DE112012003212T5

DE112012003212T5 - Verbessern der Leistungsfähigkeit digitaler Schaltungen mithilfe von Stromverwaltung

Info

Publication number: DE112012003212T5
Application number: DE112012003212.8T
Authority: DE
Inventors: Malcolm Scott Allen-Ware; John Bruce Carter; Heather Lynn Hanson; Wei Huang; Karthick Rajamani; Charles Robert Lefurgy
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2011-08-01
Filing date: 2012-05-14
Publication date: 2014-07-03
Also published as: GB2506083B; US20130035797A1; CN103718461A; GB201400568D0; JP2014529777A; US8779846B2; WO2013017963A1; GB2506083A; US20130033306A1

Abstract

Ein Verfahren, ein System und ein Computerprogrammprodukt zum Verbessern der Leistungsfähigkeit einer digitalen Schaltung werden in den veranschaulichenden Ausführungsformen bereitgestellt. Eine tatsächliche Arbeitsfrequenz der digitalen Schaltung wird mithilfe einer Regelschleife in der digitalen Schaltung angepasst, wobei das Anpassen der tatsächlichen Frequenz als Reaktion auf eine Änderung bei einem Betriebszustand der digitalen Schaltung erfolgt. Eine Messung eines durch die digitale Schaltung aufgenommenen Stroms wird von einem Spannungsregler empfangen, welcher der digitalen Schaltung elektrische Leistung bereitstellt. Ein Überstrom-Zielstromwert wird empfangen. Eine Spannungsabgabe vom Spannungsregler an die digitale Schaltung wird so angepasst, dass der durch die digitale Schaltung aufgenommene Strom den Überstrom-Zielstromwert nicht überschreitet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein computerrealisiertes Verfahren, System und Computerprogrammprodukt zum Verbessern der Leistungsfähigkeit digitaler Schaltungen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein computerrealisiertes Verfahren, System und Computerprogrammprodukt zum Verbessern der Leistungsfähigkeit digitaler Schaltungen durch Verwalten des durch die digitale Schaltung aufgenommenen Stroms.
HINTERGRUND
Heutige Elektronik enthält Komponenten, die integrierte Schaltungen verwenden. Bei integrierten Schaltungen handelt es sich um elektronische Schaltungen, die unter Verwendung von Silicium als ein Substrat und durch Hinzufügen von Fremdbestandteilen zur Bildung von Halbleiterelektronikeinheiten, wie beispielsweise Transistoren, Dioden und Widerstände, ausgebildet sind. Eine integrierte Schaltung ist allgemein als ein „Chip” bekannt und generell in festem Kunststoff gekapselt. Die Komponenten in heutiger Elektronik erscheinen als rechteckige schwarze Kunststoffpellets mit aus der Kunststoffkapselung hervorstehenden Kontaktstiften.
Bei einer digitalen Schaltung handelt es sich um eine zum Annehmen digitaler Eingaben, Durchführen von Verarbeitung und Erzeugen einer digitalen Ausgabe gestaltete elektronische Schaltung. Bei einer digitalen Schaltung kann es sich um einen Teil einer integrierten Schaltung handeln oder sie kann mehr als eine integrierte Schaltung enthalten.
Elektronische Schaltungen verbrauchen elektrische Leistung zum Durchführen ihrer beabsichtigten Aufgaben. Die Leistungsfähigkeit der Schaltung hängt von den Eigenschaften der elektrischen Leistung ab, mit der die Schaltung versorgt wird. Zum Beispiel entspricht die der Schaltung bereitgestellte Spannung der Frequenz, bei der die Schaltung arbeiten kann. Die Frequenz der Schaltung ist auch als „Zyklen” bekannt und die kleinste Zeiteinheit, in welche die Schaltung ihre Operationen zum Durchführen einer gegeben Arbeitslast einteilt.
Üblicherweise und bis zu einer Grenze für eine gegebene elektronische Schaltung führt eine Erhöhung der Frequenz zu einer Erhöhung der Leistungsfähigkeit der elektrischen Schaltung. In anderen Worten: Je höher die Frequenz ist, desto größer ist die durch die elektronische Schaltung durchgeführte Arbeit, obwohl die Erhöhung der Leistungsfähigkeit nicht notwendigerweise zur Erhöhung der Arbeitsfrequenz proportional ist.
Es besteht eine Beziehung zwischen der an die Schaltung angelegten Spannung und der Frequenz, bei der die Schaltung arbeiten kann. Üblicherweise und bis zu einer Grenze für eine gegebene elektronische Schaltung führt eine Erhöhung der Spannung zu einer Erhöhung der Arbeitsfrequenz der elektrischen Schaltung, was zu einer Erhöhung der Leistungsfähigkeit der elektrischen Schaltung führt. Erneut sind die Spannung, Frequenz und Leistungsfähigkeit nicht proportional zueinander, obwohl die Beziehungen monoton sind.
Die Erhöhung der Spannung ist zum Beispiel nicht unbegrenzt. Ein Überschreiten einer maximalen Spannung kann Fehler oder Versagen in der elektronischen Schaltung verursachen, was zu einem Systemausfall führt. Ein Verringern der Spannung unter einen bestimmten Grenzwert kann gleichermaßen zu ähnlichen Konsequenzen führen.
KURZDARSTELLUNG
Die veranschaulichenden Ausführungsformen stellen ein Verfahren, ein System und ein Computerprogrammprodukt zum Verbessern der Leistungsfähigkeit einer digitalen Schaltung mithilfe von Stromverwaltung bereit. In einer Ausführungsform wird eine tatsächliche Arbeitsfrequenz der digitalen Schaltung mithilfe einer Regelschleife in der digitalen Schaltung angepasst, wobei das Anpassen der tatsächlichen Frequenz als Reaktion auf eine Änderung bei einem Betriebszustand der digitalen Schaltung erfolgt. In der Ausführungsform wird eine Messung eines durch die digitale Schaltung aufgenommenen Stroms von einem Spannungsregler empfangen, welcher der digitalen Schaltung elektrische Leistung bereitstellt. In der Ausführungsform wird ein Überstrom-Zielstromwert empfangen. In der Ausführungsform wird eine Spannungsabgabe vom Spannungsregler an die digitale Schaltung so angepasst, dass der durch die digitale Schaltung aufgenommene Strom den Überstrom-Zielstromwert nicht überschreitet.
KURZBESCHREIBUNG DER MEHREREN ZEICHNUNGSANSICHTEN
Die neuartigen Merkmale, die als die Ausführungsformen kennzeichnend angesehen werden, werden in den angehängten Ansprüchen dargelegt. Eine Ausführungsform der Erfindung an sich sowie eine bevorzugte Verwendungsart, weitere Ziele und Vorteile davon werden am besten unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung einer veranschaulichenden Ausführungsform in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen deutlich, in denen:
1 eine bildliche Darstellung eines Netzwerks von Datenverarbeitungssystemen zeigt, in denen veranschaulichende Ausführungsformen realisiert sein können;
2 ein Blockschaubild eines Datenverarbeitungssystems zeigt, in dem veranschaulichende Ausführungsformen realisiert sein können;
3 beispielhafte Frequenz- und Spannungsregelschleifen zeigt, hinsichtlich derer eine veranschaulichende Ausführungsform realisiert sein kann;
4 gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform eine verbesserte Konfiguration zum Anpassen von Frequenz und Spannung unter Verwendung der Stromabgabeinformationen zeigt;
5 gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform eine weitere verbesserte Konfiguration zum Anpassen von Frequenz und Spannung unter Verwendung der Stromabgabeinformationen zeigt;
6 gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform einen Ablaufplan eines Prozesses zum Verbessern der Leistungsfähigkeit einer digitalen Schaltung unter Verwendung der Stromaufnahme der Schaltung zeigt; und
7 gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform einen Ablaufplan eines weiteren Prozesses zum Verbessern der Leistungsfähigkeit einer digitalen Schaltung unter Verwendung der Stromaufnahme der Schaltung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Derzeit wird die Leistungsfähigkeit einer digitalen Schaltung erhöht, indem die Frequenz der digitalen Schaltung erhöht wird. Zum Beispiel ermöglicht ein „Turbo”-Modus eines Prozessors den Betrieb des Prozessors mit einer ungefähr zehn Prozent höheren Frequenz.
Die einer digitalen Schaltung bereitgestellte elektrische Leistung wird üblicherweise durch einen Spannungsregler oder ein Äquivalent davon verwaltet. Der Spannungsregler regelt die an der digitalen Schaltung anliegende Spannung. Abhängig von der angelegten Spannung und gewissen weiteren Faktoren passen Komponenten in der digitalen Schaltung die Frequenz an, bei der die Schaltung arbeitet. Zum Beispiel nutzt eine Kritischer-Pfad-Überwacher(critical path monitor (CPM))-Komponente in einer digitalen Schaltung die Spannung, die Arbeitslastcharakteristika und Umgebungsbedingungen wie Temperatur- und Höhenangaben, um eine geeignete Frequenz zu ermitteln, bei der die digitale Schaltung zu betreiben ist. Wenn sich Arbeitslast, Umgebungsbedingungen, Spannung oder eine Kombination davon ändert, passt ein aus der CPM-Ausgabe kommender Regelkreis die Frequenz der digitalen Phasenregelschleife (Digital Phase Lock Loop (DPLL)) als Reaktion auf die Änderungen an.
