器的寄存器实例的数量不同于计算管芯的P单元中的寄存器实例的数量。IO管芯具有作为CXL连接期间器件的HPM监管者的能力，但计算管芯可能不需要具有该能力。IO和计算管芯还具有不同的固件流和可能不同的固件映像。这些都是实现方式可以做出的选择。HPM体系结构可以选择具有一个超集固件映像，并选择性地执行与固件所关联的管芯类型相关的流。替代地，可以有用于每个P单元类型的客户固件；它可以允许对每个P单元类型的固件存储需求进行更精简的大小调整。

每个管芯中的P单元可以配置为监管者P单元、被监管者P单元、或监管者/被监管者的双重角色。因此，P单元可以在各个领域中扮演监管者或被监管者的角色。在各种实施例中，P单元的每个实例能够自主地管理本地专用资源，并且包含用于聚合数据和在实例之间通信的结构，以使能由配置为共享资源监管者的实例进行的共享资源管理。提供了一种基于消息和电线的基础设施，该基础设施可以被复制和配置为促进多个P单元之间的管理和流。

在一些实施例中，功率和热阈值由监管者P单元传送到被监管者P单元。例如，监管者P单元了解每个管芯的工作负载(当前和未来)、每个管芯功率测量值、和其他参数(例如，平台级功率边界)，并为每个管芯确定新的功率限制。这些功率限制然后由监管者P单元经由一个或多个互连和结构传送到被监管者P单元。在一些实施例中，结构指示包括第一结构、第二结构、和快速响应互连的一组结构和互连。在一些实施例中，第一结构用于监管者P单元和被监管者P单元之间的公共通信。这些常见通信包括基于多个因素(例如，未来的工作负载、用户行为等)计划的、管芯的电压、频率、和/或功率状态的变化。在一些实施例中，第二结构用于监管者P单元和被监管者P单元之间的更高优先级通信。更高优先级通信的示例包括由于可能的热失控条件、可靠性问题等而要节流的消息。在一些实施例中，快速响应互连被用来传送所有管芯的快速或硬节流。在这种情况下，例如，监管者P单元可以向所有其他P单元发送快速节流消息。在一些实施例中，快速响应互连是其功能可以由第二结构执行的传统互连。

各种实施例的HPM体系结构实现了对称和/或非对称管芯的可伸缩性、模块化、和后期绑定。这里，对称管芯是具有相同尺寸、类型、和/或功能的管芯，而不对称管芯是具有不同尺寸、类型、和/或功能的管芯。分层方法还允许可能已经存在于其他晶粒上的PMU功能被利用，而不像在传统的扁平功率管理方案中禁用。HPM不假定物理分区到域的预先确定的映射。HPM域可以与集成在芯粒内部的功能对准，与芯粒边界对准，与一个或多个芯粒对准，与配套管芯对准，甚至与分立的CXL器件对准。HPM能够管理任意功能集合，而不依赖于它们的集成水平。在一些实施例中，基于一个或多个因素，将P单元声明为监管者P单元。这些因素包括确定处理器的物理极限的存储器大小、物理约束(例如，引脚数量)、和传感器的位置(例如，温度、功率消耗等)。

各种实施例的HPM体系结构提供了一种伸缩功率管理的方法，使得单个P单元实例不需要知道整个处理器。这使得能够以更小的粒度进行功率管理，并提高响应时间和效率。分层结构为用户维护一体化视图。例如，在操作系统(OS)级，即使PMU物理分布在一个或多个监管者-被监管者配置中，HPM体系结构也会为OS提供单一PMU视图。

在一些实施例中，HPM体系结构是集中式的，其中一个监管者控制所有被监管者。在一些实施例中，HPM体系结构是去中心化的，其中各种管芯中的各种P单元通过对等通信来控制总体功率管理。在一些实施例中，HPM体系结构是分布式的，其中对于不同的域存在不同的监管者。分布式体系结构的一个示例是树状体系结构。

在一些实施例中，设备5500包括功率管理集成电路(PMIC)5512，例如，用于实现设备5500的各种功率管理操作。在一些实施例中，PMIC 5512是可重配置的功率管理IC(RPMIC)和/或移动电压定位(IMVP)。在一个示例中，PMIC位于与处理器5504分离的IC管芯内。可以实现用于设备5500的各种功率管理操作。PMIC 5512可以包括硬件接口、硬件电路、连接器、寄存器等以及软件组件(例如，驱动程序、协议栈)，以实现设备5500的各种功率管理操作。

