JP2005285123A - タスクスケジューリング作成の処理を使用するタスク温度管理を達成する方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コンピュータを使用する環境において温度管理を実行するための装置および方法を提供する。
【解決手段】 熱特性は、演算および／または処理コンポーネント１０２に関連し、演算は温度閾値を越えないようにコンポーネント１０２による処理がスケジューリングされる。ホットキューまたはクールキューは、選択された演算に提供され、処理コンポーネント１０２は、熱閾値を越えないように、適当なキューから演算を選択することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、処理環境において熱管理を実行し、および特に命令およびタスクを効果的に割り当てることにより、熱ホットスポットを減少させる方法と装置に関する。

コンピュータシステムはよりますます複雑になっている。そして、同時に、コンポーネントのサイズを縮小して、高密度にコンピュータチップ上のデバイスを実装しており、より高処理速度を達成している。これらの長所は、多くのアプリケーション、例えばリアルタイムでマルチメディアのゲームおよび他の計算集約型のアプリケーションの成功にきわめて重大である。コンピュータシステムは、処理効率を上げるために、しばしば並行に（または協調して）作動する多数のプロセッサを組み込む。

コンポーネントおよび素子が演算、例えば命令およびタスクを実行する時に、熱がよく発生する。過剰な熱は、逆に電子構成部品、例えばコンピュータチップの処理能力に影響を与え得る。例えば、チップの一つの領域が計算において集中的なタスクを実行している場合、その領域はかなり加熱する可能性があり、また他のチップと関連してホットスポットを形成する可能性がある。ホットスポットがある熱閾値を越える場合、コンポーネントの処理能力またはチップのその領域の素子は性能が低下する可能性があり、または、チップが損害を受けるかまたは破壊される可能性すらある。

過去において、種々の解決手段が加熱問題を解決するために採用されている。機械的解決手段の一つは、ヒートシンクをコンピュータチップに取り付けることである。しかしながら、ヒートシンクは大きく、単にチップから、そして、チップを囲んでいるスペース領域に熱を放出するのに役立ち得るにすぎない。チップがエンクロージャ、例えばパソコンキャビネットに格納されるときに、この熱はファンの使用などによって除去されなければならないが、それ自身スペースをとり、不要なノイズを発生させる。

ほかにも、より複雑な温度管理手段も存在する。例えば、ある解決手段では、温度センサが重要な回路要素、例えばプロセッサに配置されることができ、そして、ファンが関連するシステムエンクロージャに載置されることができる。温度センサが特定の温度に達したことを示すときに、ファンがオンになる。そして、プロセッサを冷却するためのシステムエンクロージャで、エアフローを増加させる。あるいは、温度センサが所定の温度を越えることを示すときに、処理環境にシャットダウンをするよう警報が発せられることもできる。このセンサは、しばしばホットスポットから少し離れて配置される。残念なことに、このフィードバック方法は、オーバーヒートを防止するにはあまりに遅く、または信頼性なく機能する可能性がある。

温度管理を行うための更なる試みでは、ソフトウェアの使用を採用する。例えば、ある技術では、演算間で冷却するより多くの時間をもつように、コンポーネントのクロックを減速する。ある従来のシステムは、命令キャッシュから抑制機構を使用する命令バッファまで、命令取得率を制御する。取得率を減らすことは、熱の発生を低減する。更により抜本的な方法は、プロセッサをシャットダウンして、それを冷やすことである。残念なことに、これらの技術の全てコンポーネントの演算速度に直接影響し、リアルタイム処理要求に不利益となる可能性がある。

したがって、追加的なハードウェアまたは非効率的なソフトウェアルーチンを避けると共に、温度管理を達成するための新規な方法と装置の必要性が本技術においてある。

本発明の態様にしたがって、温度スケジューリング方法は提供される。好ましい実施の形態において、コンポーネントは熱閾値を有し、そして、本方法はコンポーネントによって実行される複数の演算を提供することを含む。演算と熱特性とを関連させる温度情報が提供される。熱特性は、演算の実行の間、コンポーネントによって発生することまたは受けることが予想される熱量に関連する値を表す。演算を実行する命令は、熱閾値を越えないように、熱特性に基づいてスケジューリングされる。

一つの形態において、本方法は、温度検知手段で熱特性を測定することを更に備える。他の形態において、本方法は、コンポーネントの電力消費に基づいて熱特性を推定することを更に備える。熱特性は、異なる方法で推定されることができる。一つのケースにおいて、推定は、コンポーネントの回路シミュレーションを実行することを含む。他のケースにおいて、推定は、コンポーネントの電力密度を決定することを含む。

更に別の一つの形態において、本方法は、コンポーネントに処理能力の順に演算を実行させることを更に備える。より好ましくは、熱特性は演算を実行する選択された処理デバイスの集積された熱特性であって、コンポーネントは、複数の処理デバイスを含む。

更なる形態において、処理デバイスの各々は個別熱閾値を有し、そして、熱特性は、各々が処理デバイスの一つと関連する複数の個別熱特性を含むものであって、コンポーネントは、複数の処理デバイスを含む。この場合、本方法は、好ましくは、演算を実行するために、処理デバイスの少なくともいくつかを選択することを含む。選択されたデバイスはモニタされ、そして、個別熱閾値を越えないように、演算は、選択されたデバイスの中に発送（ルーティング）される。選択し得る形態において、コンポーネントは、熱特性が複数の処理デバイスに割り当てられる、複数の処理デバイスを含む。

更にもう一つの実施の形態において、熱特性を決定するステップは、（i） コンポーネントの電力消費を決定し、（ii） コンポーネントのスペースを決定し、（iii） 領域毎の電力消費を得るために、スペースによって電力消費を割り、（iv） 一定の温度評価定数を掛けること、を含むことができる。他の形態において、本方法は、冷却特性が熱特性と一緒に演算のスケジューリング作成に組み込まれるように、冷却特性を決定することを更に含むことができる。

他の好ましい実施の形態において、本方法は、最初に一連の演算を有するプログラムコードを得て、一つ以上の演算と関連する熱特性を決定する。コンポーネントの熱閾値もまた、決定される。演算は、熱閾値を越えないように、熱特性にしたがって、コンポーネントによる実行のためスケジューリングされる。

一つの形態において、コンポーネントが選択された演算を実行するにしたがって、熱特性は発生すると予想される熱量を見積もる。他の形態において、熱特性は、ある期間にわたって発生する熱量を見積もる。更なる形態において、熱特性は、コンポーネントの少なくとも一つの（a）電力消費および、（ｂ） コンポーネントの電力密度を見積もる。

更に別の形態において、本方法は、コンポーネントに演算を実行させることを更に備える。コンポーネントの温度は、実行の間モニタされる。熱閾値を越える場合、演算は再スケジューリングされる。

他の形態において、本方法は、演算の各々において実行されるタスクの数を計数することにより、熱特性を推定することをさらに備える。

更なる実施の形態において、コンポーネントは複数の処理デバイスを含む。この場合、本方法は、好ましくは、選択された処理デバイスによって選択された演算の動的な実行をモニタすることを含む。選択された装置の演算周波数は、決定される。演算周波数は、コンパイラに伝えられる。

更に別の形態において、本方法は、計算デバイスの冷却特性を決定することを更に備える。計算デバイスは、コンポーネントを含む。演算をスケジューリングするステップは、冷却特性および熱特性にしたがって実行される。冷却特性は、計算デバイスのパッケージのタイプに基づいてもよい。それは、また、計算デバイスの冷却手段に基づいてもよい。この場合、冷却手段が一つの状態を有する場合、冷却特性は確定する。冷却手段が多数の状態を有する場合、冷却特性は動的である。

他の本発明の態様にしたがって、処理システム及び方法は、コンピュータの使用環境において、演算を扱うために提供される。処理システムの一実施の形態において、演算は計算デバイスの一部であるコンポーネントによって実行される。少なくとも一つの熱特性は提供される。特性は、コンポーネントおよび選択された演算と関連する。それは、演算を実行した後のコンポーネントの温度の変化を表す。

一つの形態において、演算処理システムはスケジューラを含む。スケジューラは、熱特性によって、コンポーネントに少なくとも一つの演算を割り当てることができる。一つのケースにおいて、スケジューラは、熱特性によって、選ばれた演算を記憶場所から取り出すように操作可能である。他のケースにおいては、コンポーネントはサブコンポーネントを含み、スケジューラは簡易なスケジューラであり、そして熱特性はコンポーネントに関連しサブコンポーネントに関連しない全体熱特性である。更に別のケースにおいては、コンポーネントはサブコンポーネントを含み、スケジューラは高度なスケジューラであり、そして、熱特性は更にサブコンポーネントの少なくともいくつかと関連する。

他の形態において、コンポーネントは処理デバイスであり、そして、スケジューラは処理デバイスと統合される。更なる実施の形態において、熱特性はタスク熱特性であり、選択された演算はタスクを備える。このケースにおいて、タスク熱特性は、好ましくは、（ａ） コンポーネントの演算周波数、（ｂ） コンポーネントの熱特性、（ｃ） 冷却特性、の少なくとも一つに基づく。