Zurzeit sind obere und untere Grenzwerte für Frequenz, Spannung oder eine Kombination davon voreingestellt. Der normale Betriebsmodus oder ein leistungsgesteigerter Modus, wie beispielsweise der Turbo-Modus in manchen Schaltungen, beschränken die Spannungs- und Frequenzanpassungen auf den Bereich innerhalb dieser Grenzen.
In den Ausführungsformen der Erfindung wird erkannt, dass diese Grenzwerte unter Verwendung des Szenarios des schlimmsten Falles für die Betriebsbedingungen der Schaltung festgelegt werden. Zum Beispiel können Spannungs- und Frequenzgrenzwerte eines Prozessors derart festgelegt sein, dass die Schaltung auch dann nicht ausfällt, wenn auf der Schaltung eine Arbeitslast mit den schlimmstmöglichen Nutzungscharakteristika unter den schlimmsten Umgebungsbedingungen ausgeführt wird, für welche die Schaltung ausgelegt ist.
In den Ausführungsformen wird erkannt, dass solch konservative Grenzwerte die Leistungsfähigkeit digitaler Schaltungen erheblich einschränken, da die meisten digitalen Schaltungen im tatsächlichen Betrieb nicht unter den schlimmstmöglichen Benchmark-Bedingungen arbeiten. In den Ausführungsformen wird weiterhin erkannt, dass bei gegebenen, für die schlimmstmöglichen Betriebsbedingungen festgelegten Grenzwerten der durch die Schaltung aufgenommene Gesamtstrom auf einen so niedrigeren Grenzwert begrenzt ist, dass die Stromabgabe des Spannungsreglers nicht auf die Gefahr eines Überstroms im System überwacht werden muss. Überstrom stellt einen Zustand dar, in dem der durch eine digitale Schaltung aufgenommene Strom einen Grenzwert der Gesamtstromaufnahme der Schaltung überschreitet. Wenn in einer digitalen Schaltung ein Überstromzustand entsteht, reagiert der Spannungsregler durch Senken der Spannung unter die angeforderte Spannungseinstellung, was zu einem Taktungsfehler der digitalen Schaltung führen kann.
In den Ausführungsformen wird weiterhin erkannt, dass die Leistungsfähigkeit einer digitalen Schaltung weiter verbessert werden kann, so dass sie weit jenseits des üblichen „Turbo”-Modus einer zehnprozentigen Frequenzerhöhung liegt. Bei manchen der derzeit verwendeten Techniken wird der Wärmezustand des Chips überwacht, um zu ermitteln, ob der Chip eine über die zehnprozentige Turboerhöhung hinausgehende vorübergehende Beschleunigung für eine kurze Zeit aushalten kann. Bei solchen Techniken wird die Frequenz gegebenenfalls für eine kurze Zeit um mehr als zehn Prozent erhöht und dadurch eine niedrige Auslastung und die davon herrührende Abkühlung des Chips vorteilhaft genutzt. Sobald sich die Temperatur des Chips einem Grenzwert nähert, wird die Beschleunigung auf die Turbo- oder die normalen Betriebsniveaus abgesenkt.
In den Ausführungsformen wird erkannt, dass ein Super-Turbo-Betriebsmodus möglich ist, bei dem die Frequenz der Schaltung für längere Zeitdauern um mehr als zehn Prozent erhöht werden kann. In den Ausführungsformen wird erkannt, dass durch gleichzeitiges Überwachen der Stromabgabe eines Spannungsreglers und der Spannungsabgabe die Leistungsfähigkeit einer zugehörigen digitalen Schaltung nicht nur unter Verwendung der „Regelknöpfe” der Spannnungs- und Frequenzeinstellung, sondern auch des „Regelknopfs” einer Stromabgabe verbessert werden kann.
Die zum Beschreiben der Erfindung verwendeten veranschaulichenden Ausführungsformen sprechen allgemein die vorstehend beschriebenen Probleme sowie weitere Probleme bezüglich der Verbesserung der Leistungsfähigkeit digitaler Schaltungen an und lösen sie. Die veranschaulichenden Ausführungsformen stellen ein Verfahren, ein System und ein Computerprogrammprodukt zum Verbessern der Leistungsfähigkeit digitaler Schaltungen durch Verwalten des durch die digitale Schaltung aufgenommenen Stroms bereit.
In einer Ausführungsform wird die Stromabgabe des Spannungsreglers gemessen, der eine digitale Schaltung mit elektrischer Leistung versorgt. In der Ausführungsform werden die Spannungsgrenzwerte, die Frequenzgrenzwerte oder eine Kombination davon unter Verwendung der gemessenen Stromwerte angepasst, so dass die digitale Schaltung bei höheren Stromwerten als im normalen oder Turbo-Modus arbeiten kann, ohne einen Überstrom-Grenzwert zu überschreiten, und bei einer Leistungsfähigkeit, welche die Leistungswerte des derzeit zur Verfügung stehenden Turbo-Modus überschreitet.
Die veranschaulichenden Ausführungsformen werden im Hinblick auf bestimmte Einheiten oder Komponenten nur als Beispiele beschrieben. Solche Beschreibungen sind nicht als Einschränkung auf die veranschaulichenden Ausführungsformen anzusehen. Zum Beispiel kann eine im Hinblick auf einen Prozessor beschriebene veranschaulichende Ausführungsform innerhalb des Umfangs der veranschaulichenden Ausführungsformen mithilfe jeder anderen digitalen Schaltung realisiert werden.
Weiterhin können die veranschaulichenden Ausführungsformen im Hinblick auf jeden Typ elektrischer Energiequelle realisiert werden, einschließlich Spannungsregler, ohne darauf beschränkt zu sein. Innerhalb des Umfangs der Ausführungsformen der Erfindung kann jeder Typ einer Energiequelle einer Ausführungsform der Erfindung die Stromdaten entweder lokal in einem Datenverarbeitungssystem oder über ein Datennetzwerk bereitstellen.
Die veranschaulichenden Ausführungsformen werden weiter im Hinblick auf bestimmte Anwendungen nur als Beispiele beschrieben. Solche Beschreibungen sind nicht als Einschränkung auf die Ausführungsformen der Erfindung anzusehen. Eine Ausführungsform der Erfindung kann im Hinblick auf jeden Typ von Anwendung realisiert werden, wie beispielsweise bediente (served) Anwendungen, die Instanzen jedes Typs von Serveranwendung, eine Plattformanwendung, eine eigenständige Anwendung, eine Administrationsanwendung oder eine Kombination davon.
Eine Anwendung einschließlich einer Anwendung, die eine ganze oder Teile einer Ausführungsform realisiert, kann weiterhin Datenobjekte, Codeobjekte, gekapselte Anweisungen, Anwendungsfragmente, Dienste und andere Typen von in einer Datenverarbeitungsumgebung verfügbaren Ressourcen enthalten. Zum Beispiel können ein Java^®-Objekt, eine Enterprise Java Bean (EJB), ein Servlet, oder ein Applett Ausdrucksformen einer Anwendung sein, im Hinblick auf welche eine Ausführungsform der Erfindung realisiert werden kann. (Java und alle auf Java gestützten Marken und Logos sind Marken oder eingetragen Marken von Oracle und/oder seinen verbundenen Unternehmen.)
Eine veranschaulichende Ausführungsform kann in Hardware, Software oder einer Kombination davon realisiert werden. Eine veranschaulichende Ausführungsform kann weiterhin im Hinblick auf jeden Typ von Datenspeicherressource realisiert werden, wie beispielsweise eine physische oder virtuelle Datenspeichereinheit, die in einer gegebenen Datenverarbeitungssystem-Konfiguration verfügbar ist.
Die Beispiele in dieser Offenbarung werden nur zur Klarheit der Beschreibung verwendet und stellen keine Einschränkung auf die veranschaulichenden Ausführungsformen dar. Zusätzliche Daten, Operationen, Maßnahmen, Aufgaben, Aktivitäten und Manipulationen sind anhand dieser Offenbarung denkbar und werden innerhalb des Umfangs der veranschaulichenden Ausführungsformen betrachtet.