在一个示例中，设备5500包括PCU 5510或PMIC 5512中的一者或两者。在一个示例中，PCU 5510或PMIC 5512中的任何一者可以不存在于设备5500中，因此，使用虚线来示出这些组件。

设备5500的各种功率管理操作可以由PCU 5510、PMIC 5512、或PCU 5510和PMIC5512的组合执行。例如，PCU 5510和/或PMIC 5512可以为设备5500的各种组件选择功率状态(例如，P状态)。例如，PCU 5510和/或PMIC 5512可以为设备5500的各种组件选择功率状态(例如，根据ACPI(高级配置和电源接口)规范)。仅作为一个示例，PCU 5510和/或PMIC5512可以使设备5500的各种组件转换到睡眠状态、活动状态、适当的C状态(例如，根据ACPI规范，C0状态或另一适当C状态)等。在一个示例中，PCU 5510和/或PMIC 5512可以(例如)通过分别输出VID信号和/或FID信号来控制VR 5514输出的电压和/或时钟发生器输出的时钟信号的频率。在一个示例中，PCU 5510和/或PMIC 5512可以控制电池功率使用、电池5518的充电、以及与功率节省操作相关的特征。

时钟发生器5516可以包括锁相环(PLL)、锁频环(FLL)、或任何合适的时钟源。在一些实施例中，处理器5504的每个核心都具有其自己的时钟源。这样一来，每个核心可以在独立于另一个核心的操作频率的频率下操作。在一些实施例中，PCU 5510和/或PMIC 5512执行自适应或动态的频率缩放或调整。例如，如果处理器核心不是在其最大功率消耗阈值或限制下操作，则可以增加处理器核心的时钟频率。在一些实施例中，PCU 5510和/或PMIC5512确定处理器的每个核心的操作条件，并且在PCU 5510和/或PMIC 5512确定该核心在目标性能水平以下操作时，机会主义地调整该核心的频率和/或电源电压，而不使核心时钟源(例如，该核心的PLL)失锁。例如，如果一个核心正在从电源轨汲取的电流小于为该核心或处理器5504分配的总电流，则PCU 5510和/或PMIC 5512可以暂时增加用于该核心或处理器5504的功率汲取(例如，通过增加时钟频率和/或电源电压电平)，使得核心或处理器5504可以以更高的性能水平执行。这样一来，可以在不影响产品可靠性的情况下增加处理器5504的电压和/或频率的时间性。

在一个示例中，PCU 5510和/或PMIC 5512可以执行功率管理操作，例如，至少部分地基于从功率测量电路5542和温度测量电路5540接收的测量结果、电池5518的电荷水平、和/或可用于功率管理的任何其他适当信息。为此，PMIC 5512通信地耦合到一个或多个传感器，以感测/检测对系统/平台的功率/热行为有影响的一个或多个因素中的各种值/变化。一个或多个因素的示例包括电流、电压降、温度、操作频率、操作电压、功率消耗、核心间通信活动等。这些传感器中的一个或更多可以与计算系统的一个或多个组件或逻辑/IP块物理接近(和/或热接触/耦合)地提供。此外，在至少一个实施例中，(一个或多个)传感器可以直接耦合到PCU 5510和/或PMIC 5512，以允许PCU 55110和/或PMIC 5512至少部分地基于由一个或多个传感器检测到的(一个或多个)值来管理处理器核心能量。

还示出了设备5500的示例软件栈(尽管没有示出软件栈的所有元素)。仅作为一个示例，处理器5504可以执行应用程序5550、操作系统5552、一个或多个功率管理(PM)专用应用程序(例如，统称为PM应用5558)等。PM应用5558也可以由PCU 5510和/或PMIC 5512执行。OS 5552还可以包括一个或多个PM应用5556a、5556b、5556c。OS 5552还可以包括各种驱动器5554a、5554b、5554c等，其中一些驱动器可以是专用于功率管理目的的。在一些实施例中，设备5500可以进一步包括基本输入/输出系统(BIOS)5520。BIOS 5520可以与OS 5552通信(例如，经由一个或多个驱动器5554)，与处理器5504通信，等等。

