CN1575447A - 降低功率的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种系统和方法，用于至少部分地基于系统的温度和/或时钟频率，来调节供给处理器的电压电平。

Description

降低功率的方法和系统
技术领域
本明一般地涉及功率降低。
背景技术
对功能更强大的计算机和通信产品的需求导致处理器更快，而更快的处理器通常消耗更大量的功率。然而，设计工程师们为了例如延长电池寿命等目的而努力降低功耗，尤其是在移动和通信系统中。
附图说明
在本发明的权利要求书中，具体指出并清楚地要求保护了本发明的主题。然而，通过参照以下详细描述并结合附图来阅读，才能最好地理解所要求保护的主题的构成和操作方法、及其目的、特征和优点，在附图中：
图1是关于处理器的温度和时钟频率的电源电压的采样表。
图2是根据一个实施例的计算系统的示意图。
图3是根据一个实施例的计算系统的示意图。
图4是根据一个实施例的计算系统的示意图。
图5是根据一个实施例的网络的示意图。
具体实施方式
在以下详细描述中，阐述了许多具体细节，以提供对所要求保护的主题的透彻理解。然而，本领域的技术人员将会理解，没有这些具体细节也可以实施所要求保护的主题。另外，没有详细描述公知的方法、过程、组件和电路，以免模糊了所要求保护的主题。
一般而言，设计者希望降低功耗。典型地，处理器的电源电压至少部分地基于其操作温度和时钟频率的最坏情况而定。当处理器的工作温度更高时，处理器晶体管的性能就会恶化而变得更慢。然而，更高的电源电压可以补偿晶体管降低的性能，从而使其可以工作得更快。
例如，图1示出了一张表，其示出了一个处理器相对于其时钟频率和温度的电源电压的示例。该处理器被设计为在例如-20℃到约100℃之间的温度范围、以及在约100Mhz到约400Mhz之间的时钟频率范围内工作。同样，可靠工作的电源电压是基于最坏情况的。在此示例中，在指定的温度和时钟频率范围内可靠工作的电源电压是1.6伏，因为最坏情况是400Mhz和100℃。
然而，利用最坏情况来选择电源电压，这限制了电源电压的选择，因为所述情况仅考虑了单一或有限数量的数据点，例如图1中那样。这种方法的负面效果是更高的功耗。例如，更高的功耗会对移动系统的电池寿命产生不利影响，所述移动系统例如是蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、笔记本电脑和其它系统。因此，使用基于最坏情况的电源电压会降低移动设备的电池寿命，同时限制设计的灵活性。
当前技术发展的一个领域涉及通过降低功耗来实现通信产品及计算机或计算系统的电池寿命的延长。如前所述，所选择的低电源电压是基于在关于处理器温度和时钟频率的处理器预期工作范围内的最坏工作情况的。然而，这种方法可能不灵活或者效率低。例如，对于较低的温度和较低的时钟频率，处理器可以工作在较低的电源电压下。因此，希望实现更有效的方法，用来在不同温度和时钟频率下调节电源电压。
图2是根据一个实施例的计算系统200。系统实施例200包括但不限于处理器202、温度传感器206、功率控制器208和电源210。同样，处理器可以在存储器中包括数据，例如204。系统例如可以包括个人计算机系统、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话，或者诸如网络手持板(webtablet)之类的因特网通信设备。当然，这些仅仅是示例，而所要求保护的主题的范围不限于这些示例。所要求保护的主题还可以包括无线或有线产品，这些将结合图5作进一步讨论。
尽管所要求保护的主题的范围不限于此方面，但应该注意到，某些实施例还可以包括来自以下同时提交的申请的主题：序列号为，标题为“A System and Method for Managing Data in Memory for Reducing PowerConsumption”的美国专利申请，其申请人是Richard H.Lawrence，代理机构案卷号P11725；序列号为，标题为“A System and Method forReducing Power Consumption based at least in part on Temperature andFrequency of a Memory”的美国专利申请，其申请人是Richard H.Lawrence，代理机构案卷号P11724。
