CN117215653A - 处理器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种处理器，包括：温度检测部件，被配置为检测处理器的温度；矢量长度等级寄存器，被配置为存储处理器的矢量长度等级，其中，处理器以矢量长度等级寄存器中存储的矢量长度等级所对应的矢量长度执行矢量计算；以及矢量长度等级更新部件，被配置为基于处理器的温度来更新矢量长度等级寄存器中存储的矢量长度等级。

Description

处理器

技术领域

本公开一般地涉及计算机领域，尤其涉及一种处理器。

背景技术

精简指令集计算机（Reduced Instruction Set Computer，RISC）处理器是一种执行较少类型计算机指令的处理器。RISC处理器的基本出发点是通过精减机器指令系统来减少硬件设计的复杂程度，同时提高指令执行速度。在RISC处理器中，无论简单还是复杂操作，均由简单指令的程序块完成。

发明内容

根据本公开实施例的处理器，包括：温度检测部件，被配置为检测处理器的温度；矢量长度等级寄存器，被配置为存储处理器的矢量长度等级，其中，处理器以矢量长度等级寄存器中存储的矢量长度等级所对应的矢量长度执行矢量计算；以及矢量长度等级更新部件，被配置为基于处理器的温度来更新矢量长度等级寄存器中存储的矢量长度等级。

附图说明

本公开的实施例将以示例而非限制的方式在附图中进行图示，其中，类似的附图标记指代类似的元件。

图1A示出了根据本公开实施例的处理器的示例框图。

图1B示出了图1A所示的处理器自适应地改变其矢量长度的示例过程的流程图。

图2示出了根据本公开各种实施例的处理器可以用在其中的示例计算设备的框图。

具体实施方式

将使用本领域技术人员常用的术语来描述说明性实施例的各个方面，以将本公开的实质传达给本领域其他技术人员。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以使用所描述的方面的部分来实施许多替代实施例。出于解释的目的，给出了具体的数字、材料、和配置，以便提供对说明性实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施替代实施例。在其它实例中，为了避免模糊说明性实施例，可以省略或简化公知特征。

此外，以最有助于理解说明性实施例的方式，将各种操作依次描述为多个离散操作；然而，不应将描述顺序解释为暗示这些操作必须是顺序相关的。特别地，这些操作不需要按照呈现的顺序来执行。

本文中重复使用短语“在实施例中”、“在一个实施例中”、和“在一些实施例中”。这些短语通常不指代相同的实施例；然而，它们也可以指代相同的实施例。除非上下文另有规定，否则术语“包含”、“具有”、和“包括”是同义词。短语“A或B”和“A/B”的意思是“（A）、（B）、或（A和B）”。

通常，中央处理单元（CPU）具有动态频率缩放功能，其中，CPU在其温度过高时会主动降低运行频率和/或电压（此操作称为CPU节流）。温度过高会导致CPU的硬件损坏，而CPU节流可以减少CPU的数据处理操作所产生的热量，帮助CPU将其温度控制在工作范围内，副作用是整个CPU的性能会下降很多，因为CPU的所有部件（包括CPU内核、嵌入式内存控制器、和矢量计算部件等）都必须在低频率和/或电压下运行。

矢量计算部件是CPU的重要组成部分，对于CPU执行高性能计算至关重要。这里，将矢量计算部件可以同时处理的特定大小数据块的数目称为CPU或矢量计算部件的矢量长度（在下文中，可以互换使用CPU的矢量长度和矢量计算部件的矢量长度）。一般，矢量计算部件可以支持多种矢量长度配置，但总是将它支持的最大矢量长度告诉给软件（例如，编译器或应用程序），因此软件将以矢量计算部件所支持的最大矢量长度向矢量计算部件发送数据。不同的矢量长度配置意味着在同一矢量计算部件上进行计算时的计算速度和功耗不同。对于一个数据集，CPU的矢量长度越大、计算速度越快，数据处理操作所产生的热量越多，CPU的温度越高。

为了更高效地执行计算，CPU可以选择较大的矢量长度。但是，当CPU的温度接近触发CPU节流的温度时，更好的选择是降低CPU的矢量长度以避免CPU节流。因为CPU节流将降低CPU的所有部件的性能，而较小的矢量长度只会降低矢量计算部件的性能。