Die veranschaulichenden Ausführungsformen werden unter Verwendung von bestimmtem Code, bestimmten Gestaltungen, Architekturen, Layouts, Schemen und Werkzeuge nur als Beispiele beschrieben und stellen keine Einschränkung auf die veranschaulichenden Ausführungsformen dar. Des Weiteren werden die veranschaulichenden Ausführungsformen in manchen Fällen unter Verwendung bestimmter Software, Werkzeuge und Datenverarbeitungsumgebungen lediglich als Beispiel zur Klarheit der Beschreibung verwendet. Die veranschaulichenden Ausführungsformen können in Verbindung mit anderen vergleichbaren oder gleichermaßen beabsichtigten Strukturen, Systemen, Anwendungen oder Architekturen verwendet werden.
Jegliche hierein aufgeführten Vorteile stellen nur Beispiele dar und sind nicht als Einschränkung auf die veranschaulichenden Ausführungsformen aufzufassen. Zusätzliche oder andere Vorteile können durch bestimmte veranschaulichende Ausführungsformen realisiert werden. Des Weiteren kann eine bestimmte veranschaulichende Ausführungsform manche, alle oder keine der vorstehend aufgeführten Vorteile besitzen.
Unter Bezugnahme auf die Figuren und insbesondere auf die 1 und 2, stellen diese Figuren Beispielschaubilder von Datenverarbeitungsumgebungen dar, in denen veranschaulichende Ausführungsformen realisiert sein können. Die 1 und 2 stellen lediglich Beispiele dar und sollen keine Einschränkungen hinsichtlich der Umgebungen zusichern oder implizieren, in denen unterschiedliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung realisiert sein können. In einer bestimmten Realisierung können auf der Grundlage der folgenden Beschreibung viele Modifikationen an den abgebildeten Umgebungen vorgenommen werden.
1 zeigt eine bildliche Darstellung eines Netzwerks von Datenverarbeitungssystemen, in denen veranschaulichende Ausführungsformen realisiert sein können. Bei der Datenverarbeitungsumgebung 100 handelt es sich um ein Netzwerk von Computern, in dem die veranschaulichenden Ausführungsformen realisiert sein können. Die Datenverarbeitungsumgebung 100 beinhaltet ein Netzwerk 102. Beim Netzwerk 102 handelt es sich um das Medium, das zum Bereitstellen der Datenübertragungsverbindungen zwischen verschiedenen Einheiten und Computern verwendet wird, die innerhalb der Datenverarbeitungsumgebung 100 miteinander verbunden sind. Das Netzwerk 102 kann Verbindungen wie beispielsweise Kabel, kabellose Datenübertragungsverbindungen oder Lichtwellenleiterkabel enthalten. Ein Server 104 und ein Server 106 sind zusammen mit der Datenspeichereinheit 108 mit dem Netzwerk 102 verbunden. Software-Anwendungen können auf jedem Computer in der Datenverarbeitungsumgebung 100 ausgeführt werden.
Darüber hinaus sind Clients 110, 112 und 114 mit dem Netzwerk 102 verbunden. Ein Datenverarbeitungssystem, wie beispielsweise der Server 104 oder 106 oder der Client 110, 112 oder 114, kann Daten beinhalten und darauf ausgeführte Software-Anwendungen oder Software-Werkzeuge besitzen.
Bei einer Anwendung 105 kann es sich um jede geeignete Software-Anwendung, Hardware-Schaltung oder eine Kombination davon, wie beispielsweise Firmware, handeln, die zum Durchführen der Logik oder Verarbeitungen einer Ausführungsform verwendbar ist.
Die Server 104 und 106, die Datenspeichereinheit 108 und die Clients 110, 112 und 114 können mithilfe von Kabelverbindungen, kabellosen Datenübertragungsprotokollen oder anderer geeigneter Datenkonnektivität mit dem Netzwerk 102 verbunden sein. Bei diesen Clients 110, 112 und 114 kann es sich zum Beispiel um Personal Computer oder Netzwerkcomputer handeln.
Im abgebildeten Beispiel stellt der Server 104 den Clients 110, 112 und 114 Daten wie Startdateien, Betriebssystem-Images und Anwendungen bereit. Bei den Clients 110, 112 und 114 kann es sich in diesem Beispiel um Clients des Servers 104 handeln. Die Clients 110, 112, 114 oder eine Kombination davon können ihre eigenen Daten, Startdateien, Betriebssystem-Images und Anwendungen enthalten. Die Datenverarbeitungsumgebung 100 kann weitere Server, Clients und andere nicht gezeigte Einheiten beinhalten.
In dem abgebildeten Beispiel kann es sich bei der Datenverarbeitungsumgebung 100 um das Internet handeln. Das Netzwerk 102 kann für eine Sammlung von Netzwerken und Gateways stehen, die das „Transmission Control Protocol/Internet Protocol” (TCP/IP) und andere Protokolle zum Datenaustausch miteinander verwenden. Das zentrale Rückgrat des Internets bilden Datenübertragungsverbindungen zwischen größeren Knoten oder Host-Computern, die tausende kommerzieller, behördlicher, Bildungs- und anderer Computersysteme enthalten, die Daten und Nachrichten leiten (route). Natürlich kann die Datenverarbeitungsumgebung 100 auch als eine Anzahl unterschiedlicher Netzwerktypen realisiert sein, wie beispielsweise ein Intranet, ein lokales Netzwerk (local area network (LAN)) oder ein Weitverkehrsnetzwerk (wide area network (WAN)). 1 ist als Beispiel und nicht als Einschränkung für die unterschiedlichen veranschaulichenden Ausführungsformen hinsichtlich der Architektur aufzufassen.
Unter anderen Verwendungen kann die Datenverarbeitungsumgebung 100 zum Realisieren einer Client-Server-Umgebung verwendet werden, in der die veranschaulichenden Ausführungsformen realisiert sein können. Mit einer Client-Server-Umgebung können Software-Anwendungen und Daten über ein Netzwerk verbreitet werden, so dass eine Anwendung durch Nutzen der Interaktivität zwischen einem Client-Datenverarbeitungssystem und einem Server-Datenverarbeitungssystem funktioniert. In der Datenverarbeitungsumgebung 100 kann auch eine dienstorientierte Architektur verwendet werden, in der über ein Netzwerk verteilte kompatible Software-Komponenten als kohärente Geschäftsanwendungen zusammengepackt werden können.
Unter Bezugnahme auf 2 zeigt diese Figur ein Blockschaubild eines Datenverarbeitungssystems, in dem veranschaulichende Ausführungsformen realisiert sein können. Das Datenverarbeitungssystem 200 stellt ein Beispiel für einen Computer wie den Server 104 oder den Client 110 in 1 dar, in dem sich für die veranschaulichenden Ausführungsformen durch Computer verwendbarer Programmcode oder Anweisungen befinden können, welche die Prozesse der veranschaulichenden Ausführungsformen ausführen.
Im abgebildeten Beispiel verwendet das Datenverarbeitungssystem 200 eine Knotenpunkt-Architektur (hub architecture) einschließlich einer „North Bridge and memory controller hub” (NB/MCH) 202 (Northbrigde und Speichersteuereinheiten-Knotenpunkt) und einer „South bridge and input/output (I/O) controller hub” (SB/ICH) 204 (Southbridge und Eingabe/Ausgabe(E/A)-Steuereinheiten-Knotenpunkt). Eine Verarbeitungseinheit 206, ein Hauptspeicher 208 und ein Grafikprozessor 210 sind mit der Northbrigde und dem Speichersteuereinheiten-Knotenpunkt (NB/MCH) 202 verbunden. Die Verarbeitungseinheit 206 kann einen oder mehrere Prozessoren enthalten und unter Verwendung eines oder mehrerer heterogener Prozessorsysteme realisiert sein. Der Grafikprozessor 210 kann in bestimmten Realisierungen über einen beschleunigten Grafikanschluss (accelerated graphics Port (AGP)) mit dem NB/MCH 202 verbunden sein.
Im abgebildeten Beispiel ist der Lokalnetzwerk(LAN)-Adapter 212 mit der Southbridge und dem E/A-Steuereinheiten-Knotenpunkt (SB/ICH) 204 verbunden. Ein Audioadapter 216, ein Tastatur- und Mausadapter 220, ein Modem 222, ein Nur-Lese-Speicher (read only memory (ROM)) 224, ein universeller serieller Bus (universal serial bus (USB)) und weitere Anschlüsse 232 sowie PCI/PCIe-Einheiten 234 sind über einen Bus 238 mit der Southbridge und dem E/A-Steuereinheiten-Knotenpunkt 204 verbunden. Ein Festplattenlaufwerk (Hard disk drive (HDD)) 226 und ein CD-ROM 230 sind über den Bus 240 mit der Southbridge und dem E/A-Steuereinheiten-Knotenpunkt 204 verbunden. Zu PCI/PCIe-Einheiten können zum Beispiel Ethernet-Adapter, Erweiterungskarten (add-in cards) und PC-Karten für Notebook-Computer zählen. PCI verwendet im Gegensatz zu PCIe eine Karten-Bus-Steuereinheit. Beim ROM 224 kann es sich zum Beispiel um ein binäres Flash-Eingabe/Ausgabe-System (fash binary input/output system (BIOS)) handeln. Das Festplattenlaufwerk 226 und der CD-ROM 230 können zum Beispiel eine integrierte Laufwerkelektronik (integrated drive electronics (IDE)) oder eine „Serial Advanced Technology Attachment”(SATA)-Schnittstelle verwenden. Eine Super-E/A(super I/O (SIO))-Einheit 236 kann mit der Southbridge und dem E/A-Steuereinheiten-Knotenpunkt (SB/ICH) 204 verbunden sein.
