CN1716161A - 温控装置 - Google Patents

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Abstract

根据一个实施例公开一种CPU。该CPU包括两个或两个以上簇；和与所述两个或两个以上簇耦合的调度单元。该调度单元根据各簇的温度将指令引导至所述两个或两个以上簇。

Description

温控装置
(1)技术领域
本发明涉及微处理器；特别是，本发明涉及簇形微结构。
(2)背景技术
功率消耗正成为下一代处理器的设计中的主要障碍。功率密度正在一代一代地增加。将该功率密度翻译成生热。去热的成本以与能量密度相同的速率增加。同时，为了减少动态功率，电源电压也减少了。为了抵消其对晶体管开关延迟的负面影响，相应地按比例确定阈值电压。然而，降低阈值电压对高度依赖温度的泄漏功率有很大影响。
簇形的微结构具有热效率。这是因为分配处理器资源还帮助分配功率消耗和温度。然而，在簇形的微结构出现的最大温度仍还导致很大的冷却成本。另外，在簇形的微结构的最大温度会导致平均温度的上升。
(3)附图说明
从以下给出的详细说明和从本发明的各种实施例的附图可以更全面地理解本发明。然而，附图不是对特定实施例的限制，而是用于解释和说明。
图1示出计算机系统的一个实施例。
图2示出CPU的一个实施例。
图3示出簇的一个实施例。
图4示出另一个簇的一个实施例。
图5为示出采用冷模式运行簇形CPU的一个实施例的流程图。
图6为示出采用热模式运行簇形CPU的一个实施例的流程图。
图7A示出簇跳跃模式的一个实施例；和
图7B示出簇跳跃模式的另一个实施例。
(4)具体说明
对用于簇形微结构的温控装置进行说明。在说明书中引用“一个实施例”或“一实施例”指结合实施例所述的特定性能、结构或特征包括于本发明至少一个实施例中。在说明书中各处出现的“在一个实施例中”不一定都指同一实施例。
在下文中，列出许多细节。然而，对本领域的技术人员来说可以不用这些特定细节实践本发明。在其它例子中，以方框图而非详细的形式示出熟知结构，以避免混淆本发明。
图1为计算机系统100的一个实施例的方框图。计算机系统100包括耦合至总线105的中央处理单元(CPU)102。在一个实施例中，CPU 102是在包括了可以从加尼利弗尼亚圣克拉拉的英特尔公司获得的PentiumII处理器一族、PentiumIII处理器和PentiumIV处理器在内的Pentium处理器一族中的处理器。另选地，还可以使用其它CPU。
还可以将芯片组耦合至总线105。芯片组107包括存储控制集线器(MCH)110。在一个实施例中，MCH 110通过集线器接口与输入/输出控制集线器(ICH)140相耦合。ICH 140提供一个到计算机系统100中的输入/输出(I/O)设备的接口。例如：ICH 140可以耦合到遵守由PCI Special Interest Group of Portland Oregon开发的说明修订(Specification Revision)2.1总线的外围元件互连总线。
在一个实施例中，MCH 110包括一个与主系统存储器115相耦合的存储控制器112。主系统存储器115存储数据和指令序列和由可由CPU 102或任何其它系统100中所包括的设备执行的数据信号所表示的代码。在一个实施例中，主系统存储器115包括动态随机存取存储器(DRAM)；然而，可以用其它存储器类型来实施主系统存储器115。
MCH 110还包括一个计算图形变形的图形加速器113。在一个实施例中，图形加速器113包括一个控制2D和3D图形引擎的2D/3D指令处理单元。2D和3D图形引擎通过存储控制器112将数据传送到主存储器和从主存储器115接收数据。
另外，MCH 110包括一个促进存储器115和存储控制器112之间的互动的指令队列114。指令队列114在将信息呈现给存储器115之前存储来自图形加速器114的信息(例如：数据、命令信息)。虽然这里参照图形加速器/存储器接口进行说明，但本领域的技术人员会理解可以将指令队列114用于其它接口。