考虑上述情况，提出了根据本公开实施例的处理器，可以根据其温度来自适应地改变其矢量长度。

图1A示出了根据本公开实施例的处理器的示例框图。如图1A所示，根据本公开实施例的处理器100（例如，RISC处理器）包括温度检测部件102、矢量长度等级寄存器1042、和矢量长度等级更新部件1044，其中：温度检测部件102被配置为检测处理器100的温度；矢量长度等级寄存器1042被配置为存储处理器100的矢量长度等级，其中，处理器100以矢量长度等级寄存器1042中存储的矢量长度等级所对应的矢量长度执行矢量计算；矢量长度等级更新部件1044被配置为基于处理器100的温度来更新矢量长度等级寄存器1042中存储的矢量长度等级。

在一些实施例中，矢量长度等级更新部件1044可以在预先构建的温度到矢量长度等级查找表中找出处理器100的温度所对应的矢量长度等级，并将矢量长度等级寄存器1042中存储的矢量长度等级更新为处理器100的温度所对应的矢量长度等级。例如，矢量长度等级更新部件1044可以在处理器100的温度所对应的矢量长度等级不等于矢量长度等级寄存器1042中存储的矢量长度等级时，将矢量长度等级寄存器1042中存储的矢量长度等级更新为处理器100的温度所对应的矢量长度等级。

在一些实施例中，矢量长度等级寄存器1042可以存储长度等级改变比特，该长度等级改变比特用于指示矢量长度等级寄存器1042中存储的矢量长度等级是否被改变。例如，如果矢量长度等级寄存器1042中存储的矢量长度等级被改变，则长度等级改变比特为1，否则优选矢量长度等级被改变比特为0。在这种情况下，矢量长度等级更新部件1044可以在长度等级改变比特指示矢量长度等级寄存器1042中存储的矢量长度等级没有被改变时，将矢量长度等级寄存器1042中存储的矢量长度等级更新为处理器100的温度所对应的矢量长度等级。另外，矢量长度等级更新部件1044还可以在将矢量长度等级寄存器1042中存储的矢量长度等级更新为处理器100的温度所对应的矢量长度等级时，将长度等级改变比特设置为指示矢量长度等级寄存器1042中存储的矢量长度等级被改变。

如图1A所示，在一些实施例中，温度检测部件102、矢量长度等级寄存器1042、和矢量长度等级更新部件1044可以是包括在处理器100中的硬件部件且独立于软件编程，这样可以使所有用户和应用程序受益。即，无论用户和应用程序的情况如何，都可以根据处理器100的温度来自适应地改变其矢量长度。

如图1A所示，在一些实施例中，矢量长度等级寄存器1042和矢量长度等级更新部件1044可以是包括在处理器100的矢量计算部件104中的硬件部件。在这种情况下，矢量计算部件104可以根据处理器100的温度来自适应地改变其矢量长度。具体地，矢量计算部件104可以根据处理器100的温度来检查是否需要改变其矢量长度，并且在需要改变时将其改变为处理器100的温度所对应的矢量长度，然后用改变后的矢量长度执行矢量计算。

如图1A所示，在一些实施例中，根据本公开实施例的处理器100还包括矢量指令分配器（vector instruction dispatcher）106，该矢量指令分配器被配置为在长度等级改变比特指示矢量长度等级寄存器1042中存储的矢量长度等级被改变的情况下，将处理器100的矢量长度重新配置为矢量长度等级寄存器1042中存储的矢量长度等级所对应的矢量长度。

在一些实施例中，矢量指令分配器106还可以在将处理器100的矢量长度重新配置为矢量长度等级寄存器1042中存储的矢量长度等级所对应的矢量长度时，将长度等级改变比特设置为指示矢量长度等级寄存器1042中存储的矢量长度等级没有被改变。

在一些实施例中，矢量指令分配器106还可以在长度等级改变比特指示矢量长度等级寄存器1042中存储的矢量长度等级没有被改变的情况下，继续执行当前矢量指令或者为矢量计算部件104分配新矢量指令而无需重新配置处理器100的矢量长度。