Ein Betriebssystem läuft auf der Verarbeitungseinheit 206. Das Betriebssystem stellt die Steuerung vielfältiger Komponenten innerhalb des Datenverarbeitungssystems 200 in 2 bereit und koordiniert sie. Bei dem Betriebssystem kann es sich um ein kommerziell erhältliches Betriebssystem wie beispielsweise Microsoft^® Windows^® (Microsoft und Windows sind Marken der Microsoft Corporation in den USA, anderen Ländern oder beidem) oder Linux^® (Linux ist eine Marke von Linus Torvalds in den USA, anderen Ländern oder beidem) handeln. Ein objektorientiertes Programmiersystem wie das Java^TM-Programmiersystem kann in Verbindung mit dem Betriebssystem ausgeführt werden und stellt Aufrufe des Betriebssystems aus Java^TM-Programmen oder -Anwendungen heraus bereit, die auf dem Datenverarbeitungssystem 200 ausgeführt werden (Java und alle Java-gestützten Marken und Logos sind Marken oder eingetragene Marken von Oracle und/oder seinen verbundenen Unternehmen).
Programmanweisungen für das Betriebssystem, das objektorientierte Programmiersystem, die Prozesse der veranschaulichenden Ausführungsformen und Anwendungen oder Programme befinden sich auf Datenspeichereinheiten, wie beispielsweise dem Festplattenlaufwerk 226, und können zur Ausführung durch die Verarbeitungseinheit 206 in einen Arbeitsspeicher, wie beispielsweise den Hauptspeicher 208, den Nur-Lese-Speicher 224 oder eine oder mehrere Peripherieeinheiten geladen werden. Programmanweisungen können auch dauerhaft in nichtflüchtigem Speicher gespeichert und entweder von dort geladen oder vor Ort ausgeführt werden. Zum Beispiel kann das synthetisierte Programm gemäß einer Ausführungsform in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sein und von dort in DRAM geladen werden.
Die Hardware in den 1 bis 2 kann sich abhängig von der Realisierung ändern. Weitere interne Hardware oder Peripherieeinheiten, wie beispielsweise Flash-Speicher, äquivalenter nichtflüchtiger Speicher oder optische Festplattenlaufwerke und Ähnliches, können zusätzlich zu oder anstelle der in den 1 bis 2 abgebildeten Hardware verwendet werden. Darüber hinaus können die Prozesse der veranschaulichenden Ausführungsformen auf ein Mehrfachprozessor-Datenverarbeitungssystem angewandt werden.
In einigen veranschaulichenden Beispielen kann es sich bei dem Datenverarbeitungssystem 200 um einen persönlichen digitalen Assistenten (personal digital assistant (PDA)) handeln, der allgemein mit Flash-Speicher eingerichtet ist, um nichtflüchtigen Speicher zum Speichern von Betriebssystemdateien und/oder benutzergenerierten Daten bereitzustellen. Ein Bussystem kann einen oder mehrere Busse wie beispielsweise einen Systembus, einen E/A-Bus und einen PCI-Bus aufweisen. Selbstverständlich kann das Bussystem mittels jedes beliebigen Typs von Kommunikationsnetz (communications fabric) oder Architekturtyps ausgeführt sein, der eine Übertragung von Daten zwischen unterschiedlichen Komponenten oder Einheiten bereitstellt, die an das Netz oder die Architektur angebunden sind.
Eine Datenübertragungseinheit kann eine oder mehrere Einheiten enthalten, die zum Übermitteln und Empfangen von Daten verwendet werden, wie beispielsweise ein Modem oder ein Netzwerkadapter. Bei einem Arbeitsspeicher kann es sich zum Beispiel um den Hauptspeicher 208 oder einen Cachespeicher wie den in der Northbrigde und dem Speichersteuereinheiten-Knotenpunkt 202 anzutreffenden handeln. Eine Verarbeitungseinheit kann einen oder mehrere Prozessoren oder CPUs enthalten.
Die abgebildeten Beispiele in den 1 bis 2 und die vorstehend beschriebenen Beispiele sollen keine Einschränkungen hinsichtlich der Architektur implizieren. Zum Beispiel kann es sich bei dem Datenverarbeitungssystem 200 zusätzlich zur Ausbildung als ein PDA auch um einen Tablet-Computer, Laptop-Computer oder eine Telefoneinheit handeln.
Unter Bezugnahme auf 3 zeigt diese Figur beispielhafte Frequenz- und Spannungsregelschleifen, hinsichtlich derer veranschaulichende Ausführungsformen realisiert sein können. Bei einer Mikrosteuereinheit 302, einem Spannungsregler 304 und einer digitalen Schaltung 306 kann es sich um Komponenten handeln, die sich in einem einzigen Datenverarbeitungssystem wie beispielsweise dem Server 104 in 1 befinden oder über mehrere Datenverarbeitungssysteme verteilt sind.
Die Mikrosteuereinheit 302 enthält eine Regelschleife zum Anpassen der Spannung der Stromabgabe des Spannungsreglers 304. Der Spannungsregler 304 ist für das Bereitstellen des Stroms bei einer stabilen und ausgewählten Spannung zuständig.
Die digitale Schaltung 306 enthält eine Regelschleife zum Anpassen der Arbeitsfrequenz der digitalen Schaltung 306. Die Regelschleife in der digitalen Schaltung 306 enthält einen CPM 308 und eine DPLL 310. Der CPM 308 und die DPLL 310 sind in einer Rückkopplungsschleife eingerichtet, die es der digitalen Schaltung 306 erlaubt, ihre Arbeitsfrequenz für eine gegebene Versorgungsspannung eine gegebene ausgeführte oder geplante Arbeitslast 312 und gegebene Umgebungsbedingungen 314, wie beispielsweise Umgebungstemperatur, Höhe, Herstellungsschwankungen oder Beanspruchung, anzupassen.
Allgemein stellt die Regelschleife in der digitalen Schaltung 306 fortlaufend die höchste sichere Frequenz ein, bei der die digitale Schaltung 306 unter den gegebenen Bedingungen arbeiten kann. Diese Regelschleife reagiert allgemein auf Änderungen bei den gegebenen Bedingungen innerhalb von Nanosekunden nach Erkennen der Änderung bei den gegebenen Bedingungen. Ohne eine solche Regelschleife in der digitalen Schaltung 306 wird die Ist-Frequenz der Schaltungen nicht angepasst, wenn die Spannung durch die Mikrosteuereinheit 302 geändert wird, und die durch die Mikrosteuereinheit vorgenommen Änderungen an der Versorgungsspannung werden zu einem Taktungsfehler der digitalen Schaltung führen.
Die Regelschleife in der Mikrosteuereinheit 302 vergleicht die gemessene durchschnittliche Leistungsfähigkeit der digitalen Schaltung 306 mit der gewünschten Leistungsfähigkeit der digitalen Schaltung 306. Die Regelschleife senkt die Spannung, wenn die Frequenz einen Grenzwert überschreitet und erhöht die Spannung, wenn die Frequenz einen Grenzwert unterschreitet.
Die Regelschleife in der Mikrosteuereinheit 302 empfängt eine tatsächliche Frequenz 316 von der digitalen Schaltung 306. Bei der tatsächlichen Frequenz handelt es sich um die gemessene Frequenz, bei der die digitale Schaltung 306 zu einem gegebenen Zeitpunkt arbeiten kann. Die Regelschleife in der Mikrosteuereinheit 302 empfängt weiterhin eine Zielfrequenz 318. Bei der Zielfrequenz 318 handelt es sich um die Frequenz, die zum Betreiben der digitalen Schaltung 306 gewünscht sein kann, wie beispielsweise die Frequenz für die Turbosteigerung.
Die Regelschleife in der Mikrosteuereinheit 302 enthält Logik 320 zum Berechnen einer Anpassung der Spannungsabgabe des Spannungsreglers 304. Die Logik 320 weist den Spannungsregler 304 an, die Spannungsabgabe an einen abhängig von dem dann herrschenden tatsächlichen Frequenzwert und dem gewünschten Zielfrequenzwert berechneten Wert anzupassen.
Wie in dieser Figur abgebildet, wird die Leistungsfähigkeit der digitalen Schaltung 306 durch zwei Regelungen geregelt – die Frequenzregelung und die Spannungsregelung. Wie vorstehend erläutert, sind die Grenzwerte für die Frequenzschwankung und die Spannungsschwankung so eingestellt, dass die Stromabgabe des Spannungsreglers 304 niemals einen Überstrom-Grenzwert überschreitet.