例如，PM应用5558、5556、驱动器5554、BIOS 5520等中的一者或多者可用于实现功率管理特定任务，例如，用于控制设备5500的各种组件的电压和/或频率，用于控制设备5500的各种组件的唤醒状态、睡眠状态、和/或任何其他适当的功率状态，控制电池功率使用，电池5518的充电、与功率节省相关的特征等。

在一些实施例中，电池5518是锂金属电池，其具有压力腔以允许对电池施加均匀的压力。压力腔由金属板(比如，压力均衡板)支撑，该金属板用于给电池提供均匀的压力。压力腔可以包括加压气体、弹性材料、弹簧板等。压力腔的外皮可以自由弯曲，在其边缘被(金属)外皮约束，但仍然在压缩电池单元的板上施加均匀的压力。压力腔电池提供均匀的压力，用于实现高能量密度电池，例如，电池寿命延长20％。

在一些实施例中，电池5518包括混合技术。例如，(一个或多个)高能量密度电荷(例如，锂离子电池)承载设备和低能量密度电荷承载设备(例如，超级电容器)的混合被用作电池或存储设备。在一些实施例中，控制器(例如，硬件、软件、或它们的组合)被用来分析峰值功率模式，并最小化对基于高能量密度电荷承载设备的电池单元的整体寿命的影响，同时最大化峰值功率削减特征的服务时间。控制器可以是电池5518的一部分或者P单元5510b的一部分。

在一些实施例中，在PCU 5510a/b上执行的pCode具有使能额外的计算和遥测资源用于pCode的运行时支持的能力。这里，pCode是指由PCU 5510a/b执行以管理SoC 5501的性能的固件。例如，pCode可以为处理器设置频率和适当的电压。部分pCode可通过OS 5552访问。在各种实施例中，提供了基于工作负载、用户行为、和/或系统条件动态改变能量性能偏好(EPP)值的机制和方法。在OS 5552和pCode之间可能存在定义明确的接口。该接口可以允许或促进若干参数的软件配置和/或可以向pCode提供提示。例如，EPP参数可以向pCode算法通知性能还是电池寿命更重要。

OS 5552也可以通过以下方式来实现这种支持：将机器学习支持作为OS 5552的一部分，并通过机器学习预测或者通过以类似于动态调整技术(DTT)驱动程序的方式将机器学习预测递送给pCode来调谐OS提示给硬件(例如，SoC 5501的各种组件)的EPP值。在该模型中，OS 5552可以对DTT可用的同一组遥测仪具有可见性。作为DTT机器学习提示设置的结果，pCode可以调整其内部算法，以在激活类型的机器学习预测之后实现最佳功率和性能结果。例如，pCode可以增加针对处理器利用率变化的响应能力来实现对用户活动的快速响应，或者可以通过减少针对处理器利用率的响应能力或者通过调节节能优化来节省更多功率并增加性能损失，来增加对于节能的偏好。这种方法可有助于在所启用的活动类型比系统所能启用的活动类型损失一些性能水平的情况下节省更多的电池寿命。pCode可以包括用于动态EPP的算法，该算法可以获得两个输入，一个来自OS 5552，另一个来自诸如DTT之类的软件，并且可以选择性地选择提供更高的性能和/或响应性。作为该方法的一部分，pCode可以在DTT中使能一个选项，以针对不同活动类型调节其对DTT的反应。

在一些实施例中，pCode提高了SoC在电池模式下的性能。在一些实施例中，pCode允许在电池模式下显著更高的SoC峰值功率限制水平(从而更高的Turbo性能)。在一些实施例中，pCode实现了功率节流，并且是Intel的动态调谐技术(DTT)的一部分。在各种实施例中，峰值功率限制被称为PL4。然而，这些实施例可应用于其他峰值功率限制。在一些实施例中，pCode以一种方式设置Vth阈值电压(平台将对SoC进行节流的电压电平)来防止系统意外关闭(或黑屏)。在一些实施例中，pCode根据阈值电压(Vth)来计算Psoc，pk SoC峰值功率限制(例如，PL4)。这是两个相关参数，如果设置了其中一个，则可以计算另一个。pCode用于基于系统参数和操作历史来最优地设置一个参数(Vth)。在一些实施例中，pCode提供了一种基于可用电池功率(其缓慢变化)动态计算节流水平(Psoc,th)并设置SoC节流峰值功率(Psoc,th)的方案。在一些实施例中，pCode基于Psoc,th来决定频率和电压。在这种情况下，节流事件对SoC性能的负面影响较小。各种实施例提供了允许最大性能(Pmax)框架操作的方案。