更に別の形態において、演算の少なくともいくつかは、優先度を含む。この場合、システムは複数の優先度キューから更に成り、そして、各々の優先度キューは、第１セットの演算を格納するための第１（例えば、ホット）キュー、および第２セットの演算を格納するための第２（例えば、クール）キューを含む。好ましくは、システムはスケジューラを更に含む。スケジューラは、演算の優先度および熱特性に基づいて選択された優先度キューにおいて、少なくともいくつかの演算を、ホットまたはクールキューのいずれかに割り当てるように操作可能である。より好ましくは、スケジューラは、更に、熱特性および選択された演算の優先度によって選択された優先度キューのホットキューまたはクールキューから選ばれた一つの演算を取り出すように操作可能である。

本発明の態様による、演算処理システムの他の実施の形態において、スケジューラ、第１および第２演算、および複数のプロセッサが提供される。スケジューラは、第１および第２演算を備える演算を管理する。第１演算は、演算上の閾値を越える熱特性を有する。第２演算は、演算上の閾値を越えない熱特性を有する。プロセッサは、演算を実行することができる。各々のプロセッサは、熱閾値を有する。

一つの実施の形態において、選択されたプロセッサの熱閾値を越えない場合、そのプロセッサは第１第２演算のうちの少なくとも一つを獲得し実行することができる。他の形態において、選択されたプロセッサの熱閾値を越えない場合、プロセッサは第１演算を獲得する。更なる実施の形態において、選択されたプロセッサの熱閾値を越える場合、プロセッサは第２演算を獲得し実行するように操作可能である。

更に別の形態において、プロセッサは、プロセッサの温度をモニタし、または推定する、温度検知手段を含む。好ましくは、プロセッサは、温度検知手段から温度値を受け取って、デジタル温度値を提供するように操作可能であるアナログデジタル変換器を更に含む。

他の形態において、選択されたプロセッサは、複数のサブプロセッサを含む。望ましくは、選択されたプロセッサは、選択されたプロセッサと関連し、サブプロセッサと関連しない、全体熱特性を有する。あるいは、各々のサブプロセッサは、望ましくは、他のサブプロセッサのコンポーネント熱特性と異なるコンポーネント熱特性を有する。

本発明の態様にしたがって、コンピュータを使用する環境において演算を実行する好ましい方法が提供される。本方法は、第１演算を格納すること、および第２演算を格納することを含む。演算は、演算の熱特性に基づいて格納される。本方法は、プロセッサの熱閾値によって、少なくとも一つの演算を取り出すことを更に含む。

好ましくは、プロセッサの熱閾値を越えない場合、演算のうちの少なくとも一つは取り出されることができる。より好ましくは、第１演算だけが取り出される。プロセッサの熱閾値を越える場合、好ましくは、第２演算が取り出される。

本方法は、好ましくは、第１および第２演算の優先度を決定し、複数の優先度キューを提供する追加ステップを含む。この場合、優先度キューは、第１および第２キューをその中で有して提供される。第１演算は、第１演算の優先度に基づいて、第１キューの一つに格納され、そし、第２演算は、第２演算の優先度に基づいて、第２キューの一つに格納される。

他の形態においては、本方法はコンポーネント熱特性をプロセッサと関連付けることを更に備える。この場合、演算を取り出すことは、コンポーネント熱特性の現在の状態を評価すること、およびコンポーネント熱特性に基づいて演算を選択することを含む。

本発明の態様によれば、演算を実行する好ましい他の方法は、プロセッサの温度が熱閾値を越えるかどうかについて決定することを含む。それを越えない場合、本方法は、第１演算が利用可能かどうか決定する。第１演算は、実行中のプロセッサの温度を維持し、または増加させやすい。第１演算が利用できる場合、それは実行される。熱閾値を越える場合、本方法は第２演算が利用可能かどうか決定する。第２演算は、実行中のプロセッサの温度を減少させやすい。第２演算が利用できる場合、それは実行される。

一つの形態において、クールキュー演算が利用できない場合、本方法は、好ましくは、「非演算」、または「ｎｏｐ」を実行する。他の形態においては、本方法は、優先度レベルを決定し、第１演算が優先度レベルの優先度キューから利用可能かどうか決定し、第１演算が優先度キューから利用可能でない場合、第２演算が優先度キューから利用可能かどうか決定することを更に備える。

本発明の更なる態様による別の実施の形態においては、処理装置が提供される。処理装置は、熱特性と関連する演算を処理することができる。処理装置は、メモリおよび複数の処理デバイスを備える。メモリは、第１および第２演算を格納する。第１演算は、演算上の閾値を越える熱特性を有する。第２演算は、演算上の閾値を越えない熱特性を有する。処理デバイスは、演算を実行することができる。処理デバイスの少なくともいくつかは、熱閾値を有し、およびメモリへアクセスする。少なくとも、選択された処理デバイスは、処理要素、処理ユニットまたはサブ処理ユニットを含む。選択された処理デバイスの熱閾値を越えない場合、選択された処理デバイスは、処理するメモリから第１演算を獲得することができる。選択された処理デバイスの熱閾値を越える場合、選択された処理デバイスは、処理するメモリから第２演算を獲得することができる。

一つの形態において、少なくともいくつかの処理デバイスは、処理要素である。好ましくは、少なくともいくつかの処理要素は、少なくとも一つのサブ処理ユニットを更に含む。この場合、サブ処理ユニットは、浮動小数点ユニット、整数ユニット、および浮動小数点および整数ユニットと関連したレジスタを含むことができる。より好ましくは、サブ処理ユニットは、ローカル記憶部を更に含む。

他の形態において、少なくともいくつかの処理要素は、処理ユニット、および処理ユニットと関連した複数のサブ処理ユニットを更に備える。この場合、サブ処理ユニットの各々は、好ましくはローカル記憶部を含む。

更なる実施の形態において、第１処理デバイスは、第１処理デバイスの熱閾値によって、演算を第２処理デバイスと交換するように操作可能である。

更なる実施の形態において、メモリはサブ処理ユニットのローカル記憶部を含み、選択された処理デバイスは、サブ処理ユニットを含む。この場合、ローカル記憶部は、第１演算を管理するための第１キューおよび第２演算を管理するための第２キューを含むことができる。第１および第２演算は、時分割方式の装置のメモリにおいて維持されることができる。

本発明の態様による他の変形例において、一対のメモリがあってもよい。一つの形態において、第１メモリは、演算上の閾値を越える演算特性を有し第１セットを管理する第１キュー、および演算上の閾値を越えない演算特性を有し第２セットを管理する第２キューを有する第２メモリを含む。選択された処理デバイスの熱閾値を越えない場合、その処理デバイスは、処理を行う少なくとも一つの第１セット演算を獲得することができる。熱閾値を越える場合、処理デバイスは処理のための演算の第２セットのうちの少なくとも一つを獲得することができる。他の形態において、第１および第２演算を格納するメモリであって、第１演算は演算上の閾値を越える熱特性を有し、および第２演算は演算上の閾値を越えない熱特性を有する。選択された処理デバイスの熱閾値を越えない場合、その処理デバイスは、処理を行う第１または第２メモリのいずれか一方から第１演算を獲得することができる。熱閾値を越える場合、処理デバイスは、処理を行う第１または第２メモリのいずれか一方から第２演算を獲得することができる。

本発明の態様にしたがって、処理タスクの方法が提供される。本方法は、特性に基づいて、コンポーネントによる実行のための複数のタスクのうち選択された一つを含む。各々のタスクの特性は、関連するタスクの実行の後のコンポーネントの温度に関連する。それから、選択されたタスクが実行される。

好ましくは、特性は、関連するタスクの実行の後の、コンポーネントの予想される温度の増加または減少に関連する。予想される増加または減少は、コンポーネントの電力密度に基づく。タスクは、メモリの少なくとも一つのキューに格納されることができる。あるいは、タスクはメモリの少なくとも２つのキューに格納されることができる。一つのキューは、条件を満たす属性のタスクを格納する。他のキューは、条件を満たさない属性のタスクを格納する。条件は、特性が閾値を越える、ということであってもよい。タスクはまた、コンポーネントの現在の温度に基づいて選択されることができる。タスクは、実行の前に、メモリの異なるアドレスに格納されることができる。タスクはまた、実行の前に、メモリの同じアドレスに異なる時間に格納されることができる。好ましくは、コンポーネントはプロセッサである。

他の本発明の態様にしたがって、処理されるタスクを格納するメモリ、およびメモリに格納されるタスクを処理するコンポーネントを含む、タスクを処理するシステムが提供される。タスクは、特性と関連する。各々のタスクの特性は、関連するタスクを処理した後のコンポーネントの温度に関連する。タスクの一つは、特性に基づいて、コンポーネントによる処理のために選択される。