In einer Ausführungsform wird diese Konfiguration mit doppelter Regelschleife so modifiziert, dass die Stromabgabe des Spannungsreglers 304 mit einbezogen wird, wie nachstehend erläutert. Bei der modifizierten Konfiguration einer Ausführungsform wird eine dritte Regelschleife zum Anpassen des Frequenzbereiches der digitalen Schaltung 306 auf Bereiche außerhalb der oberen und unteren Grenzwerte eines Turbo-Modus auf einen höheren oberen Grenzwert, einen höheren unteren Grenzwert oder eine Kombination davon hinzugefügt. Eine Ausführungsform erlaubt zum Beispiel das Betreiben einer derzeit verfügbaren digitalen Schaltung und dieses Spannungsreglers bei einer höheren Frequenz als dem oberen Frequenzgrenzwert des Standes der Technik und ein Zurückstellen von dieser höheren Frequenz unter Verwendung einer Stromabgabe des Spannungsreglers 304.
Unter Bezugnahme auf 4 zeigt diese Figur gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform eine verbesserte Konfiguration zum Anpassen von Frequenz und Spannung mittels der Stromabgabeinformationen. Elemente 402 bis 420 entsprechen jeweils den Elementen 302 bis 320 in 3 und sind gleich realisiert.
Die Mikrosteuereinheit 402 ist so modifiziert, dass sie vom Spannungsregler 404 einen Ist-Strom 422 des Spannungsreglermoduls (voltage regulator module (VRM)) empfängt. Die Mikrosteuereinheit 402 empfängt zudem einen Wert für einen Überstrom-Zielstromwert 424.
Es ist zu beachten, dass es sich bei dem Überstrom-Zielstrom 424 insofern um einen Wert mit „weichem Ziel” handelt, als der Überstrom-Zielstrom 424 gemäß den Betriebsbedingungen der digitalen Schaltung konfigurierbar oder änderbar ist. In dieser Hinsicht unterscheidet sich der Überstrom-Zielstrom 424 vom Überstromwert, der beim Stand der Technik inhärent festgelegt wird, wenn die Grenzwerte für die Spannung und die Frequenz festgelegt werden. Wie gezeigt, kann der Überstrom-Zielstrom 424 unabhängig von Grenzwerten für Spannung oder Frequenz festgelegt oder bereitgestellt werden.
Die Mikrosteuereinheit 402 enthält weiterhin eine Logik 426 zum Anpassen eines maximalen Spannungsgrenzwertes. Im Betrieb berechnet die Logik 426 unter Verwendung der VRM-Ist-Strommessung 422 und des Überstrom-Zielstroms 424 einen wünschenswerten oberen (maximalen) Grenzwert für die Spannung, die der digitalen Schaltung 406 bereitgestellt werden sollte. Der wünschenswerte obere Grenzwert für die Spannung wird während des Betriebs der digitalen Schaltung 406 wahrscheinlich viele Male auf diese Weise überprüft.
Wenn zum Beispiel die Logik 426 zu einem gegebenen Zeitpunkt feststellt, dass die VRM-Ist-Strommessung 422 höher als der Überstrom-Zielstrom ist, kann die Logik 426 den oberen Grenzwert für die Spannung niedriger als den Spannungswert am Spannungsregler 404 einstellen. Eine Logik 428 wählt die kleinere (das Minimum) der angepassten Spannung aus der Logik 420 und der Logik 426 aus und weist den Spannungsregler 404 an, die der digitalen Schaltung 406 bereitgestellte Spannung entsprechend anzupassen.
Wenn im Gegensatz dazu die VRM-Ist-Strommessung 422 kleiner als der Überstrom-Zielstrom 424 ist, kann die Logik 426 den oberen Grenzwert für die Spannung anheben. Die Logik 428 kann dann das Niedrigere von der erhöhten oberen Grenzwertspannung aus der Logik 426 und der angepassten Spannung aus der Logik 420 auswählen und den Spannungsregler 404 entsprechend anweisen.
Bei einem Betrieb auf diese Weise wird bei den Verbesserungen an der Konfiguration mit doppelter Regelschleife des Standes der Technik eine dritte Regelschleife auf der Grundlage der Stromaufnahme der digitalen Schaltung 406 hinzugefügt. Wie vorstehend beschrieben, verhindert die Logik 428 eine Überstromsituation, indem der niedrigere der zwei Spannungsanpassungswerte ausgewählt wird. Da des Weiteren die dritte Regelschleife von der Schnellreaktions-Frequenzregelschleife in der digitalen Schaltung 406 abhängt, werden zudem große Stromänderungen und die daraus folgenden Stromspitzen vermieden, wodurch vorübergehende Überstromsituationen vermieden werden.
Unter Bezugnahme auf 5 zeigt diese Figur gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform eine weitere verbesserte Konfiguration zum Anpassen von Frequenz und Spannung unter Verwendung der Stromabgabeinformationen. Elemente 502 bis 520 entsprechen jeweils den Elementen 402 bis 420 in 4 und sind gleich realisiert.
Die Mikrosteuereinheit 502 ist so modifiziert, dass sie die VRM-Ist-Strommessung 522 vom Spannungsreglermodul 504 empfängt. Die Mikrosteuereinheit 502 empfängt zudem einen Wert für einen Überstrom-Zielstromwert 524. Wie in 4 handelt es sich beim Überstrom-Zielstrom 524 um einen Wert mit „weichem Ziel”, der gemäß den Betriebsbedingungen der digitalen Schaltung 506 konfigurierbar oder änderbar ist.
Die Mikrosteuereinheit 502 enthält weiterhin eine Logik 526 zum Anpassen eines maximalen Frequenzgrenzwertes. Im Betrieb berechnet die Logik 526 unter Verwendung einer VRM-Ist-Strommessung 522 und des Überstrom-Zielstroms 524 einen wünschenswerten oberen (maximalen) Grenzwert für die Frequenz, bei der die digitale Schaltung 506 arbeiten sollte. Der wünschenswerte obere Grenzwert für die Frequenz wird während des Betriebs der digitalen Schaltung 506 wahrscheinlich viele Male auf diese Weise überprüft.
Wenn zum Beispiel die Logik 526 zu einem gegebenen Zeitpunkt feststellt, dass die VRM-Ist-Strommessung 522 größer als der Überstrom-Zielstrom ist, kann die Logik 526 den oberen Grenzwert für die Frequenz niedriger als die tatsächliche durch die DPLL 510 gemessene Frequenz einstellen. Wenn im Gegensatz dazu die VRM-Ist-Strommessung 522 niedriger als der Überstrom-Zielstrom 524 ist, kann die Logik 526 den oberen Grenzwert für die Frequenz anheben, damit die digitale Schaltung bei einer höheren Frequenz arbeiten kann.
Eine Logik 528 wählt das Kleinere (Minimum) der angepassten maximalen Frequenz (berechneter oberer Frequenzgrenzwert) aus der Logik 526 und der Zielfrequenz 518 aus. Die Logik 520 verwendet den kleineren der zwei Frequenzwerte aus der Logik 528 und der tatsächlichen Frequenz 516, um eine Anpassung an der der digitalen Schaltung 506 bereitgestellten Spannung zu ermitteln. Die Logik 520 weist den Spannungsregler 504 an, die der digitalen Schaltung 506 bereitgestellte Spannung entsprechend anzupassen.
Bei einem Betrieb auf diese Weise wird bei den Verbesserungen an der Konfiguration mit doppelter Regelschleife des Standes der Technik eine weitere Variation der dritten Regelschleife auf der Grundlage der Stromaufnahme der digitalen Schaltung 506 hinzugefügt. Wie vorstehend beschrieben, verhindert die Logik 528 eine Überstromsituation, indem der niedrigere der zwei oberen Grenzwerte der Frequenz ausgewählt wird. Da des Weiteren wie in 4 diese Variation der dritten Regelschleife auch von der Schnellreaktions-Frequenzregelschleife in der digitalen Schaltung 506 abhängt, werden zudem große Stromänderungen und die daraus folgenden Spannungsspitzen vermieden, wodurch vorübergehende Überstromsituationen vermieden werden.
Unter Bezugnahme auf 6 zeigt diese Figur gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform einen Ablaufplan eines Prozesses zum Verbessern der Leistungsfähigkeit einer digitalen Schaltung unter Verwendung der Stromaufnahme der Schaltung. Ein Prozess 600 kann in einer modifizierten Mikrosteuereinheit wie beispielsweise der Mikrosteuereinheit 402 in 4 realisiert werden.
Der Prozess 600 beginnt mit einem Empfangen einer Messung der Stromabgabe des Spannungsreglers der digitalen Schaltung (Schritt 602). Im Prozess 600 wird ermittelt, ob die Stromabgabe einen Überstrom-Zielstrom überschreitet (Schritt 604).