在一些实施例中，VR 5514包括电流传感器，用于感应/或测量通过VR 5514的高侧开关的电流。在一些实施例中，电流传感器使用具有反馈中的的电容耦合输入的放大器来感测放大器的输入偏移，可以在测量期间对该偏移进行补偿。在一些实施例中，具有反馈中的电容耦合输入的放大器被用来在输入共模规范放宽的区域中操作放大器，以使得反馈环路增益和/或带宽更高。在一些实施例中，通过采用高PSRR(电源抑制比)调节器来创建本地清洁电源电压，以使用具有反馈中的电容耦合输入的放大器来从转换器输入电压操作传感器，从而对开关区域中的电网造成较小的干扰。在一些实施例中，可以使用该设计的变体来对输入电压和控制器电源之间的差值进行采样，并在电源和复制开关的漏极电压之间重现该差值。这使得传感器不会暴露在电源电压下。在一些实施例中，具有反馈中的电容耦合输入的放大器被用来补偿电流感测期间输入电压中与功率递送网络相关(PDN相关)的变化。

一些实施例使用三个组件来基于USB TYPE-C设备5529的状态调整SoC 5501的峰值功率。这些组件包括OS峰值功率管理器(OS 5552的一部分)、USB TYPE-C连接器管理器(OS 5552的部分)、和USB TYPE-C协议设备驱动器(例如，驱动器5554a、5554b、5554c中的一个)。在一些实施例中，当USB TYPE-C功率接收设备与SoC 5501附接或分离时，USB TYPE-C连接器管理器向OS峰值功率管理器发送同步请求，并且当功率接收方转变设备状态时，USBTYPE-C协议设备驱动器向峰值功率管理器发送同步请求。在一些实施例中，当USB TYPE-C连接器附接到电功率接收方并且处于活动状态(例如，高功率设备状态)时，峰值功率管理器从CPU获取功率预算。在一些实施例中，当USB TYPE-C连接器被分离或附接且功率接收设备处于空闲状态(最低设备状态)时，峰值功率管理器将功率预算返回给CPU以供执行。

在一些实施例中，提供逻辑以动态地选取用于BIOS上电流和睡眠退出流(例如，S3、S4和/或S5)的最佳操作处理核心。引导处理器(BSP)的选择被移到早期通电时间，而不是在任何时候的固定硬件选择。为了获得最大的引导性能，该逻辑会在早期通电时选择功能最快的核心作为BSP。此外，为了最大限度地节省功率，该逻辑选择功率效率最高的核心作为BSP。用于选择BSP的处理器或切换发生在引导以及上电流(例如，S3、S4和/或S5流)期间。

在一些实施例中，本文中的存储器以多级存储器体系结构组织，并且它们的性能由去中心化方案掌管。去中心化方案包括P单元5510和存储器控制器。在一些实施例中，该方案基于应用如何使用进一步远离处理器核心的存储器级别来动态平衡平台5500中逐渐远离处理器的存储器级别的多个参数，例如，功率、热量、成本、延时、和性能。在一些示例中，对远存储器(FM)的状态的决策是去中心化的。例如，处理器功率管理单元(P单元)、近存储器控制器(NMC)、和/或远存储器主机控制器(FMHC)在它们各自的级别上做出关于FM的功率和/或性能状态的决定。这些决策被协调以在给定时间内提供FM的最佳功率和/或性能状态。存储器的功率和/或性能状态自适应地改变以改变工作负载和其他参数，即使当(一个或多个)处理器处于特定功率状态时也是如此。

在一些实施例中，实现了硬件和软件协调的处理器功率状态策略(例如，针对C状态的策略)，该策略通过考虑预期在进入空闲状态的核心上调度的线程的性能和/或响应性需求来提供最佳功率状态选择，以实现针对运行用户关键任务的核心的改进的每周期指令(IPC)和性能。该方案提供了为在片上系统上运行的重要和/或用户关键线程递送响应增益的能力。耦合到多个处理核心的P单元5510从操作系统5552接收提示，该提示表明基于上下文切换中线程的优先级，多个处理核心中的至少一个处理核心偏向功率状态或执行状态。