特性は、好ましくは、選ばれたタスクの処理の後のコンポーネントの温度の予想される増加または減少に関連する。予想される増加または減少は、コンポーネントの電力密度に基づいてもよい。タスクは、メモリの少なくとも一つのキューに格納されることができる。タスクは、また、メモリの少なくとも２つのキューに格納されることができる。この場合、一つのキューは、条件を満たす属性のタスクを格納し、別のキューは、条件を満たさない属性のタスクを格納する。条件は、特性が閾値を越える、ということであってもよい。

メモリは、好ましくは、２つの別々のメモリ群を備える。一つのメモリ群は、条件を満たす属性のタスクを格納し、他のメモリ群は、条件を満たさない属性のタスクを格納する。２つの別々のメモリ群は、異なる時間で同じメモリアドレスに格納されることができる。２つの別々のメモリ群が、異なるメモリアドレスであってもよい。この場合、２つの別々のメモリ群は、同じ半導体デバイスであることができ、または異なる半導体デバイスであることができる。

好ましくは、コンポーネントは温度センサを含む。この場合、タスクは、温度センサの出力に基づいて選択されることができる。システムは、また、タスクを処理することができる第２コンポーネントを含むことができる。１以上のタスクは、タスクを処理した後の各々のコンポーネントの予想温度に基づいて、各々のコンポーネントのために選択されることができる。システムは、また、１以上のコンポーネントのタスクを選択するスケジューラも含むことができる。

図面において示される本発明の好ましい実施例を記載することにおいて、特定の用語が明確性のため使われる。しかしながら、本発明は選択される詳細事項に限定されることを意図されない。そして、各々の詳細事項は、類似の目的を達成するための類似の方法において実行する、すべての技術的な同義語を含むことは理解される。

現在図３Ａに参照がなされ、図３Ａは、本発明の態様にしたがって採用され得る、基本的な処理モジュールまたは処理要素３００のブロック図である。この図に示すように、処理要素（ＰＥ）３００は、好ましくは、Ｉ／Ｏインタフェース３０２、処理ユニット（ＰＵ）３０４、ダイレクトメモリアクセスコントローラ（ＤＭＡＣ）３０６、複数のサブ処理ユニット（ＳＰＵｓ）３０８、すなわち、複数のサブ処理ユニット３０８ａ−３０８ｄを含む 。４つのサブ処理ユニット３０８ａ−ｄが示されているが、処理要素３００はいかなる数のこのようなデバイスを含むことができる。ローカル（または内部）処理要素バス３２０は、処理ユニット３０４、複数のサブ処理ユニット３０８、Ｉ／Ｏインタフェース３０２、ダイレクトメモリアクセスコントローラ３０６およびメモリインタフェース３１０の中のデータおよびアプリケーションを送信する。ローカル処理要素バス３２０は、例えば、従来のアーキテクチャを有することができ、またはパケットスイッチネットワークとして提供される。パケットスイッチネットワークとしての機器は、より多くのハードウェアを必要とする一方、利用できるバンド幅を増やす。

ディジタル論理の機器を提供するさまざまな方法を使って処理要素３００が作成されることができる。しかしながら、処理要素３００は、好ましくはシリコン基板上のＣＭＯＳを使用している単一の集積回路として作成される。処理要素３００は、高バンド幅メモリ接続３２２を通じてメモリ３３０と密接に関連する。メモリ３３０は、望ましくは処理要素３００のためのメインメモリとして機能する。メモリ３３０は好ましくはダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）であるが、メモリ３３０は、例えばスタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）、他の手段、例えば、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）、光メモリ、ホログラフィックメモリ、その他などを使って提供されてもよい。ダイレクトメモリアクセスコントローラ３０６およびメモリインタフェース３１０は、メモリ３３０および複数のサブ処理ユニット３０８および処理要素３００の処理ユニット３０４間のデータ転送を容易にする。

処理ユニット３０４は、例えば、データおよびアプリケーションの単独処理ができる標準のプロセッサでもよい。演算中において、処理ユニット３０４は、複数のサブ処理ユニット３０８によってデータおよびアプリケーションの処理をスケジューリングし、編成する。複数のサブ処理ユニット３０８は、好ましくは単命令複データ（ＳＩＭＤ）プロセッサである。処理ユニット３０４の制御のもと、複数のサブ処理ユニット３０８は、並行かつ独立した方法においてデータおよびアプリケーションの処理を実行することができる。ダイレクトメモリアクセスコントローラ３０６は、共有メモリ３３０に格納されるデータおよびアプリケーションへのアクセスを、処理ユニット３０４および複数のサブ処理ユニット３０８によって制御する。好ましくは、処理要素３００のような多数の処理要素は、高い処理能力を提供するために、ともに接続され、パッケージされてもよく、また、相互に論理的に関連付けられてもよい。

図３Ｂは、本発明の態様による、演算されることができる多数の処理要素３５０（処理要素１、処理要素２、処理要素３および処理要素４）を備える処理アーキテクチャを示す。好ましくは、処理要素３５０は単一のチップ上にある。複数の処理要素３５０は、図３Ａの処理要素３００に関して上記にて論じた処理ユニット、および／または複数のサブ処理ユニットのようにサブシステムを含んでいてもよく、または含んでいなくてもよい。必要な処理のタイプによって、複数の処理要素３５０は同じタイプでもよく、または異なるタイプでもよい。例えば、処理要素３５０は、一般的なマイクロプロセッサ、ディジタル信号プロセッサ、グラフィックプロセッサ、その他であってもよい。

複数の処理要素３５０は、好ましくは共有バス３５２に結合される。メモリコントローラまたはダイレクトメモリアクセスコントローラ３５６は、メモリバス３５４を通じて共有バス３５２に接続されてもよい。ダイレクトメモリアクセスコントローラ３５６は、メモリ３５８に接続し、メモリ３５８は、メモリ３３０に関して上記にて論じたタイプの一つでもよいＩ／Ｏコントローラ３６２もまた、Ｉ／Ｏバス３６０を通じて共有バス３５２に接続されてもよい。Ｉ／Ｏコントローラ３６２は、一つ以上の入出力装置３６、例えばフレームバッファ、ディスク駆動装置、その他に接続してもよい。上記の処理モジュールおよびアーキテクチャは単に典型的なだけであると理解されるべきであり、そして、さまざまな本発明の態様は、２００１年３月２２日に出願され、「ブロードバンドネットワークのコンピュータアーキテクチャのためのメモリ保護システムおよび方法」という名称の米国特許番号６,５２６,４９１、および２００３年２月２５日に出願され、「ブロードバンドネットワークのためのコンピュータアーキテクチャおよびソフトウェアセル」という名称の米出願番号第０９/８１６００４号において開示されるタイプのマルチプロセッサシステムを含むが、これに限られない。これにより、この中での参照により明確に具体化される。

図４は、本発明の態様による、採用され得るサブ処理ユニット４００の構造および機能を示す。サブ処理ユニット４００は、好ましくはローカル記憶部４０２、レジスタ４０４、一つ以上の浮動小数点ユニット４０６および一つ以上の整数ユニット４０８を含む。サブ処理ユニット４００のコンポーネントは、同様に後述するようなサブコンポーネントを備える。必要とされる処理能力によって、より多くのまたはより少ない数の浮動小数点ユニット（ＦＰＵｓ）４０６および整数ユニット（ＩＵｓ）４０８が採用されてもよい。好ましい実施の形態においては、ローカル記憶部４０２は少なくとも１２８キロバイトの記憶部を含み、そして、レジスタ４０４の性能は１２８×１２８ビットである。浮動小数点ユニット４０６は、好ましくは１秒につき少なくとも３２０億の浮動小数点操作（３２ギガフロップス）の速度で操作する、そして、整数ユニット４０８は、好ましくは１秒につき少なくとも３２０億の操作（３２ギガオプス）の速度で操作する。

ローカル記憶部４０２は、好ましくはキャッシュメモリでない。サブ処理ユニット４００のためのキャッシュ整合性サポートは、不必要である。その代わりに、ローカル記憶部４０２が好ましくはＳＲＡＭとして作成される。処理ユニット２０４は、処理ユニット２０４によって開始されるダイレクトメモリアクセスのキャッシュ整合性サポートを要求することができる。しかしながら、キャッシュ整合性サポートは、サブ処理ユニット４００によって開始されるダイレクトメモリアクセスのために、または外部素子へまたは外部素子からの接続ために要求されない。