系统200能够至少部分地基于处理器的工作温度和时钟频率，向处理器提供可接受的低电源电压。一方面，所要求保护的主题与现有技术的不同之处在于，电源电压可以至少部分地基于工作温度或时钟频率或这两者，而不是基于典型的最坏情况或者现有技术中根据感测到的(sensed)温度降低处理器频率的抑制性应用。而且，所要求保护的主题还可以基于其它因素来调节电源电压，所述其它因素例如是应用的类型(军用或民用)、其它处理器的数量、各自的温度或时钟频率等等。例如，系统可能具有多个处理器，而所述可接受的低电源电压可能是对每个处理器或所述处理器中的一些而单独计算的，或者是基于相关联的温度和时钟频率中至少几个的平均值来计算的。
在此实施例中，系统200接收一组数据204，数据204至少部分地包括对于不同的温度和不同的时钟频率而计算的可接受的低电源电压。所述的这组数据例如可以是通过这样的方式来计算的，即，对多个系统进行测试以确定对于不同温度和不同时钟频率的可接受的低电源电压，尽管所要求保护的主题不限于此方面。在一个实施例中，可以将所述的这组数据加载到耦合于处理器的闪存当中。
在一个实施例中，在不同的温度和时钟频率下对多个处理器进行测试，并计算电源电压以确保处理器在所选择的温度和时钟频率下正确工作。因而，可以预先确定预定数量的处理器或系统的特性，以确定一组数据，该组数据用于至少部分地基于温度和时钟频率来指定可接受的低电源电压。例如，该组数据可以与图1中先前讨论过的表类似。当然，所要求保护的主题不限于此方面。所述的这组数据可以具有比图1中所示的更多的数据点。例如，温度范围可以是从-40℃到120℃，或者是从0℃到60℃。类似地，可以以5℃为温度增量来计算电源电压，而非图1中所示的40℃的增量。可以以不同的增量，对更高或更低的时钟频率计算电源电压。同样，如前所述，在计算所述的这组数据时可以包括其它因素，例如计算多个处理器的平均温度以产生多维图表，而非图1中所示的二维图表。因而，可以采用多种技术中的任何一种来提供所需数据。
在确定了所述的这组数据之后，系统就可以将所述数据加载到存储器中。在一个实施例中，所述存储器包括闪存。然而，所要求保护的主题的范围不限于特定的存储机制或设备。例如，可将所述数据加载到易失性存储器中，所述易失性存储器例如是动态随机访问存储器(DRAM)或静态随机访问存储器(SRAM)。而且，所述的这组数据不必驻留于本地存储器中。例如，可将所述的这组数据加载到外部测试设备中用于比较和分析。或者，可将所述数据加载到功率控制器208中。同样，系统可以经由有线或无线连接而从网络接收所述的这组数据。
因此，系统200可以用温度传感器206来监测温度。在一个实施例中，温度传感器将处理器所感测到的温度转发给处理器。可将温度传感器集成到处理器中。例如，可将传感器合并到处理器的设计中，并将其作为处理器的一部分而生产，尽管主题的范围不限于此方面。或者，可将温度传感器物理地附接于处理器的封装。另一实施例可以包括附接于处理器内部或外部的多个温度传感器，并且使用来自所述多个温度传感器的测量值来计算平均温度。在又一实施例中，温度传感器可以位于系统板上或系统板附近，例如距系统板若干厘米之内，并且可以从传感器读数来推测温度。
例如如上所述，处理器在接收到一个或多个温度测量值时或之后，就可以确定可接受的低电源电压。在一个实施例中，在降低电源电压时，通过对多个系统进行测试来确定可接受的低电源电压。最后，当电源电压降到某一阈值时，系统将会由于电源电压不足而无法测试。随后，慢慢增加电源电压，直到所述的多个系统正常工作并通过测试。因而，基于前述例子就可以计算出可接受的低电源电压。当然，所要求保护的主题不限于此方面。
如前所述，在一个实施例中，所述的这组数据可以与图1中的表类似。例如，根据两个数据点和所述的这组数据，处理器或功率控制器就可以将当前电源电压调节到从所述的这组数据中获得的可接受的低电源电压。例如，假定电源210当前向系统提供1.5伏的电压。例如，如果温度传感器感测到60℃的温度，并且测得当前处理器时钟频率是400Mhz，则处理器或功率控制器可以至少部分地基于60℃的感测温度和400Mhz的时钟频率来查询所述的这组数据。如果所述的这组数据类似于图1中的，则对于60℃和400Mhz的可接受的低电源电压是1.4伏。然后，在此实施例中，因为系统当前正使用1.5伏，所以将电源电压降低到1.4伏以降低功耗。因此，这样一个实施例允许在各种温度和时钟频率下对电源电压进行灵活而有效的设置。相反，最坏情况方法仅考虑了一个电源电压，而不管不同的温度和不同的时钟频率。