说明书中提及的“实施例”、“一个实施例”，“一些实施例”、或“其他实施例”是指结合实施例描述的特定特征、结构、或特性包括在至少一些实施例中，但不一定包括在所有实施例中。“实施例”、“一个实施例”、或“一些实施例”的各种出现不一定都指向相同的实施例。如果说明书记载了组件、特征、结构、或特性“可能”、“可以”、或“可”包括在内，则不是必需包括该特定组件、特征、或特性。如果说明书或权利要求提及“一”或“一个”元素，并不意味着只有其中一个元素。如果说明书或权利要求提及“附加”元素，则不排除存在多个附加元素。

在整个说明书和权利要求书中，术语“连接”是指在没有任何中间设备的情况下连接的事物之间的直接连接，诸如，电、机械、或磁连接。

术语“耦合”是指通过一个或多个无源或有源中间设备进行的直接或间接连接，诸如，连接的物体之间的直接电气、机械、或磁性连接或间接连接。

这里的“相邻”一词一般是指一个物体的位置在另一个物体旁边(例如，紧挨着，或靠近但它们之间存在一个或多个物体)或毗连另一个物体(例如，邻接它)。

术语“电路”或“模块”可以指一个或多个无源和/或有源组件，这些组件被布置为相互协作以提供所需功能。

术语“信号”可以指至少一个电流信号、电压信号、磁信号、或数据/时钟信号。“一”、“一个”、和“该”的含义包括复数引用。“在……中”的含义包括“在……中”和“在……上”。

术语“模拟信号”是指任何连续信号，其中信号的时变特征(变量)是某一其他时变量的表示，即类似于另一个时变信号。

术语“数字信号”是一种物理信号，是离散值序列(量化的离散时间信号)的表示，例如，任意比特流或数字化(采样和模数转换)模拟信号的表示。

术语“缩放”通常是指将设计(原理图和布局)从一种工艺技术转换为另一种工艺技术，并且随后可能会减少布局面积。在一些情况下，缩放还指将设计从一种工艺技术放大到另一种工艺技术，并可能随后增加布局面积。术语“缩放”一般也指在同一技术节点内缩小或放大布局和设备的大小。术语“缩放”也可以指相对于另一个参数(例如，电源电平)调整(例如，减慢或加快，即分别按比例缩小或按比例放大)信号频率。

术语“基本上”、“接近”、“近似”、“附近”、和“大约”一般指在目标值的+/-10％范围内。

除非另有规定，否则使用序数形容词“第一”、“第二”、和“第三”等来描述一个共同的对象，仅表示引用了相似对象的不同实例，并不意味着所描述的对象必须在时间、空间、排名、或任何其他方式上按给定的顺序排列。

就本公开而言，短语“A和/或B”和“A或B”是指(A)、(B)、或(A和B)。就本公开的目的而言，短语“A、B、和/或C”是指(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)、或(A、B、和C)。

说明书和权利要求书(如有)中的术语“左”、“右”、“前”、“后”、“上”、“下”等用于描述目的，而不一定用于描述永久的相对位置。

应指出，图中与任何其他图的元件具有相同参考标号(或名称)的元件可以按照与所述方式类似的任何方式操作或起作用，但不限于此。

为了实施例的目的，这里描述的各种电路和逻辑块中的晶体管是金属氧化物半导体(MOS)晶体管或其衍生物，其中，MOS晶体管包括漏极、源极、栅极、和体端子。晶体管和/或MOS晶体管衍生物还包括三栅极和FinFET晶体管、栅极环绕圆柱形晶体管、隧道FET(TFET)、方形线或矩形带晶体管、铁电FET(FeFET)、或实现晶体管功能的其他器件(如碳纳米管或自旋电子器件)。MOSFET具有对称的源极和漏极端子，即，是相同的端子并且在这里可互换地使用。另一方面，TFET器件具有不对称的源极和漏极端子。本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以使用其他晶体管，例如，双极结晶体管(BJT PNP/NPN)、BiCMOS、CMOS等。

此处，术语“管芯”通常指单片连续的半导体材料(如硅)，其中可以驻留构成处理器核心的晶体管或其他组件。多核处理器可以在单个管芯上具有两个或更多个处理器，但是替代地，两个或更多个处理器可以被提供在两个或更多个相应的管芯上。每个管芯具有专用的功率控制器或功率控制单元(P单元)功率控制器或功率控制单元(P单元)，该功率控制器或P单元可以被动态或静态地配置为监管者或被监管者。在一些示例中，管芯具有相同的尺寸和功能，即，对称核心。然而，管芯也可以是不对称的。例如，一些管芯具有与其他管芯不同的尺寸和/或功能。每个处理器也可以是芯粒或小芯片。