如图1A所示，在一些实施例中，根据本公开实施例的处理器100还包括功率控制模块108，该功率控制模块被配置为在矢量指令分配器106的控制下，接通或关断矢量计算部件104中的各个矢量计算单元（例如，矢量计算单元1046-1至1046-N，N是大于或等于1的整数）。例如，矢量指令分配器106可以在处理器100的温度高于或等于预定温度阈值时控制功率控制模块108关断矢量计算部件104中的预定数目的矢量计算单元，和/或在处理器100的硬件温度低于预定温度阈值时控制功率控制模块108接通矢量计算部件104中的所有矢量计算单元。

在一些实施例中，矢量指令分配器106可以在到达预先设置的矢量长度等级检查点时，检查长度等级改变比特是否指示矢量长度等级寄存器1042中存储的矢量长度等级被改变。具体地，矢量指令分配器106可以设置有至少一个矢量长度等级检查点。当到达任意一个矢量长度等级检查点时，矢量指令分配器106可以检查长度等级改变比特，以决定是否重新配置处理器100的矢量长度。当长度等级改变比特指示矢量长度等级寄存器1042中存储的矢量长度等级被改变时，矢量指令分配器106重新配置处理器100的矢量长度，然后分配下一个矢量指令。

在一些实施例中，可以将新矢量指令的开端作为一个矢量长度等级检查点。矢量指令分配器106可以是包括在处理器100中的硬件部件。功率控制模块108可以包括多阈值互补金属氧化物半导体（MTCMOS）阵列（即，可以利用MTCMOS阵列来接通或关断矢量计算部件104中的一些矢量计算单元）。

图1B示出了图1A所示的处理器自适应地改变其矢量长度的示例过程的流程图。如图1B所示，在一些实施例中，根据本公开实施例的处理器100可以通过以下两个阶段来自适应地改变其矢量长度：

矢量长度等级更新阶段，包括以下步骤：

步骤1.1：矢量长度等级更新部件1044从温度检测部件102接收指示处理器100的温度的温度数据，并在预先构建的温度到矢量长度等级查找表中找出处理器100的温度所对应的矢量长度等级。表1给出了温度到矢量长度等级查找表的示例。

表1

步骤1.2：矢量长度等级更新部件1044检查矢量长度等级寄存器1042中存储的矢量长度等级与处理器100的温度所对应的矢量长度等级是否相等。如果相等，则不更新矢量长度等级寄存器1042中存储的矢量长度等级，否则判断长度等级改变比特是否指示矢量长度等级寄存器1042中存储的矢量长度等级被改变（例如，长度等级改变比特为1还是0）。如果矢量长度等级寄存器1042中存储的矢量长度等级被改变（例如，长度等级改变比特为1），则不更新矢量长度等级寄存器1042中存储的矢量长度等级，否则执行步骤1.3。

步骤1.3：矢量长度等级更新部件1044将矢量长度等级寄存器1042中存储的矢量长度等级更新为处理器100的温度所对应的矢量长度等级。

步骤1.4：矢量长度等级更新部件1044将长度等级改变比特变更为指示矢量长度等级寄存器1042中存储的矢量长度等级被改变（例如，将长度等级改变比特从0变为1）。

矢量指令分配阶段，包括以下步骤：

步骤2.1：矢量指令分配器106开始执行当前矢量指令或到达矢量长度等级检查点。

步骤2.2：矢量指令分配器106检查长度等级改变比特是否指示矢量长度等级寄存器1042中存储的矢量长度等级被改变。如果长度等级改变比特指示矢量长度等级寄存器1042中存储的矢量长度等级没有被改变（例如，长度等级改变比特的值为0），则执行步骤2.6；如果长度等级改变比特指示矢量长度等级寄存器1042中存储的优选矢量长度等级被改变（例如，长度等级改变比特的值为1），则执行步骤2.3。