サブ処理ユニット４００はバスインターフェース（Ｂｕｓ Ｉ／Ｆ）４１２を通じてサブ処理ユニット４００へおよびサブ処理ユニット４００からアプリケーションおよびデータを送信するバス４１０を更に含む。好ましい実施の形態においては、バス４１０は１,０２４ビット長である。サブ処理ユニット４００は、内部バス４１４、４１６および４１８を更に含む。好ましい実施の形態においては、バス４１４は２５６ビットの幅を有し、ローカル記憶部４０２およびレジスタ４０４の間の通信を提供する。バス４１６および４１８は、レジスタ４０４、浮動小数点ユニット４０６、レジスタ４０４、および整数ユニット４０８の間に、それぞれ通信を提供する。好ましい実施の形態において、レジスタ４０４から浮動小数点または整数ユニットへのバス４１６および４１８の幅は３８４ビットであり、そして、浮動小数点または整数ユニットからレジスタ４０４へのバス４１６および４１８の幅は１２８ビットである。レジスタ４０４から浮動小数点ユニット４０６および整数ユニット４０８へのバスの大きな幅は、処理の間、レジスタ４０４から大きなデータフローに適応する。一例では、最高３つのワードが、各々の計算に必要とされる。しかしながら、各々の計算の結果は、通常一つのワードだけである。

現在図１に参照がなされ、この図１は基板１００中または基板１００上に形成されるコンポーネント１０２を示す。基板１００およびコンポーネント１０２は、コンピュータチップの一部または全体を含むことができる。コンポーネント１０２は、論理デバイスまたは回路の他のコンポーネントであってもよい。基板１００の領域の一つ以上のコンポーネント１０２は、ユニット１０４として共に関連付けられることができる。ユニット１０４およびユニット１０４のグループ１０６もまた、例えば処理要素３００、処理ユニット３０４、複数のサブ処理ユニット３０８、処理要素３５０または複コンポーネントそれ自体を形成するために相互に関連づけられることができる。例えば、ユニットのグループ１０６は、グループ１０６内のサブ処理ユニット４００およびユニット１０４は、ローカル記憶部４０２、レジスタ４０４、浮動小数点ユニット４０６、整数ユニット４０８およびバスインターフェース４１２を含むことができる。各々のユニット１０４は、同様に、例えばＤＲＡＭメモリセル、論理ゲート、バッファ等ような、他のユニット１０４およびコンポーネント１０２も含むことができる。コンポーネント１０２、ユニット１０４、およびグループ１０６は様々なレベルの複雑さを例証するのに使用されているが、より一般に、「コンポーネント」という用語は、処理要素３００または処理要素３５０までの最も基本的な要素（例えばトランジスタおよびコンデンサ）および全体のコンピュータチップ自体から、すべてのレベルでデバイスについて言及するのにもまた使用される。典型的には、コンポーネントは基板１００上の相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）を採用している集積回路として作成される。基板１００は、好ましくはシリコン基板である。基板１００のために選択可能な材料はヒ化ガリウム、ヒ化ガリウムアルミニウム物、およびその他、多種多様なドーパントを採用したいわゆるIII−Ｂ合成物を含むが、これに限定されるものではない。コンポーネント１０２は、また、例えば高速単一磁束量子（ＲＳＦＱ）論理などの超電導材料を使って提供されることができる。

コンポーネントが処理命令またはタスク（例えば一連の命令）のような演算を実行するにしたがって、それらはしばしば熱を発生させる。ここで使用しているように、「演算」または「タスク」という表現は、実行される活動に関連し、命令、タスクおよび一回または多数のステップのプログラムを含むが、これに限定されるものではない。

本発明の一態様において、コンポーネントによって実行される演算は、熱特性の値がその演算を実行するときに構造部分によって発生することが予想される熱量に関連するような熱特性と関連付けられることができる。好ましくは、熱特性はまた、適切なときに基礎が形成される。例えば、特性の値は、一定の期間にわたって発生された熱量を表してもよい。

熱特性は、測定されることができるか推定されることができる。例えば、温度計または他の温度検出装置が、特定の演算をしているときのユニットの温度を計測するために実際に使用されることができる。

熱特性は、好ましくはコンポーネントの電力消費に基づいて推定される。例えば、いくつかのコンポーネントは、演算するための電力をより多く必要としてもよく、そして高い熱特性を持ってもよい。他のコンポーネントは同じ電力消費を有することができるが、共により高密度にパッケージされ、それらはかなり離れて間隔を置かれるコンポーネントより多くの熱を発生させる傾向がある。この点に関しては、熱特性は、両方の要因に基づいて推定されることができ、その場合、熱属性は、コンポーネントまたはコンポーネントのグループの電力密度に基づく。このように、いくつかのケースでは、熱特性は、コンポーネントが演算を実行するにしたがって発生すると予想される熱、一定の期間にわたって発生された大量の熱、全体の消費電力、コンポーネントの電力密度、コンポーネントの関連グループの電力密度、を反映することができる。チップの効果的な温度管理を達成するために、各々のコンポーネントに電力消費をスケジューリングすることが望まれてもよい。コンポーネントの電力消費は、チップの開発中に推定されることができる。例えば、チップ、サブシステムおよび／または個別コンポーネントの回路シミュレーションが実行されてもよい。

好ましくは、熱特性は更に特定のコンポーネントと関連している。例えば、整数加算演算のような演算が整数ユニット４０８だけを含んでいる場合、熱特性は整数ユニット４０８と特に関連付けられることができる。同様に、浮動小数点演算の熱特性は、浮動小数点ユニット４０６と特に関連付けられていてもよい。他の演算は、ローカル記憶部４０２からレジスタ４０４へデータを移動するような、１セットのコンポーネントを含むことができる。さらに他の演算は、すべてのコンポーネントを含んでも良く、いずれか特定のコンポーネントのセットに原因があるとすることが困難でもよい。例えば、三次元図を描写することは、サブ処理ユニット４００の全てのコンポーネントに従事させることができ、その場合、熱特性はサブ処理ユニット４００の全てのコンポーネントに適用される。あるいは、演算を実行するときに、どれくらいの熱が個別コンポーネントによって発生するかを予測するのが困難でもよく、その場合、演算の熱特性は、コンポーネントのグループに全体的に割り当てられても良い。以下のテーブルは、演算、コンポーネントおよび熱特性のサンプルセットを示す。

好ましい実施の形態において、与えられたコンポーネント（またはコンポーネントのセット）の熱特性は、次のように算出されることができる。

ＴＡ＝ｋ＊（Ｐ／Ｓ）
ＴＡ（熱特性）は、コンポーネントの電力密度または電力消費（Ｐ）が、サイズまたはスペース（Ｓ）で割られ、温度の推定に使われる因数または定数（ｋ）がかけられたものと等しい。

本発明の一態様による、プログラムコンパイラは、コンポーネントがオーバーヒートすることを防止するのことに役立てるために熱特性を使用する。コンパイラは、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェアまたは上記の組合せにおいて提供されることができる。それは、処理要素（例えば処理要素３００または処理要素３５０）かそのサブコンポーネントと関連して（例えば、組み込まれて）もよい。図１１は、本発明の態様によるコンパイラ機能を示す。本技術で公知であるように、コンパイラはソースコードを受信し、コンピュータシステム上で動作することができるオブジェクトコードを生成する。本発明の態様によれば、コンパイラは、演算および／またはコンポーネントに関する熱特性と同様にソースコードを受信する。コンパイラは、好ましくは熱特性に基づいてオブジェクトコードを生成する。コンパイラが、命令の数を計数することによってコンパイルを管理するときに、コンパイラによって編集されたオブジェクトコードの熱特性は不変的に推定される。強化された熱特性判定は、好ましくは、命令の動的な実行を計数することができ、各々のコンポーネントの演算周波数を伝えることができるパフォーマンスモニタである、「プロフィーラ」を使用してなされる。プロフィーラは、コンパイラにより正確な温度評価を提供することができ、それは同様に、熱的に最適化されたオブジェクトコード生成につながる。

図２Ａ−Ｂは、コンパイラまたは他の命令スケジューラが、どのように処理の低下またはコンポーネントへの損害を防止するように演算を管理することができるかについて示す。図の目的のため、熱閾値（Ｔ_ｍａｘ）は、越えることが望ましくない温度を表すものとされる。三角形部分Ａ、ＢおよびＣは、コンポーネントによって実行される命令を表す。例えば、セグメントＡおよびＢは、例えば、計算上、非常に大量の熱を発生する集中的な命令またはタスクを表し、一方、セグメントＣは、例えば、計算上、集中的でなく、またＡまたはＢのいずれかと同じ熱を発生しない。より詳細には、タスクＡ、ＢおよびＣが全体的な算出の一部であると仮定すると、（２＊３）＋（４＊５）＋（６＋７）において、タスクＡは（２＊３）を表し、タスクＢは（４＊５）を表し、そしてタスクＣは（６＋７）を表す。図２Ａに示すように、タスクがＡ、ＢおよびＣの命令において実行されるときに、温度はＴ_ｍａｘを越える可能性がある。この際、ＡおよびＢが連続的に実行されるので、熱閾値Ｔ_ｍａｘは突破される。