这里，术语“芯粒”或“小芯片”一般指物理上不同的半导体管芯，通常连接到相邻的管芯，其连接方式允许跨越管芯边界的结构像单个结构而不是两个不同的结构一样工作。因此，至少一些管芯可以是芯粒。每个芯粒可以包括一个或多个P单元，这些P单元可以被动态地或静态地配置为监管者、被监管者、或它们两者。

这里，术语“结构”通常指具有一组已知的源、目的地、路由规则、拓扑、和其他属性的通信机制。源和目的地可以是任何类型的数据处理功能单元，例如，功率管理单元。结构可以是沿着管芯的x-y平面的二维张开和/或沿着垂直和水平定位的管芯的堆叠的x-y-z平面的三维(3D)张开。单个结构可以张成多个管芯。结构可以采用任何拓扑，例如，网格拓扑、星形拓扑、菊花链拓扑。结构可以是具有多个代理的片上网络(NoC)的一部分。这些代理可以是任何功能单元。

这里，术语“处理器核心”一般是指独立的执行单元，它可以一次运行一个程序线程并与其他核心并行。处理器核心可以包括专用功率控制器或功率控制单元(P单元)，该功率控制器或P单元可以被动态或静态地配置为监管者或被监管者。在一些示例中，该专用P单元也被称为自主P单元。在一些示例中，所有处理器核心都具有相同的大小和功能，即是对称核心。然而，处理器核心也可以是不对称的。例如，一些处理器核心具有与其他处理器核心不同的尺寸和/或功能。处理器核心可以是虚拟处理器核心或物理处理器核心。

这里，术语“互连”是指两个或更多个点或节点之间的通信链路或通道。它可以包括一个或多个单独的传导路径，例如，电线、过孔、波导、无源组件、和/或有源组件。它也可以包括结构。在一些实施例中，P单元经由接口耦合到OS。

此处，术语“接口”一般是指用于与互连通信的软件和/或硬件。接口可以包括逻辑和I/O驱动器/接收器，以通过互连或一条或多条电线发送和接收数据。

这里，术语“域”一般是指具有类似性质(例如，电源电压、操作频率、电路或逻辑类型、和/或工作负载类型)和/或由特定代理控制的逻辑或物理周界。例如，域可以是由特定监管者控制的一组逻辑单元或功能单元。域也可以被称为自主周界(AP)。域可以是整个片上系统(SoC)或SoC的一部分，并由P单元控制。

此处，术语“监管者”一般是指功率控制器或功率管理单元(“P单元”)，其单独或与一个或多个其他P单元合作来监测和管理一个或多个相关联的功率域的功率和性能相关参数。功率/性能相关参数可以包括但不限于域功率、平台功率、电压、电压域电流、管芯电流、负载线、温度、器件延时、利用率、时钟频率、处理效率、当前/未来工作负载信息、和其他参数。它可以为一个或多个域确定新的功率或性能参数(极限、平均操作等)。然后，这些参数可以经由一个或多个结构和/或互连被传送到被监管者P单元，或者直接被传送到受控或被监测实体，例如，VR或时钟节流控制寄存器。监管者了解一个或多个管芯的工作负载(当前和未来)、一个或多个管芯的功率测量值、和其他参数(例如，平台级功率边界)，并确定一个或多个管芯的新功率限制。这些功率限制然后由监管者P单元经由一个或多个结构和/或互连传送到被监管者P单元。在管芯具有一个P单元的示例中，监管者(Svor)P单元也被称为监管者管芯。

此处，术语“被监管者”一般是指功率控制器或功率管理单元(“P单元”)，它单独或者与一个或多个其他P单元合作来监测和管理一个或多个相关联的功率域的功率和性能相关参数，并且从监管者接收设置其相关联的功率域的功率和/或性能参数(例如，电源电压、操作频率、最大电流、节流阈值等)的指令。在管芯具有一个P单元的示例中，被监管者(Svee)P单元也可以被称为被监管者管芯。请注意，P单元可以用作Svor、Svee、或Svor/SveeP单元。

此外，特定特征、结构、功能、或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式进行组合。例如，只要与第一实施例和第二实施例这两个实施例相关联的特定特征、结构、功能、或特性不相互排斥，第一实施例就可以与第二实施例相结合。