步骤2.3：矢量指令分配器106读取矢量长度等级寄存器1042中存储的矢量长度等级。

步骤2.4：矢量指令分配器106将长度等级改变比特变更为指示矢量长度等级寄存器1042中存储的矢量长度等级没有被改变（例如，将长度等级改变比特的值从1变为0）。

步骤2.5：矢量指令分配器106从预先构建的矢量长度等级对照表中找出从矢量长度等级寄存器1042读取的矢量长度等级所对应的矢量长度，并将处理器100的矢量长度重新配置为所找出的矢量长度。表2给出了矢量长度等级对照表的示例。

表2

步骤2.6：矢量指令分配器106继续执行当前矢量指令或者为矢量计算部件104分配新矢量指令，而无需重新配置处理器100的矢量长度。

步骤2.7：如果处理器100的硬件温度高于预定温度阈值，则矢量指令分配器106控制功率控制模块108关断矢量计算部件104中的预定数目的矢量计算单元。如果处理器100的硬件温度低于预定温度阈值，则矢量指令分配器106控制功率控制模块108接通矢量计算部件104中的所有矢量计算单元。

图2示出了根据本公开各种实施例的处理器可以用在其中的示例计算设备的框图。具体地，图2所示的计算设备200包括一个或多个处理器（或处理器核）210、一个或多个存储器/存储设备220、和一个或多个通信资源230，其中，这些处理器、存储器/存储设备、和通信资源中的每一者可以经由总线240或其他接口电路通信地耦合。对于利用节点虚拟化（例如，网络功能虚拟化（NFV））的实施例，可以执行管理程序202以提供一个或多个网络切片/子切片的执行环境从而利用计算设备200的硬件资源。

处理器210可以包括例如，处理器212和处理器214。处理器210可以是例如，中央处理单元（CPU）、精简指令集计算（RISC）处理器、复杂指令集计算（CISC）处理器、图形处理单元（GPU）、诸如基带处理器的数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）、射频集成电路（RFIC）、另一处理器（包括本文讨论的那些处理器）、或其任何合适的组合。

存储器/存储设备220可以包括主存储器、磁盘存储设备、或其任何适当组合。存储器/存储设备220可以包括但不限于任何类型的易失性、非易失性、或半易失性存储器，例如，动态随机存取存储器（DRAM）、静态随机存取存储器（SRAM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）、闪存、固态存储器等。

通信资源230可包括互连或网络接口控制器、组件、或其他合适的设备，以经由网络208与一个或多个外围设备204或一个或多个数据库206或其他网络元件通信。例如，通信资源230可以包括有线通信组件（例如，用于经由USB、以太网等进行耦合）、蜂窝通信组件、近场通信（NFC）组件、Bluetooth®（或Bluetooth®低能量）组件、Wi-Fi®组件、和其他通信组件。

指令250可以包括软件、程序、应用程序、小程序、应用程序、或其他可执行代码，用于使处理器210中的至少任意一个处理器执行各种处理过程。指令250可以全部或部分驻留在处理器210（例如，在处理器的高速缓存中）、存储器/存储设备220、或其任何适当组合中的至少一者内。此外，指令250的任意部分可以从外围设备204或数据库206的任意组合传送到硬件资源200。因此，处理器210的存储器、存储器/存储设备220、外围设备204、和数据库206是计算机可读和机器可读介质的示例。

尽管为了描述的目的，这里已经说明和描述了某些实施例，但是在不脱离本公开的范围的情况下，可以用实现相同目的的各种各样的替代和/或等效实施例或实施方式来代替图示出和描述的实施例。本申请旨在涵盖本文所讨论的实施例的任何改编或变化。因此，这里所描述的实施例显然仅由所附权利要求书及其等效物来限制。

Claims (18)

1.一种处理器，包括：

温度检测部件，被配置为检测所述处理器的温度；

矢量长度等级寄存器，被配置为存储所述处理器的矢量长度等级，其中，所述处理器以所述矢量长度等级寄存器中存储的矢量长度等级所对应的矢量长度执行矢量计算；以及

矢量长度等级更新部件，被配置为基于所述处理器的温度来更新所述矢量长度等级寄存器中存储的矢量长度等级。

2.根据权利要求1所述的处理器，其中，所述矢量长度等级更新部件还被配置为在预先构建的温度到矢量长度等级查找表中找出所述处理器的温度所对应的矢量长度等级，并将所述矢量长度等级寄存器中存储的矢量长度等级更新为所述处理器的温度所对应的矢量长度等级。