コンパイラが確実な命令を命じる方法に関して、しばしばコンパイラが指示を有していることは、公知技術である。本発明の好ましい実施の形態にしたがって、コンパイラは演算の熱特性に基づいて、選択的にスケジュールを再び命令することができる。好ましくは、コンパイラはまず最初に、演算Ａ、ＢまたはＣのいずれかに、それと関連する熱特性があるかどうか決定する。その場合は、コンパイラは選択的に、その演算を、Ｔ_ｍａｘを越えることを防止する命令を使用するオブジェクトコードに編集することができる。上記の実施の形態において、コンパイラは、方程式が最後の結果を変えずに、計算される命令を変えることができる。例えば、それはＡ、ＣおよびＢ.の順序に、演算をスケジューリングすることができる。したがって、図２Ｂによって見られるように、命令の順序が変わるときに、温度はＴ_ｍａｘを越えない。

熱閾値Ｔ_ｍａｘが必ずしもフェール温度であるというわけではない点に注意する。その代わりに、Ｔ_ｍａｘは、例えば、評価される実施パラメータに基づいて選択された設計基準であってもよい。

さらに、演算を再び命令するときに、コンパイラは、好ましくは計算をするコンポーネントの経過を追う。例えば、サブ処理ユニット他の一部（例えば浮動小数点ユニット４０６）が冷めたままである一方、一連の演算はサブ処理ユニット４００の一部（例えば浮動小数点ユニット４０６）をオーバーヒートさせることができる。それらがサブ処理ユニットのさまざまなコンポーネントに均一に分配されるように、コンパイラは、好ましくは演算をスケジューリングすることを試みることによってこの課題に対処する。コンパイラがこれを行い得る方法は、これらが熱特性を使ってプログラムの演算を実行するときに、コンポーネントの温度の経過を追い、シミュレーションすることである。例えば、コンポーネントＸは、クロックサイクル毎に２熱特性の割合においては、冷えたとみなされることができ、それがオーバーヒートする前に８熱特性の閾値を有する。そのコンポーネントと関連する演算が、サイクル毎に５ポイントの熱特性を有する場合、その演算が続けて３回実行された場合は、コンポーネントはオーバーヒートしたとみなされる（第１サイクルの後の５−２ポイントは、３の現在の熱インデックスの結果となる）。第２サイクルの後の５−２ポイントは、６の現在の総熱指数のためさらに３ポイントを加える。第２サイクルの後の５−２ポイントは、９の現在の総熱指数のためさらに３ポイントを加える。コンポーネントＸがこのようなスケジューリングでオーバーヒートするかもしれないと検知された場合、コンパイラは、コンポーネントＸが非稼働で冷たいままの間、別のコンポーネントにより実行される演算をスケジューリングするよう試みる。

あるいは、コンパイラは、異なる演算であって、熱特性がコンポーネントが冷えると予想される速度よりも低い演算を選択することを試みることができる。例えば、コンパイラが、コンポーネントＸが演算の現在のスケジュールでオーバーヒートする可能性があると決定する場合、それは、５の熱特性を持つ演算の間において１（それで、1サイクルあたり２熱属性の割合で冷えるなら、コンポーネントは冷えるであろう）の熱特性を持つ演算を点在させるよう試みることができる。

その程度までコンポーネントは他のコンポーネントによって包含され、コンパイラは更により大きなコンポーネントの熱特性を、そのサブコンポーネントに、または、サブコンポーネントから親コンポーネントに割り当ててもよい。例えば、図１０Ａに示すように、個別コンポーネントが同時に２、３、２および７の熱特性を有する演算を実行している場合、それらの演算の全てのためのサブ処理ユニットの熱特性は１４であるとみなされることができる。他方、全てのサブ処理ユニット４００に起因している熱特性は、個別コンポーネントに割り当てられることができる。図１０Ｂに示すように、三次元図の熱特性が１２で全てのサブ処理ユニットに起因している場合、その値はサブ処理ユニット４００の範囲内で均一にコンポーネントに割り当てられることができる。容器関連性、論理的機能および物理的近接によって関連するコンポーネント間の配分を含む、配分における他のバリエーションは可能である。

さまざまなコンポーネントの熱値が、個別コンポーネントの即時の演算を反映するだけでなく、時間とともに累積的なものでもよく、コンポーネントのセットのために集計されることができることが分かる。これらの要因を考慮し、コンパイラは効果的に、熱閾値Ｔ_ｍａｘを避けるよう演算をスケジューリングすることができる。

好ましくは、冷却特性は、さまざまなコンポーネントを含むコンピュータチップと関連する。冷却特性は、コンピュータチップの冷却装置の特定の特徴に依存する。例えば、冷却特性は、好ましくは、もしあればチップパッケージおよび冷却器（例えばヒートシンクまたはファン）に依存する。冷却システム冷却器（例えば、常に、設定された回転速度でファンを作動して）のための一つの状態を有している場合、冷却特性が確定される。例えばファンの回転速度を変えることによって、冷却システムの状態が変えられることができる場合、冷却特性は好ましくは動的であり、冷却システムが冷却器の演算状態を変えるときに、決定され、または更新されてもよい。実施の形態において、コンパイラは、冷却器の典型的な演算状態に基づいて算出される確定された冷却特性を使用する。特定のコンポーネントに属する演算の密度を算出するときに、コンパイラは冷却特性を使用する。より好ましくは、コンパイラもまたチップパッケージの熱放出能力の要素として入れる。他の実施の形態において、コンパイラまたはプリフィーラは、コンパイラがオブジェクトコード生成を実行することに役立てるため、動的な冷却特性を採用する。下のテーブルは、熱および冷却特性に基づいて、与えられた整数ユニット（ＩＵ）４０８により、および与えられたローカル記憶部（ＬＳ）４０２により、処理される整数演算の典型的なスケジュールを示す。

上記命令セットのため、整数ユニット４０８の熱特性が３であると仮定すると、チップの冷却特性は１であり、そして、整数ユニット４０８の熱閾値は１０である。最も左の欄は命令番号を表し、第２欄はどのコンポーネントがその命令を扱うかを表し、そして、テーブルの右側上の２つの欄は、命令を扱った後に発生する熱またはコンポーネントの温度を示す。例えば、命令１はローカル記憶部によって処理されるかまたは実施され、２の熱値に結果となり、その一方で、整数ユニットはゼロのままとなる。命令２は整数ユニットによって作動され、そしてその後、整数ユニットは３の熱値を有し、そして、ローカル記憶部は１の熱値まで冷めている。この処理は命令５まで続き、そして、それは「非演算」（ｎｏｐ）である。これによって、整数ユニットおよびローカル記憶部がある程度まで冷めることができる。整数ユニットは命令６および７を処理する。そして、閾値までその熱値を増加させる。閾値を越えることを妨げるために、異なるコンポーネント（「その他」）は、好ましくは次の命令を処理する。例えば、プロフィーラは、整数ユニットおよびローカル記憶部による命令の実行をモニタすることができ、情報をコンパイラに伝えることができる。コンパイラは、他の整数ユニットによって処理される命令８を持つために、熱特性および冷却特性とともにこの情報を使用することができる。

現在図５に参照がなされ、図５は、本発明の態様による、手順５００をスケジューリングしているマルチキューを示す。図５に示すように、スケジューラ５０２は、好ましくは２つのキューと関連する。便宜のために、第１キューは本願明細書において「ホットキュー」５０４と称され、そして、第２キューは本願明細書において「クールキュー」５０６と称される。キュー５０４、５０６は、例えば、データ構造、またはメモリにおける連続的または不連続の集合など、多くの異なる方法で実行されることができる。複数のサブ処理ユニット４００を採用する一つの実施の形態においては、キュー５０４、５０６は複数のサブ処理ユニット４００の外部で実行される。キュー５０４、５０６はまた、例えばメモリ３３０（またはメモリ３５８）と関連する、処理ユニット３０４または処理要素３００（または処理要素３５０）の外部で実行されても良い。他の例では、キュー５０４、５０６は、複数のサブ処理ユニット４００の内部で実行される。望ましくは、キュー５０４、５０６はローカル記憶部４０２またはレジスタ４０４に関連して実行される。例えば、ホットキュー５０４は第１サブ処理ユニット４００のローカル記憶部４０２と連絡して実行され、そして、クールキュー５０６は第２サブ処理ユニット４００のローカル記憶部４０２と連絡して実行されることができる。サブ処理ユニット４００が多数のローカル記憶部４０２を含む場合には、ホットキュー５０４は、ローカル記憶部４０２の一つである第１ローカル記憶部４０２に格納されることができ、一方、クールキュー５０６は、同じサブ処理ユニット４００において、ローカル記憶部４０２の一つである第２ローカル記憶部４０２に格納されることができる。あるいは、ホットキュー５０４およびクールキュー５０６は、同じローカル記憶部４０２で、またはサブ処理ユニット４００の外部または処理要素３００の外部の同じメモリで、実行されることができる。キュー５０４、５０６がレジスタ４０４を経由して実行される場合、さまざまな変形例が可能である。一つのケースでは、ホットキュー５０４は、第１サブ処理ユニット４００のレジスタ４０４を経由して実行されることができ、そして、クールキュー５０６は第２サブ処理ユニット４００のレジスタ４０４を経由して実行されることができる。キュー５０４、５０６はまた、例えば、キュー５０４、５０６のうちの一つが、第１期間にメモリに格納され、キュー５０４、５０６のうちの他の一つが、第２期間にメモリに格納されていた時分割方式の装置において行うことができる。