Wenn die Stromabgabe den Überstrom-Zielstrom überschreitet („Ja”-Pfad von Schritt 604), wird im Prozess 600 eine Verringerung des maximalen (oberen) Spannungsgrenzwerts für die digitale Schaltung berechnet (Schritt 606). Im Prozess 600 wird eine Spannungsanpassung auf der Grundlage einer Differenz zwischen einer Zielfrequenz und einer Ist-Frequenz der digitalen Schaltung berechnet (Schritt 608).
Im Prozess 600 wird die der digitalen Schaltung bereitgestellte Spannung um das Kleinere von verringertem maximalem Spannungsgrenzwert und der Spannungsanpassung von Schritt 608 angepasst (Schritt 610). Danach kann der Prozess 600 enden oder für eine weitere Iteration zu Schritt 602 zurückkehren.
Wenn die Stromabgabe den Überstrom-Zielstrom nicht überschreitet („Nein”-Pfad von Schritt 604), wird im Prozess 600 eine Erhöhung des maximalen (oberen) Spannungsgrenzwerts für die digitale Schaltung berechnet (Schritt 612). Im Prozess 600 wird eine Spannungsanpassung auf der Grundlage einer Differenz zwischen einer Zielfrequenz und einer Ist-Frequenz der digitalen Schaltung berechnet (Schritt 614).
Im Prozess 600 wird die der digitalen Schaltung bereitgestellte Spannung um das Kleinere von erhöhtem maximalem Spannungsgrenzwert und der Spannungsanpassung von Schritt 614 angepasst (Schritt 616). Danach kann der Prozess 600 enden oder für eine weitere Iteration zu Schritt 602 zurückkehren.
Unter Bezugnahme auf 7 zeigt diese Figur gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform einen Ablaufplan eines weiteren Prozesses zum Verbessern der Leistungsfähigkeit einer digitalen Schaltung unter Verwendung der Stromaufnahme der Schaltung. Ein Prozess 700 kann in einer modifizierten Mikrosteuereinheit wie beispielsweise der Mikrosteuereinheit 502 in 5 realisiert werden.
Der Prozess 700 beginnt mit einem Empfangen einer Messung der Stromabgabe eines Spannungsreglers einer digitalen Schaltung (Schritt 702). Im Prozess 700 wird ermittelt, ob die Stromabgabe einen Überstrom-Zielstrom überschreitet (Schritt 704).
Wenn die Stromabgabe den Überstrom-Zielstrom überschreitet („Ja”-Pfad von Schritt 704), wird im Prozess 700 eine Verringerung des maximalen (oberen) Frequenzgrenzwerts für die digitale Schaltung berechnet (Schritt 706). Im Prozess 700 wird das Kleinere von verringerter maximaler Frequenz und einer Zielfrequenz für die digitale Schaltung berechnet (Schritt 708).
Im Prozess 700 wird die der digitalen Schaltung bereitgestellte Spannung unter Verwendung der Auswahl von Schritt 708 und der tatsächlichen Arbeitsfrequenz der digitalen Schaltung angepasst (Schritt 710). Danach kann der Prozess 700 enden oder für eine weitere Iteration zu Schritt 702 zurückkehren.
Wenn die Stromabgabe den Überstrom-Zielstrom nicht überschreitet („Nein”-Pfad von Schritt 704), wird im Prozess 700 eine Erhöhung des maximalen (oberen) Frequenzgrenzwerts für die digitale Schaltung berechnet (Schritt 712). Im Prozess 700 wird das Kleinere von erhöhter maximaler Frequenz und einer Zielfrequenz für die digitale Schaltung berechnet (Schritt 714).
Im Prozess 700 wird die der digitalen Schaltung bereitgestellte Spannung unter Verwendung der Auswahl von Schritt 714 und der tatsächlichen Arbeitsfrequenz der digitalen Schaltung angepasst (Schritt 716). Danach kann der Prozess 700 enden oder für eine weitere Iteration zu Schritt 702 zurückkehren.
Der Ablaufplan und die Blockschaubilder in den Figuren veranschaulichen die Architektur, Funktionalität und die Arbeitsweise möglicher Realisierungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In dieser Hinsicht kann jeder Block im Ablaufplan oder in den Blockschaubildern für ein Modul, ein Segment oder einen Codeabschnitt stehen, der eine oder mehrere ausführbare Anweisungen zum Realisieren der angegebenen logischen Funktion(en) aufweist. Es soll zudem angemerkt werden, dass bei einigen alternativen Realisierungen die im Block angegebenen Funktionen in anderer Reihenfolge als der in den Figuren angegebenen auftreten können. Zum Beispiel können zwei aufeinander folgend abgebildete Blöcke tatsächlich im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder die Blöcke können manchmal abhängig von der betreffenden Funktionalität in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden. Es wird ebenfalls angemerkt, dass jeder Block der Blockschaubilder und/oder Abbildung von Ablaufplänen und Kombinationen von Blöcken in den Blockschaubildern und/oder der Abbildung von Ablaufplänen durch zweckbestimmte hardwaregestützte Systeme oder Kombinationen von zweckbestimmter Hardware und Computeranweisungen realisiert werden kann, welche die angegebenen Funktionen oder Handlungen durchführen.
Somit werden in den veranschaulichenden Ausführungsformen ein computerrealisiertes Verfahren, System und Computerprogrammprodukt zum Verbessern der Leistungsfähigkeit einer digitalen Schaltung durch Verwenden der Stromaufnahmeinformation sowie der Spannung und Arbeitsfrequenz der digitalen Schaltung und deren jeweiliger Grenzwerte bereitgestellt. Unter Verwendung einer Ausführungsform der Erfindung werden dem durch die digitale Schaltung aufgenommen Strom zugehörige Informationen mit der Arbeitsfrequenz kombiniert, um die oberen Grenzwerte der Spannung, Frequenz oder von beidem anzupassen. Während zum Beispiel die 4 und 5 zwei Variationen einer dritten stromgestützten Regelschleife zeigen, kann eine Realisierung die zwei Variationen kombinieren und eine dritte Regelschleife erzeugen, welche die Stromaufnahme sowohl in den Spannungsgrenzwert als auch den Frequenzgrenzwert mit einbezieht.
Im Gegensatz zum Stand der Technik kann der Überstrom-Zielstrom als ein weiches Ziel eingestellt und gemäß den veränderlichen Betriebsbedingungen der digitalen Schaltung geändert werden. In einer Ausführungsform wird ein Überstromzustand auch mit dem flexiblen (weichen) Überstrom-Zielstrom aufgrund der schnell agierenden Frequenzanpassungs-Rückkopplungsschleife verhindert.
Wie für den Fachmann ersichtlich ist, können Aspekte der vorliegenden Erfindung als ein System, Verfahren, oder Computerprogrammprodukt ausgebildet werden. Dementsprechend können Aspekte der vorliegenden Erfindung in Form einer vollständigen Hardware-Ausführungsform, einer vollständigen Software-Ausführungsform (darunter Firmware, residente Software, Mikrocode usw.) oder in einer Ausführungsform ausgebildet werden, die Software- und Hardware-Aspekte kombiniert, was hierin sämtlich allgemein als „Schaltung”, „Modul” oder „System” bezeichnet sein kann. Weiterhin können Aspekte der vorliegenden Erfindung in Form eines Computerprogrammprodukts ausgebildet werden, das in einer oder mehreren computerlesbaren Speichereinheiten oder computerlesbaren Medien mit darauf enthaltenem computerlesbarem Programmcode enthalten sein kann.
Jede beliebige Kombination aus einer oder mehreren computerlesbaren Speichereinheiten oder computerlesbaren Medien kann verwendet werden. Bei dem computerlesbaren Medium kann es sich um ein computerlesbares Signalmedium oder ein computerlesbares Speichermedium handeln. Bei einer computerlesbaren Speichereinheit kann es sich zum Beispiel, ohne auf diese beschränkt zu sein, um ein System, eine Vorrichtung oder eine Einheit elektronischer, magnetischer, optischer, elektromagnetischer, Infrarot oder Halbleiter verwendender Art sowie jede beliebige geeignete Kombination des Vorgenannten handeln. Zu spezielleren Beispielen für die computerlesbare Speichereinheit kann Folgendes gehören (nicht abschließende Liste): eine elektrische Verbindung mit einer oder mehreren Leitungen, eine transportable Computerdiskette, eine Festplatte, ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff (random access memory (RAM)), ein Nur-Lese-Speicher (read-only memory (ROM), ein löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (erasable programmable read-only memory (EPROM) oder Flash-Speicher), ein Lichtwellenleiter, ein transportabler Compact-Disk-Nur-Lese-Speicher (CD-ROM), eine optische Speichereinheit, eine magnetische Speichereinheit oder eine beliebige geeignete Kombination des Vorgenannten. Im Kontext dieses Dokuments kann es sich bei einer computerlesbaren Speichereinheit um jede gegenständliche Einheit oder jedes gegenständliche Medium handeln, die oder das ein Programm zur Verwendung durch oder in Verbindung mit einem System, einer Vorrichtung oder einer Einheit zum Ausführen von Anweisungen beinhalten oder speichern kann.