3.根据权利要求1所述的处理器，其中，所述矢量长度等级更新部件还被配置为在所述处理器的温度所对应的矢量长度等级不等于所述矢量长度等级寄存器中存储的矢量长度等级时，将所述矢量长度等级寄存器中存储的矢量长度等级更新为所述处理器的温度所对应的矢量长度等级。

4.根据权利要求1所述的处理器，其中，所述矢量长度等级寄存器还被配置为存储长度等级改变比特，所述长度等级改变比特用于指示所述矢量长度等级寄存器中存储的矢量长度等级是否被改变。

5.根据权利要求4所述的处理器，其中，所述矢量长度等级更新部件还被配置为在所述长度等级改变比特指示所述矢量长度等级寄存器中存储的矢量长度等级没有被改变时，将所述矢量长度等级寄存器中存储的矢量长度等级更新为所述处理器的温度所对应的矢量长度等级。

6.根据权利要求4所述的处理器，其中，所述矢量长度等级更新部件还被配置为在将所述矢量长度等级寄存器中存储的矢量长度等级更新为所述处理器的温度所对应的矢量长度等级时，将所述长度等级改变比特设置为指示所述矢量长度等级寄存器中存储的矢量长度等级被改变。

7.根据权利要求4所述的处理器，还包括：

矢量指令分配器，被配置为在所述长度等级改变比特指示所述矢量长度等级寄存器中存储的矢量长度等级被改变的情况下，将所述处理器的矢量长度重新配置为所述矢量长度等级寄存器中存储的矢量长度等级所对应的矢量长度。

8.根据权利要求7所述的处理器，其中，所述矢量指令分配器还被配置为在将所述处理器的矢量长度重新配置为所述矢量长度等级寄存器中存储的矢量长度等级所对应的矢量长度时，将所述长度等级改变比特设置为指示所述矢量长度等级寄存器中存储的矢量长度等级没有被改变。

9.根据权利要求7所述的处理器，其中，所述矢量指令分配器还被配置为在所述长度等级改变比特指示所述矢量长度等级寄存器中存储的矢量长度等级没有被改变的情况下，继续执行当前矢量指令或者为所述处理器的矢量计算部件分配新矢量指令而无需重新配置所述处理器的矢量长度。

10.根据权利要求7所述的处理器，还包括：

功率控制模块，被配置为在所述矢量指令分配器的控制下，接通或关断所述处理器的矢量计算部件中的各个矢量计算单元，其中，所述矢量指令分配器还被配置为在所述处理器的温度高于或等于预定温度阈值时，控制所述功率控制模块关断所述矢量计算部件中的预定数目的矢量计算单元。

11.根据权利要求10所述的处理器，其中，所述矢量指令分配器还被配置为在所述处理器的温度低于所述预定温度阈值时，控制所述功率控制模块接通所述矢量计算部件中的所有矢量计算单元。

12.根据权利要求7所述的处理器，其中，所述矢量指令分配器还被配置为在到达预先设置的矢量长度等级检查点时，检查所述长度等级改变比特是否指示所述矢量长度等级寄存器中存储的矢量长度等级被改变。

13.根据权利要求12所述的处理器，其中，所述矢量长度等级检查点包括新矢量指令的开端。

14.根据权利要求1所述的处理器，其中，所述温度检测部件、所述矢量长度等级寄存器、以及所述矢量长度等级更新部件是包括在所述处理器中的硬件部件。

15.根据权利要求14所述的处理器，其中，所述矢量长度等级寄存器和所述矢量长度等级更新部件是包括在所述处理器的矢量计算部件中的硬件部件。

16.根据权利要求7所述的处理器，其中，所述矢量指令分配器是包括在所述处理器中的硬件部件。

17.根据权利要求10所述的处理器，其中，所述功率控制模块包括多阈值互补金属氧化物半导体（CMOS）阵列。

18.根据权利要求1所述的处理器，其中，所述处理器是精简指令集计算机（RISC）处理器。