所要求保护的主题的一个方面可以包括：处理器或功率控制器向电源发出一个“设置电压”命令，以将电源电压设置为可接受的低电源电压。
在一个实施例中，可将功率控制器和电源集成在一起，并置于系统内部。当然，所要求保护的主题不限于此方面。例如，可将功率控制器耦合到外部电源。或者，功率控制器和电源可以在系统外部。
在一个实施例中，将所要求保护的主题合并到通信或无线设备中，和/或用IntelXScaleTM微体系结构和IntelPersonal Internet Client Architecture(个人因特网客户端体系结构)(IntelPCA)来实现，这将在图3、图4和图5中进一步讨论。
图3是根据一个实施例的计算系统的示意图。该示意图表示了对通信产品的一种灵活设计实现。在单个处理器的一个实施例中，逻辑块302和304表示模块化处理，其中通信处理器和应用处理器可以是逻辑上分开的。从而，对于一种无线协议可以仅采用一个通信处理器，但一个应用处理器可以用于一组应用。
通信处理器302是为一种特定的无线协议而设计的。例如，为多种现有的无线标准而设计协议专用逻辑，所述无线标准例如是个人通信业务(PCS)、个人数字蜂窝电话(PDC)、全球移动通信系统(GSM)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)。协议专用逻辑可以支持各种标准，例如IS-136、IS-95、IS-54、GSM1800和GSM1900。
通信处理器302包括但不限于数字信号处理器(DSP)、微处理器、存储器和外设。应用处理器304包括但不限于微处理器、存储器和外设。应用处理器可以是通用并可重复编程的。而且，其能够执行本机二进制码(native binaries)，所述本机二进制码是在系统内、来自另一通信产品或来自网络的。从而，应用处理器耦合于通信处理器但在逻辑上分开。因此，每个处理器可以并行开发，而非一般的串行处理。
在一个实施例中，可将通信处理器和应用处理器制造在一块硅晶片上。然而，这两个处理器可以独立工作，并可以具有不同的操作系统。在另一实施例中，通信处理器和应用处理器可以耦合于共同的存储控制器，该存储控制器接着又耦合于共同的存储器。或者，每个处理器可以集成其各自的存储器。例如，处理器可以具有驻留于处理器核心(die)上的存储器，而不是具有分开的存储器。可以被集成到每个处理器中的各种存储器的例子有闪存、静态随机访问存储器和动态随机访问存储器。
尽管主题的范围不限于此方面，但IntelXScaleTM微体系结构和IntelPersonal Internet Client Architecture(IntelPCA)可以支持图3中所示的模块化实现。而且，这种体系结构可以支持多种特征，例如用于访问因特网内容和应用的浏览器，允许与包括语音、图形、视频和音频在内的内容和应用来互动的用户界面。所述体系结构可以具有文件系统，用于管理和保护对应用、通信和网络代码的访问。所述体系结构可以留出无线电接口，以从无线载波或服务载体接收并向其发送。此外，所述体系结构可以考虑到对以下这些方面的系统管理，即，应用处理器的操作系统内核、用户应用、以及通信处理器的实时操作系统功能，还考虑到内容或数据有效载荷。当然，所要求保护的主题不限于此方面。
图4是根据一个实施例的计算系统的示意图。框图402示出了应用和通信处理器的集成实现。在一个实施例中，在具有多个处理器的系统中利用框图402。该框图包括但不限于数字信号处理器(DSP)、微处理器和存储器、外设。有一方面，图4与图3的不同之处在于，单个集成逻辑处理器402支持应用和通信这两种功能。相反，图3是模块化设计，其示出了两个单独支持通信或应用功能的处理器。
尽管主题的范围不限于此方面，但IntelXScaleTM微体系结构和IntelPersonal Internet Client Architecture(IntelPCA)可以支持图4中所示的集成实现。而且，这种体系结构可以支持多种特征，例如用于访问因特网内容和应用的浏览器，允许与包括语音、图形、视频和音频在内的内容和应用来互动的用户界面。所述体系结构可以具有文件系统，用于管理和保护对应用、通信和网络代码的访问。所述体系结构可以留出无线电接口，以从无线载波或服务载体接收并向其发送。此外，所述体系结构可以考虑到对以下这些方面的系统管理，即，应用处理器的操作系统内核、用户应用、以及通信处理器的实时操作系统功能，还考虑到内容或数据有效载荷。当然，所要求保护的主题不限于此方面。