スケジューラ５０２は、熱特性に応じて、命令、タスクまたは他の演算により、ホットキュー５０４およびクールキュー５０６を占めることができる。好ましくは、スケジューラ５０２は、熱特性を含むルックアップテーブルにアクセスする。スケジューラ５０２は、実行時間演算の前および／または間、演算することができる。スケジューラ５０２は、コンポーネントの現在の（または予測された）温度によって、タスクをホットキュー５０４またはクールキュー５０６から選択することができる。好ましい実施の形態においては、装置の現在の温度が演算上の閾値を越えない限り、スケジューラ５０２は、ホットまたはクールキュー５０４、５０６からタスクを選択することができる。好ましい他の実施の形態においては、演算上の閾値を越えない場合、およびホットおよびクールタスクの両方が利用可能である場合、スケジューラ５０２は、クールキュー５０６からタスクを選択する前に、ホットキュー５０４からタスクを選択する。例えば、多数の演算を必要とする浮動小数点命令またはタスクは、比較的高いまたは正の熱特性値と関連していてもよい。例えば、タスクH１ ... HNによって見られるように、これらの演算はホットキュー５０４に配置される。例えば、整数命令および一つの演算タスクなどの他の演算は、比較的低いまたは負の熱特性と関係していてもよい。タスクＣ１ ... ＣNによって見られるように、例えば、この種の演算はクールキュー５０６において配置される。タスクの熱特性は、コンパイラおよび／またはプロフィーラから情報を使用して、好ましくは決定される。そして、そのいずれかは、タスクを実行している各々のコンポーネントの演算周波数を伝えることができる。より好ましくは、タスクの熱特性は、コンポーネントの演算周波数（例えば使用の頻度）、コンポーネントの熱特性、および冷却特性を組み込む。一つの実施の形態にしたがって、簡易なスケジューラは、例えば、サブ処理ユニット４００などのサブコンポーネントを有するコンポーネントの全体熱特性を使用するだけである。他の実施の形態にしたがって、高度なスケジューラは、例えば、ローカル記憶部４０２、浮動小数点ユニット４０６および整数ユニット４０８などのサブ処理ユニットのサブコンポーネントの熱特性を管理する。下のテーブルは三次元タスクおよびＭＰＥＧ−２タスクのための与えられたサブ処理ユニットにおける、整数ユニット、浮動小数点ユニット、およびローカル記憶部のための熱特性を示す。

サブ処理ユニットの全体熱特性を見るだけの簡易なスケジューラは、それが１２の値を有することを認識し、そして、それはサブ処理ユニットの熱閾値を越えることができる。このように、簡易なスケジューラは、サブ処理ユニットによって実行するＭＰＥＧ−２タスクを選択することだけができてもよい。対照的に、高度なスケジューラは、好ましくはサブ処理ユニットのサブコンポーネントをモニタする。この場合、高度なスケジューラは、サブコンポーネントがその熱閾値を越えないことを認識することができ、そのため三次元タスクが選択されることができる。変形例において、スケジューラは、ＭＰＥＧ−２タスクが特定の段階で実行され、浮動小数点ユニットを冷やす時間を与えるように、タスクの範囲内でタスクまたは演算を再命令することができる。この適応性は、サブコンポーネント、コンポーネントおよび／または全ての多重処理システムがオーバーヒートせずに演算することを可能にする強力なツールである。

当業者にとって明らかであるように、スケジューラ５０２はハードウェア、ファームウェアまたはソフトウェアで実行されることができる。好ましくは、スケジューラ５０２はハードウェアに基礎が置かれ、処理ユニット２０４において実行される。好ましい他の変形例においては、スケジューラ５０２は、全体的な計算デバイスの演算システムの一部として、ソフトウェアに基礎がおかれる。ホットキュー５０４およびクールキュー５０６は、好ましくは、バス５０８によるプログラム実行の間、一つ以上の処理要素（処理要素１ ... 処理要素Ｎ）、処理ユニット（処理ユニット１ ... 処理ユニットＮ）および／または複数のサブ処理ユニット（サブ処理ユニット１ ... サブ処理ユニットＮ）にアクセスすることができる。一つの実施の形態にしたがって、各々の処理要素、処理ユニットおよび／またはサブ処理ユニットは、好ましくは、それらの温度をモニタする、または、選択的に、現在の温度を推定する温度センサ（温度検知手段）を含む。他の実施の形態にしたがって、各々の処理要素は、好ましくは、温度のデジタル評価を提供するための温度センサ、およびアナログ−デジタルＡ／Ｄコンバータを含む。処理要素上の各々のカーネルは、好ましくは、それ自身のデジタル化された温度をいつでも読み込むことができる。処理要素、処理ユニットおよび複数のサブ処理ユニットは、望ましくは各々が熱閾値Ｔ_ｍａｘを有し、そして、それはコンポーネントごとに異なり得る。熱センサが利用できない場合、現在の温度は、タスクおよび現在の冷却特性の熱特性によって算出されることができる。

スケジューラ５０２はまた、キューを使用することなく演算を管理することができる。演算はメモリに格納されることができる、そして、スケジューラ５０２は、熱特性によって、いくつかの演算をプロセッサに割り当てることができる。例えば、２つの演算がある場合、スケジューラは、熱特性に基づいて、２つの演算を２つの別々の処理要素３００（または他の処理デバイス）に割り当てることができる。演算は、別々のメモリ（または単一のメモリの別々の部分）に格納されることができる。第１演算は第１メモリ（または単一のメモリの第１部分）に格納されることができ、そして、第２演算は第２メモリ（または単一のメモリの第２部分）に格納されることができる。それは、２つの演算を同時に格納することは必要でない。むしろ、それらは異なる期間の間、同一のまたは異なるメモリに格納されることができる（そして、不変のまたは可変的な、連続的または不連続な期間の間に交互に生じることができる）。さらに、２つのメモリ（または単一のメモリの２つの部分）が必ずしも、特定の演算または特定の熱特性と関連した演算に限られる専用のメモリではないと理解されなければならない。このように、第１メモリ（または単一のメモリの第１部分）は第２演算を格納することができる、そして、第２メモリ（または単一のメモリの第２部分）は第１演算を格納することができる。同様に、第１および第２キュー５０４、５０６が同じように演算することができると理解されなければならない。

図６は、演算を得て処理する、好ましい処理の工程系統図６００を示す。ステップ６０２で、処理要素、処理ユニットまたはサブ処理ユニットは、その現在の温度が、熱閾値Ｔ_ｍａｘより高いかどうか決定する。Ｔ_ｍａｘを越えない場合、処理は次にステップ６０４へ進み、さもなければ、処理はステップ６０８へ進む。ステップ６０４において、演算がホットキュー５０４から利用可能かどうか決定される。演算が利用できる場合、処理はステップ６０６へ進む、さもなければ、処理はステップ６０８へ進む。ステップ６０６において、処理要素、処理ユニットまたはサブ処理ユニットは、「ホット」演算を得て、それを実行する。演算終了後、処理はステップ６０２に返る。ステップ６０８において、演算がクールキュー５０６から利用可能かどうか決定される。演算が利用できる場合、処理はステップ６１０へ進む。一方、処理はステップ６１２へ進む。ステップ６１０において、処理要素、処理ユニットまたはサブ処理ユニットは、「クール」演算を得て、それを実行する。演算終了後、処理はステップ６０２にもどる。タスクが処理に利用可能でない場合、処理は、ステップ６０２に戻る前に、アイドルするか、または一定の時間（例えば、予め定められた数のサイクル）、ステップ６１２で、「ｎｏｐ」を実行することができる。ホットおよびクールタスクが利用でき、そして、Ｔ_ｍａｘを越えない場合、図５に関して上記で論じたように、任意に、ホットおよびクールタスクのいずれかが選択されることができる。このように、工程系統図６００によって見られるように、処理デバイスは、ホットおよびクールキュー５０４、５０６からタスクを選択することによって、ホットスポットおよびオーバーヒートを避けることができる。この処理は一つ以上の処理デバイスによって並行して実行されることができ、それによって、クロックスピードを変えること、または処理デバイスをシャットダウンすることなく、命令およびタスクの実行をすることができる。