虽然本公开已结合其具体实施例进行了描述，但是根据前述描述，此类实施例的许多替代方案、修改、和变化对本领域普通技术人员来说将是明显的。本公开的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的广泛范围内的所有这样的替代方案、修改、和变化。

此外，为了说明和讨论的简单并且为了不混淆本公开内容，集成电路(IC)芯片和其他组件的众所周知的电源/接地连接可以在所示的图中显示，也可以不显示。此外，可以以框图的形式示出布置，以避免混淆本公开，并且还考虑到关于实现这样的框图布置的细节高度依赖于要在其中实现本公开的平台的事实(即，这样的细节应该完全在本领域技术人员的认知范围内)。在为了描述本公开的示例实施例而提出具体细节(例如，电路)的情况下，本领域技术人员应当明白，本公开可以在没有这些具体细节的情况下或在有这些具体细节变化的情况下实践。因此，该描述被认为是说明性的而不是限制性的。

以下示例涉及进一步的实施例。在一个或多个实施例中，可以在任何地方使用示例中的细节。这里描述的装置的所有可选特征也可以关于方法或处理来实现。这些示例可以以任何组合进行组合。例如，示例4可以与示例2组合。

示例1：一种装置，包括：多个电池系统，包括第一电池系统和第二电池系统；多个负载，包括第一负载和第二负载；电源，用于向所述多个负载供电；以及功率总线，可切换地耦合到所述多个电池系统，其中所述第一电池系统用于向所述第一负载提供备用功率，其中所述第二电池系统用于向所述第二负载提供备用功率，其中所述第一电池系统和/或所述第二电池系统用于在所述第一负载的功率需求期间经由所述功率总线向所述第一负载供电。

示例2：示例1的装置，其中，所述第一电池系统和/或所述第二电池系统用于放电到下阈值，以在所述功率需求期间供电。

示例3：示例1的装置，包括耦合到所述多个电池系统的数据总线。

示例4：示例1的装置，其中，所述第一电池系统包括：电池，包括一个或多个电池单元；充电器，用于给所述一个或多个电池单元充电；第一开关，用于将所述电池耦合到所述第一负载；第二开关，用于将所述功率总线耦合到所述第一负载；以及控制器，用于控制所述第一开关和所述第二开关。

示例5：示例4的装置，其中，所述控制器用于监测所述第一和第二负载的功率消耗，并监测所述第一和第二电池系统的实时容量。

示例6：示例4的装置，其中，所述控制器基于所述第一或第二负载的工作负载优先级，向所述第一电池系统或所述第二电池系统之一提供更高的充电优先级。

示例7：示例4的装置，其中，所述电池单元包括高能量密度存储库和低能量密度存储库。

实施例8：实施例7的装置，其中，所述高能量密度存储库包括锂离子电池单元。

示例9：示例7的装置，其中，所述低能量密度存储库包括超级电容器。

示例10：示例7的装置，其中，所述控制器用于使得所述低能量密度存储库能够在所述第一负载需要突发功率时向所述第一负载提供功率。

示例11：示例7的装置，其中，所述控制器用于使得所述高能量密度存储库能够在所述第一负载需要峰值功率时向所述第一负载提供功率。

示例12：示例7的装置，其中，所述控制器用于在所述高能量密度存储库被充电之前给所述低能量密度存储库充电。

示例13：示例7的装置，其中，所述控制器用于在所述第一负载需要突发功率时，使得所述低能量密度存储库能够作为主电池源，并且使得所述高能量密度存储库能够作为辅电池源，来向所述第一负载提供功率。

示例14：示例1的装置，其中，所述第一负载和所述第二负载包括第一服务器机架和第二服务器机架。

示例15：示例1的装置，其中，所述功率需求是峰值功率削减需求。

示例16：一种系统，包括：多个服务器机架，包括第一机架和第二机架，其中，所述第一机架包括第一电池系统，所述第二机架包括第二电池系统；以及功率总线，耦合到所述第一电池系统和所述第二电池系统，其中，在所述第一机架需要峰值功率时，在所述第一电池系统的电荷不足的情况下，所述第二电池系统经由所述功率总线为所述第一机架补充功率。