图2示出CPU 102的一个实施例。CPU 102包括指令高速缓冲存储器210、转移预测单元220、取指令单元230、调度单元250和簇260。指令高速缓冲存储器用于存储要取和执行的指令。转移预测单元220与高速缓冲存储器210相耦合，并用于预测由当前执行的指令决定的要执行的指令。例如：预测的指令可以是正在执行的执行的指令的条件转移。
取指令单元230从高速缓冲存储器210检索指令并将该指令发送至调度单元250。调度单元250解码、更名和并将获取的指令引导至生成操作数的簇260。簇260用于执行由调度单元250引导的指令。在一个实施例中，CPU 102包括簇0-簇3。
在用于簇形微结构的传统调度单元中，根据寄存器从属和工作量平衡将指令引导至簇260。然而根据本发明的一个实施例，调度单元250根据用于做出引导指令的热信息将指令引导至簇260。在该实施例中，决定各指令的目的簇260的模式(例如：引导模式)考虑到了各簇260的温度。可以单独应用引导模式或与簇跳跃模式结合在一起应用以进一步提高效率。簇跳跃指为了不消耗功率和降低温度在一时间间隔内禁止一个或多个簇。为了改变启动和禁止的簇，旋转指定的Vdd门控簇。以下将详细描述引导模式和簇跳跃模式。
图3示出簇260用于根据热信息执行由调度单元250引导到簇260的指令的一个实施例。簇260包括一个或多个指令指令队列310、寄存器文件320和功能单元240。指令指令队列310在将指令发送到用于执行的功能单元之前临时存储指令。
寄存器文件320存储由功能单元340执行的指令的结果。另外，寄存器文件320将该结果返回到用于执行下一指令的功能单元340。功能单元340用于执行指令。例如，功能单元340可包括执行指令的ALU和FP执行单元。
根据一个实施例，温度传感器350包括在各簇260中。温度传感器350测量簇260的温度以确定产生的热度。在另一实施例中，将由温度传感器350测量的值传送到用于确定哪个簇260发送紧接着的指令的调度单元250。
图4示出簇260的另一实施例。在该实施例中，温度传感器350包括在各功能块中。在该实施例中，将更准确的温度读数提供给调度单元250。例如：因为调度单元250接收簇260中各功能块的实际温度，调度单元250可以更好地确定簇360的温度。
这一决策可以根据由调度单元250平均接收到的温度值来确定具有最高温度的簇。然而，在另一实施例中，调度单元250可以根据从任何特定簇260中的功能单元340接收到的最高温度值来决策。
图5为示出用冷模式运行CPU 102的一个实施例的流程图。在处理方块510中，调度单元250监控各簇260中的每一个温度传感器350。在一个实施例中，在指示簇260具有最冷温度的优先表中排定了簇260的次序。在处理模块520中，调度单元260选择具有最低温度测量值的簇260。在冷模式中，调度单元250根据它们各自的温度制定簇260的优先级。然而，本领域的普通技术人员会理解可以不偏离本发明的真实范围实施其它排序。
在决策模块530中，确定具有最低温度测量值的簇260是否有足够的资源来处理要发送的指令。如果簇260没有足够的资源，则将控制传送回处理模块520，确定具有下一最低温度的簇260。如果簇260有足够的资源，则将指令引导到选择的簇260。
下表1用于示出冷模式的运行的例子。表1包括各簇260的温度及两个输入中有多少被保持在特定簇260中。在该例子中，指令I具有两个输入。注意可以在两个或两个以上簇260中复制寄存器值。
表1
  簇   温度   输入操作数
  0   82℃   1
  1   80℃   2
  2   88℃   2
  3   81℃   0
对于冷模式，确定簇1是最冷的簇260。结果，将指令发送至簇。然而，如果簇1没有足够的资源，则选择簇3作为簇260来处理指令。
图6为示出来用冷模式运行CPU 102的一个实施例的流程图。在处理模块610中，调度单元250监控各簇260中的每一个温度传感器350。在一个实施例中，在指示具有最冷温度的簇260的优先表中排定簇260的次序。在处理模块620中，调度单元260确定哪个簇260具有最低温度测量值。