図７に示すように、優先度キューでホットおよびクールキューの使用を結合することが可能である。この図において、手順５４０をスケジューリングするマルチキューが提供される。スケジューラ５４２は、高優先度キュー５４４、中優先度キュー５４６、および低優先度キュー５４８の３つの優先度キューと関連する。但し、キューの異なる優先度レベルおよび数が採用されることができる。スケジューラ５４２は、スケジューラ５０２に関して上記の通りに演算する。優先度キュー５４４、５４６および５４８の各々は、好ましくは、図５に関する上記と同一の方法で作成され、演算するホットキューおよびクールキューを含む。例えば、高優先度キュー５４４は、タスクＨ_１Ｈ ... Ｈ_ＮＨを扱うためのホットキュー、およびタスクＣ_１Ｈ ... Ｃ_ＮＨを扱うためのクールキューを有する。同様に、中優先度キューは、タスクＨ_１Ｍ ... Ｈ_ＮＭを扱うためのホットキュー、およびタスクＣ_１Ｍ ... Ｃ_ＮＭを扱うためのクールキューを有する。低優先度キューは、タスクＨ_１Ｌ ... Ｈ_ＮＬを扱うためのホットキュー、およびタスクＣ_１Ｌ ... Ｃ_ＮＬを扱うためのクールキューを有する。

図８は、優先度キューを使用するときに、演算を得て処理する好ましい処理の工程系統図８００を示す。まず最初に、ステップ８０１で、処理要素、処理ユニットまたはサブ処理ユニットは、例えば高優先度キュー５４４、中優先度キュー５４６、低優先度キュー５４８など、どんな優先度キューを使用するべきかについて決定する。ステップ８０２で、処理要素、処理ユニットまたはサブ処理ユニットは、その現在の温度が熱閾値Ｔ_ｍａｘより上にあるかどうか決定する。Ｔ_ｍａｘを越えない場合、処理は次にステップ８０４へ進む、さもなければ、処理はステップ８０８へ進む。ステップ８０４において、演算が選択された優先度キューのホットキュー５０４から利用可能かどうか決定される。演算が利用できる場合、処理はステップ８０６へ進む、さもなければ、処理はステップ８０８へ進む。ステップ８０６において、処理要素、処理ユニットまたはサブ処理ユニットは、「ホット」演算を得て、それを実行する。演算終了後、処理はステップ８０１に返る。ステップ８０８において、演算が選択された優先度キューのクールキュー５０６から利用可能かどうか決定される。演算が利用できる場合、処理はステップ８１０へ進む、さもなければ、処理はステップ８１２へ進む。ステップ８１０において、処理要素、処理ユニットまたはサブ処理ユニットは、「クール」演算を得て、それを実行する。演算終了後、処理はステップ８０１にもどる。タスクが処理に利用可能でない場合、処理はステップ８０１に戻る前にステップ８１２でアイドルする。ホットおよびクールタスクが与えられた優先度レベルに利用でき、そして、Ｔ_ｍａｘを越えない場合、任意に、ホットおよびクールタスクのいずれかがその優先度レベルに選択されることができる。このように、工程系統図８００によって見られるように、処理コンポーネントは、さまざまな優先度キュー５４４、５４６および５４８のホットおよびクールキューからタスクを選択することによって、実行時間の間、ホットスポットおよびオーバーヒートを避けることができる。この処理は、一つ以上の処理コンポーネントによって並行して実行されることができ、それによって、クロックスピードを変えること、または処理デバイスをシャットダウンすることなく、命令およびタスクの実行をすることができる。変形例において、処理デバイスがあまりに熱くなるか、Ｔ_ｍａｘに近づくかまたは越える場合、それは、より低い優先度キュー（例えば中優先度キュー５４６または低優先度キュー５４８）から演算を選択することができ、および／または演算熱特性にかかわらず、減じられたクロックサイクルで演算を実行する。このようなより低い優先度タスクは、減じられたクロックサイクルで実行されることができる。

ある状況において、コンポーネントは、演算（例えば、タスク）を実行する前に、熱閾値Ｔ_ｍａｘの下にあってもよいが、それからタスク実行の間、Ｔ_ｍａｘを越えるかもしれない。過去においては、このような場合においては、おそらくコンポーネントをシャットダウンし、それが冷めることができることを必要とする。しかしながら、この課題に対処する技術が開発され、そして、それは特にマルチプロセッサ環境に適している。

図９Ａは、一群のタスクを走らせている多数の複数の処理要素を示す。この例においては、処理要素２がタスク１のその処理の間にオーバーヒートすると仮定する。処理要素２から他のプロセッサの一つへタスク１を移動することは可能であり、そして、それは、例えば、タスク２および３など、他のタスクを演算していることができる。他のタスクは、好ましくは、より低い優先度タスクであり、そして、処理要素２によって現在実行されているものである。

図９Ｂに示すように、他のプロセッサの、例えばタスク３などのタスクは、「交換」されることができ、例えば、適当なキューに（または異なるプロセッサに）送られることができる。このように、処理要素３がタスク１を完了する間、処理要素２はタスクを実行しない。あるいは、２つのプロセッサは、図９Ｃに示すように、処理要素２がより低い優先度タスクを実行するように、タスクを交換することができる。図９Ｃに示すように、（１） まず最初に、例えば、処理要素２および処理要素３は、例えば５００ＭＨｚの標準のクロックスピードで演算することができる。それから、（２） 高優先度タスク１を演算する間に処理要素２が熱くなる場合、そのタスクは、処理要素３の、より低い優先度タスク３と交換されることができる。最後に、（３） より低い優先度タスク３は、より遅い、または減じられたクロックスピード（例えば２５０ＭＨｚ）で実行され、処理要素２が冷えることを可能とし、一方、処理要素３は５００ＭＨｚの標準のクロックスピードで、タスク１の実行を継続する。より高い優先度タスクを実行するためにクロックスピード（例えば、６５０ＭＨｚまで）を上げることもまた可能である。標準の、増加されたおよび減じられたクロックスピードが単に典型的なものであり、プロセッサ、サブプロセッサおよび／または多重処理システムの最大クロックレートの特定の構造によって、変化することができると理解されなければならない。最悪のシナリオにおいては、オーバーヒートしているプロセッサは、温度が満足なレベルに達するまで、演算を停止させることができる。しかしながら、マルチプロセッサシステムの他のプロセッサは、リアルタイム演算、および他の重要な演算が迅速に実行されるように、処理を継続する。処理要素が図９Ａ−Ｃで示されるが、処理ユニットおよび複数のサブ処理ユニット、またはさまざまな処理デバイスの組合せで、同じ演算を実行することは可能である。例えば、オーバーヒートしているサブ処理ユニット３０８は、その高優先度タスクを処理ユニット３０４に送信することができ、そして、それは第２サブ処理ユニット３０８にそのタスクを再設定することができる。同様に、処理ユニット３０４は、第２サブ処理ユニット３０８の、より低い優先度タスクを獲得することができ、そしてそれを第１サブ処理ユニット３０８に割り当てることができる。一旦第１サブ処理ユニット３０８が冷めると、それは通常のクロックスピードで、高優先度および／または「ホット」タスクを処理することを再開することができる。

本発明が特定の実施の形態を参照してここに記載されているが、これらの実施の形態が単に本発明の原理および出願を例示するものであると理解されるべきである。したがって、多数の修正が、例示したものである実施の形態になされることができることは理解されるべきであり、そして、その他の装置は、添付の請求の範囲に記載の本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、発明されることができる。

本発明の態様による、さまざまな組合せにおいて体系化されたコンポーネントを示す。 温度に対する計算デバイスのための時間を表すグラフ図である。 温度に対する計算デバイスのための時間を表すグラフ図である。 本発明の態様による、処理要素（PE）の典型的な構造を示す図である。 本発明の態様による、複数の処理要素の多重処理システムの典型的な構造を示す図である。 本発明の態様による、サブ処理ユニットの典型的な構造を示す図である。 本発明の態様にしたがってスケジューリングするマルチキューを示す図である。 本発明の態様による、典型的な動的なスケジューリング方法を示す工程系統図である。 本発明の態様にしたがってスケジューリングするマルチキューを示す図である。 本発明の態様による典型的な動的なスケジューリング方法を示す工程系統図である。 本発明の態様による、タスク移動（マイグレーション）を示す図である。 本発明の態様による、タスク移動（マイグレーション）を示す図である。 本発明の態様による、タスク移動（マイグレーション）を示す図である。 本発明の態様による、コンポーネントおよびコンポーネントと関連する熱値を示す図である。 本発明の態様による、コンポーネントおよびコンポーネントと関連する熱値を示す図である。 本発明の態様による、コンパイラ機能を示す図である。

符号の説明

１００ 基板、 １０２ コンポーネント、 １０４ ユニット、 １０６ グループ、 ３００ 処理要素、 ３０４ 処理ユニット、 ３０８ 複数のサブ処理ユニット、 ３５０ 処理要素、 ４００ サブ処理ユニット、 ４０２ ローカル記憶部、 ４０４ レジスタ、 ５０２ スケジューラ、 ５０４ ホットキュー、 ５０６ クールキュー。

Claims (52)