Der in einer computerlesbaren Speichereinheit oder einem computerlesbaren Medium enthaltene Programmcode kann mittels eines beliebigen geeigneten Mediums übertragen werden, einschließlich, ohne auf diese beschränkt zu sein, kabellose, kabelgebundene, Lichtwellenleiterkabel, Hochfrequenz (HF) usw. oder eine beliebige geeignete Kombination des Vorgenannten.
Computerprogrammcode zum Ausführen von Operationen für Aspekte der vorliegenden Erfindung kann in jeder Kombination einer oder mehrerer Programmiersprachen geschrieben sein, darunter eine objektorientierte Programmiersprache wie Java, Smalltalk, C++ oder Ähnliches und herkömmliche prozedurale Programmiersprachen wie die Programmiersprache „C” oder ähnliche Programmiersprachen. Der Programmcode kann vollständig auf dem Computer des Benutzers, teilweise auf dem Computer des Benutzers, als eigenständiges Softwarepaket, teilweise auf dem Computer des Benutzers und teilweise auf einem entfernt angeordneten Computer oder vollständig auf dem entfernt angeordneten Computer oder Server ausgeführt werden. In letzterem Szenario kann der entfernt angeordnete Computer mit dem Computer des Benutzers über jede beliebige Art von Netzwerk, darunter ein lokales Netzwerk (local area network (LAN)) oder ein Weitverkehrsnetzwerk (wide area network (WAN)) verbunden sein, oder es kann eine Verbindung zu einem externen Computer (zum Beispiel mittels eines Internetdienstanbieters über das Internet) hergestellt werden.
Aspekte der vorliegenden Erfindung werden hierin unter Bezugnahme auf Abbildungen von Ablaufplänen und/oder Blockschaubildern von Verfahren, Vorrichtungen (Systemen) und Computerprogrammprodukten gemäß den Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es versteht sich, dass jeder Block der Abbildungen von Ablaufplänen und/oder der Blockschaubilder sowie Kombinationen von Blöcken in den Abbildungen von Ablaufplänen und/oder den Blockschaubildern durch Computerprogrammanweisungen realisiert werden kann. Diese Computerprogrammanweisungen können einem oder mehreren Prozessoren eines oder mehrerer universeller Computer, zweckbestimmter Computer oder einer oder mehreren anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtungen bereitgestellt werden, um eine Maschine so zu erzeugen, dass die Anweisungen, die über den einen oder die mehreren Prozessoren der Computer oder anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtungen ausgeführt werden, ein Mittel zum Realisieren der im Block oder in den Blöcken des Ablaufplans und/oder Blockschaubildes angegebenen Funktionen/Handlungen erzeugen.
Diese Computerprogrammanweisungen können auch in einer oder mehreren computerlesbaren Speichereinheiten oder einem oder mehreren computerlesbaren gespeichert sein, die einen oder mehrere Computer, eine oder mehrere andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtungen oder eine oder mehrere andere Einheiten anleiten kann, auf eine bestimmte Weise zu funktionieren, so dass die in der einen oder den mehreren computerlesbaren Speichereinheiten oder dem computerlesbaren Medium gespeicherten Anweisungen einen Herstellungsartikel einschließlich Anweisungen erzeugen, welche die im Block oder in den Blöcken des Ablaufplans und/oder des Blockschaubildes angegebene Funktion/Handlung ausführen.
Die Computerprogrammanweisungen können auch auf einen oder mehrere Computer, eine oder mehrere andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtungen oder eine oder mehrere andere Einheiten geladen werden, um eine Reihe von auf dem Computer, der anderen programmierbaren Vorrichtung oder den anderen Einheiten auszuführenden Operationsschritten hervorzurufen, um einen auf Computern ausgeführten Prozess so zu erzeugen, dass die auf dem einen oder mehreren Computern oder der einen oder den mehreren anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtungen oder der einen oder den mehreren Einheiten ausgeführten Anweisungen Prozesse zur Ausführung der im Block oder in den Blöcken des Ablaufplans und/oder Blockschaubilds angegebenen Funktionen/Handlungen bereitstellen.
Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zwecke des Beschreibens besonderer Ausführungsformen und ist nicht als die Erfindung einschränkend aufzufassen. Die hierin verwendeten Singularformen „ein”, „eine” und „der”, „die”, „das” sowie deren Deklinationen sollen ebenso die Pluralformen einschließen, es sei denn dies ist im Kontext deutlich anderweitig angegeben. Es versteht sich weiterhin, dass die Begriffe „aufweist” und/oder „aufweisend” in diesem Dokument das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen und/oder Komponenten angeben, jedoch nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen.
Die entsprechenden Strukturen, Materialien, Handlungen und Entsprechungen aller Mittel oder Schritte sowie Funktionselemente in den nachfolgenden Ansprüchen sollen alle Strukturen, Materialien oder Handlungen zum Durchführen der Funktion in Kombination mit anderen beanspruchten Elementen, wie sie im Einzelnen beansprucht sind, einschließen. Die Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurde zum Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt, ist jedoch nicht als erschöpfend oder auf die Erfindung in der offenbarten Form beschränkt aufzufassen. Viele Änderungen und Variationen sind für den Fachmann naheliegend, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Die Ausführungsformen wurden gewählt, um die Funktionsweisen der Erfindung und die praktische Anwendung am besten zu beschreiben und anderen Fachleuten das Verständnis der Erfindung für vielfältige Ausführungsformen mit vielfältigen Änderungen wie sie für den speziellen betrachteten Gebrauch geeignet sind zu ermöglichen.

Claims

Verfahren zum Verbessern der Leistungsfähigkeit einer digitalen Schaltung, wobei das Verfahren aufweist: Anpassen einer tatsächlichen Arbeitsfrequenz der digitalen Schaltung mithilfe einer Regelschleife in der digitalen Schaltung, wobei das Anpassen der tatsächlichen Frequenz als Reaktion auf eine Änderung bei einem Betriebszustand der digitalen Schaltung erfolgt; Empfangen einer Messung eines durch die digitale Schaltung aufgenommenen elektrischen Stroms von einem Spannungsregler, welcher der digitalen Schaltung elektrische Leistung bereitstellt; Empfangen eines Überstrom-Zielstromwerts; und Anpassen einer Spannungsabgabe vom Spannungsregler an die digitale Schaltung derart, dass der durch die digitale Schaltung aufgenommene Strom den Überstrom-Zielstromwert nicht überschreitet.
Computerrealisiertes Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Verringern der Spannungsabgabe, das als Reaktion auf das Anpassen erfolgt, ein Verringern des durch die digitale Schaltung aufgenommenen Stroms verursacht.
Computerrealisiertes Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend: Anpassen eines oberen Grenzwertes für die Spannungsabgabe, um einen angepassten oberen Spannungsgrenzwert zu bilden; Berechnen einer Anpassung der Spannungsabgabe unter Verwendung der tatsächlichen Arbeitsfrequenz der digitalen Schaltung und einer Zielarbeitsfrequenz der digitalen Schaltung, um eine angepasste Spannungsabgabe zu bilden; Auswählen des Kleineren von angepasstem oberem Spannungsgrenzwert und angepasster Spannungsabgabe, um eine ausgewählte Spannungsanpassung zu bilden; und Durchführen des Anpassens am Spannungsregler unter Verwendung der ausgewählten Spannungsanpassung.
Computerrealisiertes Verfahren nach Anspruch 3, wobei als Reaktion darauf, dass der aufgenommene Strom den Überstrom-Zielstromwert überschreitet, das Anpassen des oberen Grenzwertes für die Spannungsabgabe ein Verringern des oberen Grenzwertes für die Spannungsabgabe beinhaltet.
Computerrealisiertes Verfahren nach Anspruch 3, wobei als Reaktion darauf, dass der Überstrom-Zielstromwert den aufgenommene Strom überschreitet, das Anpassen des oberen Grenzwertes für die Spannungsabgabe ein Anheben des oberen Grenzwertes für die Spannungsabgabe beinhaltet.
Computerrealisiertes Verfahren nach Anspruch 3, wobei als Reaktion darauf, dass der Überstrom-Zielstromwert den aufgenommenen Strom überschreitet, das Anpassen des oberen Grenzwertes für die Arbeitsfrequenz der digitalen Schaltung ein Anheben des oberen Grenzwertes für die Arbeitsfrequenz der digitalen Schaltung beinhaltet.