在处理模块630中，确定各簇260之间的温差。在决策模块640中，确定各簇260之间的温差是否超过预定阈值。在一个实施例中，阈值为3℃。然而，本领域的普通技术人员会理解可以用其它阈值。
如果任何两个簇260之间的温差超过阈值，则簇260之间不进行交换且控制回到确定其它簇260之间的温差的处理模块630。如果任何两个簇260之间的温差低于阈值，则处理模块650核查其它条件以确定哪个簇260具有更高的优先级。例如：保持最多输入的簇260具有更高的优先级。如果簇260保持相同数量的输入则在调度程序(未示出)中具有更多空闲存储区的簇260具有更高的优先级。
使用上表1示出热模式工作的一个例子，开始将簇260定序为A1＝(簇1、簇3、簇0、簇2)。因此，在该例中，使用阈值3℃，簇1和簇3之间的差低于阈值。因为簇1保持更多输入，所以簇1具有高于簇3的优先级。因此，将簇定序成A2＝(簇1、簇3、簇0、簇2)。
簇1和簇3之间的差也低于阈值。因为簇0保持更多输入，所以簇0具有高于簇3的优先级。因此，将簇定序成A3＝(簇1、簇0、簇3、簇2)。簇3和簇2之间的差高于阈值，所以簇3具有高于簇2的优先级。因此，将簇定序成A4＝(簇1、簇0、簇3、簇2)，此为最终簇260优先表。根据一个实施例，为了保持所引导的指令，在建立优先表之间检查簇260。
如上所述，引导装置可以与簇跳跃模式相结合以进一步提高效率。簇跳跃技术是基于动态地禁止一些簇(例如：Vdd门控簇)，使这些簇不再消耗动态功率也不消耗泄漏功率。
簇跳跃有益于采用不同的方式温度控制。例如：因为各簇在一段时间内可禁止，从而可以减少最大温度。另外，也可以减少平均温度，因为被禁止簇的节能大于其它有效簇经历的能耗增加，尽管它们有效性的微小增长。
在特定簇维持禁止期间，该簇不提供任何寄存器值，因此在将簇输入睡眠之前，将簇的寄存器文件的相应内容复制到其它有效簇。具体来说，生成一组复制微操作并调度组簇，以复制最近映射没有呈现在任何其它簇的逻辑寄存器的数值。各个寄存器数值可发送至最近的簇。
因为在较大的时间间隔中禁止簇，这些复制的性能影响是可以忽略的。因为Vdd是门控的，当再次使能簇时局部数据高速缓冲存储器的内容和数据TLB会丢失且所有行无效(例如，数据高速缓冲存储器是直写，因此下一级存储器一直具有最新副本)。
图7A和7B示出顺时针跳跃模式的不同阶段，其中灰色方块表示有效簇而白色方块表示门控簇。诸如禁止三个簇、禁止两个相邻簇或禁止左边两个簇或右边两个簇之类的其它选择也是可能的，但难以提供任何多于这里呈现的模式的其它优点。
上述与簇跳跃相结合的控制技术导致簇形CPU的后端泄漏减少高达30％及使峰值温度减少5％。另外，控制技术和簇跳跃有助于处理在未来处理器会出现的两个主要问题：功耗的增加(特别是由功率泄漏的越来越大的影响所造成的)和由此功率消耗产生的发热。
虽然在阅读以上说明书之后许多变更和变形对本领域的技术人员是毫无疑问的，应理解通过示例示出和描述的任何特定实施例都不旨在限定。因此，各实施例的细节的引用并不旨在限定权利要求的范围，权利本身仅引用这些作为本发明的特征。

Claims (29)

1.一种中央处理单元(CPU)，其特征在于，包括：
两个或两个以上簇；和
调度单元，与所述两个或两个以上簇相耦合，以根据各簇的温度将指令引导至所述两个或两个以上簇。
2.如权利要求1所述的CPU，其特征在于，所述调度单元将指令引导至具有最低温度的簇。
3.如权利要求1所述的CPU，其特征在于，所述簇根据簇跳跃模式工作，在该模式中在任何时间禁止至少一个簇。
4.如权利要求3所述的CPU，其特征在于，所述簇在间隔的基础上旋转以在有效和禁止簇之间变换。
5.如权利要求2所述的CPU，其特征在于，所述各簇包括测量簇上的温度的温度传感器。
6.如权利要求2所述的CPU，其特征在于，所述各温度传感器与调度单元相耦合以将簇的温度值提供给调度单元。
7.如权利要求6所述的CPU，其特征在于，所述调度单元比较接收到的温度值以确定哪个簇具有最低温度。