图5是根据一个实施例的网络的示意图。在一个实施例中，可以在图5所示的各种通信产品中实现图2中用于降低功耗的前述系统、以及图3和图4中所描述的对通信产品和体系结构的模块化实现。例如，所述通信产品包括但不限于因特网手持板(Internet tablet)、蜂窝电话、个人数字助理、寻呼机和个人管理工具(personal organizer)。另外，所述通信产品可以通过有线或无线连接来接收信息。
当然，所要求保护的主题不限于此方面。例如，本领域的技术人员将会理解，所要求保护的主题还可以包括具有低功耗并用电池作为电源的系统。或者，所要求保护的主题还可以包括需要散热的系统或板。一个示例包括机架式服务器，其具有插入机架式外壳中的多个板。这些板间隔很近，并可能消耗大量功率。因此，所要求保护的主题可以通过降低功耗而改进散热。
尽管参照具体实施例对所要求保护的主题进行了描述，但并不是想要把本说明书解释为限制性的意义。参照对所要求保护的主题的描述，本领域的技术人员将会清楚对所公开实施例的各种修改、以及对所要求保护的主题的替换实施例。因此应该考虑到，可以进行这种修改，而不会背离所附权利要求所定义的所要求保护的主题的精神和范围。

Claims (15)

1.一种系统，包括：
电源电压可调的处理器；
至少一个温度传感器，其耦合到所述处理器，以感测所述处理器的温度；
所述系统至少部分地基于所述处理器的感测温度和感测到的所述处理器的时钟频率，将所述处理器的电源电压调节为可接受的低电源电压；以及
闪存，其至少部分地基于所述处理器的感测时钟频率和所述处理器的感测温度，存储所述处理器的多个可接受的低电源电压。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述系统耦合到一个集成有功率控制器的电源。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述温度传感器与所述处理器集成在一起。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述温度传感器附接于所述处理器的陶瓷封装。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述温度传感器位于距所述处理器零到七厘米之内的地方。
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述系统包括个人数字助理、蜂窝电话、因特网手持板或个人计算机中的至少一种。
7.一种制品，包括：
存储介质，其上存储有指令，所述指令当由计算平台执行时，导致执行对系统处理器电源电压的调节，所述调节是通过以下操作来执行的：
感测所述系统处理器的温度；
至少部分地基于所述处理器的感测温度和所述处理器的感测时钟频率，存储多个可接受的低电源电压；以及
生成一个命令，用于将所述系统的电源电压近似地调节为所述可接受的低电源电压。
8.如权利要求7所述的制品，其中，所述的存储多个可接受的低电源电压包括将所述可接受的低电源电压写入闪存。
9.如权利要求7所述的制品，其中，所述的生成一个命令包括将该命令从所述系统处理器发送到电源。
10.如权利要求7所述的制品，其中，所述的生成一个命令包括将该命令从功率控制器发送到电源。
11.如权利要求7所述的制品，其中，所述系统包括个人数字助理、蜂窝电话、因特网手持板或个人计算机中的至少一种。
12.一种调节供给处理器的电压电平的方法，包括：
感测所述处理器的温度和时钟频率；
将所述处理器的感测温度和所述处理器的时钟频率与一个表中的数据相比较，该表中的数据是对于多个处理器感测温度和处理器感测时钟频率的可接受的低电压电平的数据；以及
至少部分地基于所述处理器的感测温度和所述处理器的感测时钟频率，将所述处理器的电压电平调节为所述可接受的低电压电平。
13.如权利要求12所述的方法，还包括将所述数据表存储在闪存中。
14.如权利要求12所述的方法，其中，调节所述电压电平包括生成一个设置电压命令。
15.如权利要求14所述的方法，其中，生成所述设置电压命令包括将所述设置电压命令发送到电源。
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