示例17：示例16的系统，其中，所述第一或第二电池系统中的一个承担控制器的角色，以监测所述多个服务器机架的功率消耗并监测所述第一和第二电池系统的实时容量。

示例18：示例17的系统，其中，所述控制器用于根据所述第一或第二机架的服务器的工作负载优先级，将电网功率预算优先分配给所述第一或第二电池系统中的一个。

示例19：一种装置，包括：负载；以及第一电池系统，可操作来在对所述负载的AC功率断开时向所述负载提供备用功率，并且在所述负载需要峰值功率时将功率从第二电池系统路由到所述负载。

示例20：示例19的装置，其中，所述电池是混合电池，包括高能量电池存储库和低能量电池存储库。

提供了摘要，该摘要将允许读者确定本技术公开的性质和要点。摘要是在理解其不会用于限制权利要求的范围或含义的前提下提交的。所附权利要求由此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例。

Claims (20)

1.一种装置，包括：

多个电池系统，包括第一电池系统和第二电池系统；

多个负载，包括第一负载和第二负载；

电源，用于向所述多个负载供电；以及

功率总线，可切换地耦合到所述多个电池系统，其中所述第一电池系统用于向所述第一负载提供备用功率，其中所述第二电池系统用于向所述第二负载提供备用功率，其中所述第一电池系统和/或所述第二电池系统用于在所述第一负载的功率需求期间经由所述功率总线向所述第一负载供电。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一电池系统和/或所述第二电池系统用于放电到下阈值以在所述功率需求期间供电。

3.根据权利要求1所述的装置，包括数据总线，该数据总线耦合到所述多个电池系统。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一电池系统包括：

电池，包括一个或多个电池单元；

充电器，用于给所述一个或多个电池单元充电；

第一开关，用于将所述电池耦合到所述第一负载；

第二开关，用于将所述功率总线耦合到所述第一负载；以及

控制器，用于控制所述第一开关和所述第二开关。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述控制器用于监测所述第一负载和所述第二负载的功率消耗，并监测所述第一电池系统和所述第二电池系统的实时容量。

6.根据权利要求4所述的装置，其中，所述控制器用于基于所述第一负载或所述第二负载的工作负载优先级，向所述第一电池系统或所述第二电池系统之一提供更高的充电优先级。

7.根据权利要求4所述的装置，其中，所述电池单元包括高能量密度存储库和低能量密度存储库。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述高能量密度存储库包括锂离子电池单元。

9.根据权利要求7所述的装置，其中，所述低能量密度存储库包括超级电容器。

10.根据权利要求7所述的装置，其中，所述控制器用于使得所述低能量密度存储库能够在所述第一负载需要突发功率时向所述第一负载提供功率。

11.根据权利要求7所述的装置，其中，所述控制器用于使得所述高能量密度存储库能够在所述第一负载需要峰值功率时向所述第一负载提供功率。

12.根据权利要求7所述的装置，其中，所述控制器用于在所述高能量密度存储库被充电之前给所述低能量密度存储库充电。

13.根据权利要求7所述的装置，其中，所述控制器用于在所述第一负载需要突发功率时，使得所述低能量密度存储库能够作为主电池源，并使得所述高能量密度存储库能够作为辅电池源，来向所述第一负载提供功率。

14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一负载和所述第二负载包括第一服务器机架和第二服务器机架。

15.根据权利要求1所述的装置，其中，所述功率需求是峰值功率削减需求。

16.一种系统，包括：

多个服务器机架，包括第一机架和第二机架，其中，所述第一机架包括第一电池系统，并且其中所述第二机架包括第二电池系统；以及

功率总线，耦合到所述第一电池系统和所述第二电池系统，其中，当所述第一机架需要峰值功率时，在所述第一电池系统的电荷不足的情况下，所述第二电池系统经由所述功率总线向所述第一机架补充功率。

17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述第一电池系统或所述第二电池系统之一承担控制器的角色，以监测所述多个服务器机架的功率消耗并监测所述第一电池系统和所述第二电池系统的实时容量。

18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述控制器用于基于所述第一机架或所述第二机架的服务器的工作负载优先级，将电网功率预算优先分配给所述第一电池系统或所述第二电池系统之一。

19.一种装置，包括：

负载；以及

第一电池系统，能操作来在对于所述负载的AC功率耗尽时向所述负载提供备用功率，并且在所述负载需要峰值功率时将来自第二电池系统的功率路由到所述负载。

20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述电池是混合电池，所述混合电池包括高能量电池存储库和低能量电池存储库。