Computerrealisiertes Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend: Anpassen eines oberen Grenzwertes für die Arbeitsfrequenz der digitalen Schaltung, um einen angepassten oberen Frequenzgrenzwert zu bilden; Auswählen des Kleineren von angepasstem oberem Frequenzgrenzwert und einer Zielarbeitsfrequenz der digitalen Schaltung, um eine ausgewählte Frequenzanpassung zu bilden; Berechnen einer Anpassung der Spannungsabgabe unter Verwendung der tatsächlichen Arbeitsfrequenz der digitalen Schaltung und der ausgewählten Frequenzanpassung, um eine angepasste Spannungsabgabe zu bilden; Auswählen des Kleineren von angepasstem oberem Spannungsgrenzwert und angepasster Spannungsabgabe, um eine ausgewählte Spannungsanpassung zu bilden; und Durchführen des Anpassens am Spannungsregler unter Verwendung der ausgewählten Spannungsanpassung.
Computerrealisiertes Verfahren nach Anspruch 7, wobei als Reaktion darauf, dass der aufgenommene Strom den Überstrom-Zielstromwert überschreitet, das Anpassen des oberen Grenzwertes für die Arbeitsfrequenz der digitalen Schaltung ein Verringern des oberen Grenzwertes für die Arbeitsfrequenz der digitalen Schaltung beinhaltet.
Computerrealisiertes Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Regelschleife einen Kritischer-Pfad-Überwacher und eine digitale Phasenregelschleife aufweist; wobei der Betriebszustand eine Kombination einer Versorgungsspannung der digitalen Schaltung, einer unter Verwendung der digitalen Schaltung auszuführenden Arbeitslast und von Umgebungsbedingungen, in denen die digitale Schaltung arbeiten soll, aufweist; und wobei die Regelschleife auf die Änderung beim Betriebszustand in der Größenordnung von Nanosekunden nach Erkennen der Änderung reagiert.
Durch Computer verwendbares Programmprodukt, das ein durch Computer verwendbares Speichermedium aufweist, das durch Computer verwendbaren Code zum Verbessern der Leistungsfähigkeit einer digitalen Schaltung enthält, wobei eine tatsächliche Arbeitsfrequenz der digitalen Schaltung unter Verwendung einer Regelschleife in der digitalen Schaltung angepasst wird und die tatsächliche Frequenz als Reaktion auf eine Änderung bei einem Betriebszustand der digitalen Schaltung angepasst wird, wobei der durch Computer verwendbare Code aufweist: durch Computer verwendbaren Code zum Empfangen einer Messung eines durch die digitale Schaltung aufgenommenen Stroms von einem Spannungsregler, welcher der digitalen Schaltung elektrische Leistung bereitstellt; durch Computer verwendbaren Code zum Empfangen eines Überstrom-Zielstromwertes; und durch Computer verwendbaren Code zum Anpassen einer Spannungsabgabe vom Spannungsregler an die digitale Schaltung derart, dass der durch die digitale Schaltung aufgenommene Strom den Überstrom-Zielstromwert nicht überschreitet.
Durch Computer verwendbares Programmprodukt nach Anspruch 10, wobei das Verringern der Spannungsabgabe, das als Reaktion auf das Anpassen erfolgt, ein Verringern des durch die digitale Schaltung aufgenommenen Stroms verursacht.
Durch Computer verwendbares Programmprodukt nach Anspruch 10, weiterhin aufweisend: durch Computer verwendbaren Code zum Anpassen eines oberen Grenzwertes für die Spannungsabgabe, um einen angepassten oberen Spannungsgrenzwert zu bilden; durch Computer verwendbaren Code zum Berechnen einer Anpassung der Spannungsabgabe unter Verwendung der tatsächlichen Arbeitsfrequenz der digitalen Schaltung und einer Zielarbeitsfrequenz der digitalen Schaltung, um eine angepasste Spannungsabgabe zu bilden; durch Computer verwendbaren Code zum Auswählen des Kleineren von angepasstem oberem Spannungsgrenzwert und angepasster Spannungsabgabe, um eine ausgewählte Spannungsanpassung zu bilden; und durch Computer verwendbaren Code zum Durchführen des Anpassens am Spannungsregler unter Verwendung der ausgewählten Spannungsanpassung.
Durch Computer verwendbares Programmprodukt nach Anspruch 12, wobei als Reaktion darauf, dass der aufgenommene Strom den Überstrom-Zielstromwert überschreitet, das Anpassen des oberen Grenzwertes für die Spannungsabgabe ein Verringern des oberen Grenzwertes für die Spannungsabgabe beinhaltet.
Durch Computer verwendbares Programmprodukt nach Anspruch 12, wobei als Reaktion darauf, dass der Überstrom-Zielstromwert den aufgenommene Strom überschreitet, das Anpassen des oberen Grenzwertes für die Spannungsabgabe ein Anheben des oberen Grenzwertes für die Spannungsabgabe beinhaltet.
Durch Computer verwendbares Programmprodukt nach Anspruch 12, wobei als Reaktion darauf, dass der Überstrom-Zielstromwert den aufgenommenen Strom überschreitet, das Anpassen des oberen Grenzwertes für die Arbeitsfrequenz der digitalen Schaltung ein Anheben des oberen Grenzwertes für die Arbeitsfrequenz der digitalen Schaltung beinhaltet.
Durch Computer verwendbares Programmprodukt nach Anspruch 10, weiterhin aufweisend: durch Computer verwendbaren Code zum Anpassen eines oberen Grenzwertes für die Arbeitsfrequenz der digitalen Schaltung, um einen angepassten oberen Frequenzgrenzwert zu bilden; durch Computer verwendbaren Code zum Auswählen des Kleineren von angepasstem oberem Frequenzgrenzwert und einer Zielarbeitsfrequenz der digitalen Schaltung, um eine ausgewählte Frequenzanpassung zu bilden; durch Computer verwendbaren Code zum Berechnen einer Anpassung der Spannungsabgabe unter Verwendung der tatsächlichen Arbeitsfrequenz der digitalen Schaltung und der ausgewählten Frequenzanpassung, um eine angepasste Spannungsabgabe zu bilden; durch Computer verwendbaren Code zum Auswählen des Kleineren von angepasstem oberem Spannungsgrenzwert und angepasster Spannungsabgabe, um eine ausgewählte Spannungsanpassung zu bilden; und durch Computer verwendbaren Code zum Durchführen des Anpassens am Spannungsregler unter Verwendung der ausgewählten Spannungsanpassung.
Durch Computer verwendbares Programmprodukt nach Anspruch 16, wobei als Reaktion darauf, dass der aufgenommene Strom den Überstrom-Zielstromwert überschreitet, das Anpassen des oberen Grenzwertes für die Arbeitsfrequenz der digitalen Schaltung ein Verringern des oberen Grenzwertes für die Arbeitsfrequenz der digitalen Schaltung beinhaltet.
Durch Computer verwendbares Programmprodukt nach Anspruch 10, wobei der durch Computer verwendbare Code in einem computerlesbaren Speichermedium in einem Datenverarbeitungssystem gespeichert ist, und wobei der durch Computer verwendbare Code über ein Netzwerk von einem entfernt angeordneten Datenverarbeitungssystem übertragen wird.
Durch Computer verwendbares Programmprodukt nach Anspruch 10, wobei der durch Computer verwendbare Code in einem computerlesbaren Speichermedium in einem Server-Datenverarbeitungssystem gespeichert ist, und wobei der durch Computer verwendbare Code über ein Netzwerk auf ein entfernt angeordnetes Datenverarbeitungssystem zur Verwendung in einem dem entfernt angeordneten Datenverarbeitungssystem zugeordneten computerlesbaren Speichermedium heruntergeladen wird.
Datenverarbeitungssystem zum Verbessern der Leistungsfähigkeit einer digitalen Schaltung, wobei das Datenverarbeitungssystem aufweist: eine ein Speichermedium enthaltende Speichereinheit, wobei in der Speichereinheit durch Computer verwendbarer Programmcode gespeichert ist; einen Prozessor, wobei der Prozessor den durch Computer verwendbaren Programmcode ausführt, und wobei der durch Computer verwendbare Programmcode aufweist: eine Regelschleife in der digitalen Schaltung zum Anpassen einer tatsächlichen Arbeitsfrequenz der digitalen Schaltung, wobei das Anpassen der tatsächlichen Frequenz als Reaktion auf eine Änderung bei einem Betriebszustand der digitalen Schaltung erfolgt; durch Computer verwendbaren Code zum Empfangen einer Messung eines durch die digitale Schaltung aufgenommenen Stroms von einem Spannungsregler, welcher der digitalen Schaltung elektrische Leistung bereitstellt; durch Computer verwendbaren Code zum Empfangen eines Überstrom-Zielstromwertes; und durch Computer verwendbaren Code zum Anpassen einer Spannungsabgabe vom Spannungsregler an die digitale Schaltung derart, dass der durch die digitale Schaltung aufgenommene Strom den Überstrom-Zielstromwert nicht überschreitet.