8.如权利要求5所述的CPU，其特征在于，所述各簇还包括：
一个或多个指令指令队列；
一个或多个寄存器文件；和
一个或多个功能单元。
9.如权利要求2所述的CPU，其特征在于，所述各簇包括，适用于部分或所有功能块，用于测量功能块的温度的温度传感器。
10.如权利要求2所述的CPU，其特征在于，所述各温度传感器与调度单元耦合以向调度单元提供功能块的温度值。
11.如权利要求10所述的CPU，其特征在于，所述调度单元根据从与各簇相关联的各功能单元温度传感器所接收到的温度值来计算各簇的最高温度值。
12.如权利要求11所述的CPU，其特征在于，所述调度单元比较平均温度值以确定哪个簇具有最低温度。
13.一种方法，其特征在于，包括：
在调度单元监控与两个或两个以上簇中的各个簇相关联的温度值；
选择具有指示最低温度的温度值的簇；并
将指令发送至所述具有指示最低温度的温度值的簇。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括根据基于具有最低温度的簇的优先级为所述两个或两个以上簇排序。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括：
确定所选择的簇是否具有足够资源来处理指令；
如果所选择的簇没有足够的资源来处理指令，则选择具有指示第二低温度的温度值的簇；并
将指令发送至具有指示第二低温度的温度值的簇。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括：
确定具有指示最低温度的温度值的簇和具有指示第二低温度的温度值的簇之间的温差是否超过预定阈值；
如果所述温差没有超过预定阈值，则选择具有指示第二低温度的温度值的簇且该具有指示第二低温度的温度值的簇保持更多的输入；并
将指令发送到具有指示第二低温度的温度值的簇。
17.一种计算机系统，其特征在于，包括：
具有簇形微结构的中央处理单元(CPU)，其中包括：
第一簇；
第二簇；和
调度单元，与第一簇和第二簇耦合，以根据各簇的温度将指令引导至第一簇或第二簇。
18.如权利要求17所述的计算机系统，其特征在于，所述调度单元将指令引导到具有最低温度的簇。
19.如权利要求17所述的计算机系统，其特征在于，所述第一簇和第二簇根据簇跳跃模式工作，在该模式中在任何时间禁止至少一个簇。
20.如权利要求19所述的计算机系统，其特征在于，簇在间隔的基础上旋转以在有效和禁止簇之间变换。
21.如权利要求18所述的计算机系统，其特征在于，所述第一簇和第二簇各包括测量温度的温度传感器。
22.如权利要求17所述的计算机系统，其特征在于，所述调度单元比较接收到的温度以确定哪个簇具有最低温度。
23.如权利要求17所述的计算机系统，其特征在于，所述CPU还包括：
指令高速缓冲存储器；
与所述高速缓冲存储器耦合的转移预测单元；和与所述指令高速缓冲存储器和所述调度单元的耦合取指令单元。
24.一种计算机系统，其特征在于，包括：
具有簇形微结构的中央处理单元(CPU)，其中包括：
第一簇；
第二簇；和
调度单元，与所述第一簇和第二簇耦合，以根据各簇的温度将指令引导至所述第一簇或第二簇；
与所述CPU耦合的芯片组；和
与所述芯片组耦合的主存储设备。
25.如权利要求24所述的计算机系统，其特征在于，所述调度单元将指令引导到具有最低温度的簇。
26.如权利要求25所述的计算机系统，其特征在于，所述第一簇和第二簇各包括一个或多个功能单元，各包括测量功能单元上温度的温度传感器。
27.如权利要求25所述的计算机系统，其特征在于，所述各温度传感器与所述调度单元耦合以向所述调度单元提供功能单元的温度值。
28.如权利要求27所述的计算机系统，其特征在于，所述调度单元根据从与各簇相关联的各功能单元温度传感器接收到的温度值来计算各簇的平均温度值。
29.如权利要求28所述的计算机系统，其特征在于，所述调度单元比较平均温度值以确定哪个簇具有最低温度。
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