1. コンポーネントによって実行される複数の演算を提供し、
   前記演算を、前記演算の実行の間前記コンポーネントによって発生すると予想される熱量に関連する値を表す熱特性と関連付け、
   熱閾値を越えないように、前記熱特性に基づく実行順序に応じて前記演算をスケジューリングすることを特徴とする演算スケジューリング方法。
2. 更に温度検知手段により前記熱特性を測定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 更に前記コンポーネントの電力消費に基づく前記熱特性を推定することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記熱特性を推定することは、前記コンポーネントの回路シミュレーションを実行することを更に含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記熱特性を推定することは、前記コンポーネントの電力密度を決定することを更に含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
6. 前記実行順序に応じて演算を実行する前記コンポーネントを更に備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の方法。
7. 前記熱特性は前記演算を実行する処理デバイスの選択された一つの集合の熱特性であって、前記コンポーネントは、複数の前記処理デバイスを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 処理デバイスの各々は個別熱閾値を有し、前記熱特性は複数の個別熱特性を含み、個別熱特性の各々は前記処理デバイスの一つと関連するものであって、前記コンポーネントは、複数の前記処理デバイスを含むことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の方法。
9. 更に前記処理デバイスの少なくともいくつかを前記演算を実行するために選択し、
   前記選択された処理デバイスをモニタし、
   前記個別熱閾値を越えないように、前記選択された処理デバイスの中に前記演算を発送することを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記熱特性は複数の処理デバイスの中に割り当てられ、前記コンポーネントは前記複数の処理デバイスを含むことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の方法。
11. 更に（ｉ） 前記コンポーネントの電力消費を決定し、
    （ｉｉ）前記コンポーネントのスペースを決定し、
    （ｉｉｉ）領域毎の電力消費を得るために、前記コンポーネントの前記スペースによって前記コンポーネントの前記電力消費を割り、
    （ｉｖ）熱評価定数を前記領域毎の電力消費に掛け、前記熱特性を決定することを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
12. 更に冷却特性を決定し、
    前記熱特性に加えて前記冷却特性を組み込む演算をスケジューリングすることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の方法。
13. 一連の演算を含むプログラムコードを獲得し、
    前記演算の一つ以上と関連した熱特性を決定し、
    コンポーネントの熱閾値を決定し、
    前記熱閾値を越えないように、前記熱特性にしたがって、前記コンポーネントによる実行のための前記演算をスケジューリングすることを特徴とする温度スケジューリング方法。
14. 前記熱特性は、前記コンポーネントが選択された演算を実行するにしたがって発生することが予想される熱量を見積もることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記熱特性は、ある期間にわたって発生する熱量を見積もることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
16. 前記熱特性は、前記コンポーネントの電力消費および前記コンポーネントの電力密度の少なくとも一つを見積もることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
17. 更に前記コンポーネントは前記演算を実行し、
    実行の間、前記コンポーネントの温度をモニタし、
    前記熱閾値を越える場合、前記演算を再スケジューリングすることを特徴とする請求項１３から１６のいずれかに記載の方法。
18. 更に前記演算の各々において実行されるタスクの数を計数することによって、前記熱特性を推定することを特徴とする請求項１３から１７のいずれかに記載の方法。
19. 前記コンポーネントは、複数の処理デバイスを含むものであって、
    更に前記処理デバイスの選択されたものによって前記演算の選択されたものの動的な実行をモニタし、
    前記選択された処理デバイスの演算周波数を決定し、
    コンパイラに前記選択された処理デバイスの前記演算周波数を伝えることを特徴とする請求項１３から１８のいずれかに記載の方法。
20. 更に前記コンポーネントを含む計算デバイスの冷却特性を決定し、
    前記演算のスケジューリングは、前記冷却特性および前記熱特性にしたがって実行されることを特徴とする請求項１３から１９のいずれかに記載の方法。
21. 前記冷却特性は、前記計算デバイスのパッケージのタイプに基づくことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
22. 前記冷却特性は、さらに前記計算デバイスの冷却手段に基づくことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
23. 前記冷却手段が単一の状態を有する場合、前記冷却特性は固定され、
    前記冷却手段が複数の状態を有する場合、前記冷却特性は動的であることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
24. コンポーネントを含む計算デバイスと、
    前記コンポーネントによって実行される複数の演算と、
    前記演算の選択された一つの実行の後の前記コンポーネントの温度の変化を表す熱特性である、前記コンポーネントおよび前記演算の選択された一つに関連する前記熱特性の少なくとも一つと、を備えることを特徴とする演算処理システム。
25. 前記熱特性によって前記演算のうちの少なくとも一つを前記コンポーネントに割り当てるように操作可能なスケジューラを更に備えることを特徴とする請求項２４に記載の演算処理システム。
26. 前記スケジューラは、前記熱特性によって格納場所から前記演算のうち選ばれた一つを取り出すように操作可能であることを特徴とする請求項２５に記載の演算処理システム。
27. 前記熱特性は前記コンポーネントと関連し複数のサブコンポーネントと関連しない全体熱特性であって、前記コンポーネントは、前記複数のサブコンポーネントを含むことを特徴とする請求項２５に記載の演算処理システム。
28. 前記熱特性はさらに少なくともいくつかのサブコンポーネントに関連するものであって、前記コンポーネントは、複数の前記サブコンポーネントを含むことを特徴とする請求項２５に記載の演算処理システム。
29. 前記コンポーネントは処理デバイスであり、そして、スケジューラは前記処理デバイスと統合されることを特徴とする請求項２５に記載の演算処理システム。
30. 前記熱特性はタスク熱特性であって、前記選択された演算は、前記タスクを有することを特徴とする請求項２４から２９のいずれかに記載の演算処理システム。
31. 前記タスク熱特性は、前記コンポーネントの演算周波数、前記コンポーネントの熱特性および冷却特性のうちの少なくとも一つに基づくことを特徴とする請求項３０に記載の演算処理システム。
32. 前記演算の少なくともいくつかは、優先度を含むものであって、
    複数の優先度キューを更に備え、
    各々の優先度キューは、前記演算の第１セットを格納する第１キューと、前記演算の第２セットを格納する第２キューである、第１キューおよび第２キューを含むことを特徴とする請求項２４から３１のいずれかに記載の演算処理システム。
33. 前記演算の優先度と前記熱特性に基づいて選択された優先度キューの一つにおいて、前記第１または前記第２キューいずれかに少なくともいくつかの前記演算を割り当てるように操作可能なスケジューラを更に備えることを特徴とする請求項３２に記載の演算処理システム。
34. 前記スケジューラは、更に、前記熱特性および前記選択された演算の優先度により選択された優先度キューの第１キューまたは第２キューから前記演算の選択された一つを取り出すように操作可能であることを特徴とする請求項３３に記載の演算処理システム。
35. 演算上の閾値を越える第１熱特性を有する第１演算と、
    前記演算上の閾値を越えない第２熱特性を有する第２演算と、
    前記熱特性に基づいて前記第１および前記第２演算を備える複数の演算を管理するスケジューラと、
    複数のプロセッサの各々が熱閾値を有し、前記複数の演算を実行する複数のプロセッサと、を含むことを特徴とする演算処理システム。
36. 前記複数のプロセッサのうち選択された一つの前記熱閾値を越えない場合、前記選択されたプロセッサは、前記第１演算および前記第２演算の少なくとも一つを獲得し実行するように操作可能であることを特徴とする請求項３５に記載の演算処理システム。
37. 前記選択されたプロセッサの前記熱閾値を越えない場合、前記選択されたプロセッサは前記第１演算を獲得することを特徴とする請求項３６に記載の演算処理システム。
38. 前記複数のプロセッサのうち選択された一つの前記熱閾値を越える場合、前記選択されたプロセッサは前記第２演算を獲得し実行するように操作可能であることを特徴とする請求項３５から３７のいずれかに記載の演算処理システム。
39. 前記プロセッサは、前記プロセッサの温度をモニタするかまたは推定する温度検知手段を含むことを特徴とする請求項３５から３８のいずれかに記載の演算処理システム。
40. 各々のプロセッサは、前記温度検知手段から温度値を受け取って、デジタル温度値を提供するように操作可能であるアナログディジタル変換器を更を含むことを特徴とする請求項３９の演算処理システム。
41. 前記プロセッサの選択された一つは、複数のサブプロセッサを含むことを特徴とする請求項３５から４０のいずれかに記載の演算処理システム。
42. 前記プロセッサは、前記プロセッサと関連し前記サブプロセッサと関連しない全体熱特性を有することを特徴とする請求項４１に記載の演算処理システム。
43. 各々のサブプロセッサは、他のサブプロセッサのコンポーネント熱特性とは別のコンポーネント熱特性を有することを特徴とする請求項４１に記載の演算処理システム。
44. 第１演算の熱特性に基づいて第１演算を格納し、
    第２演算の熱特性に基づいて第２演算を格納し、
    プロセッサの熱閾値によって、前記第１および前記第２の演算の少なくとも一つを取り出すことを特徴とする演算実行方法。
45. 前記プロセッサの熱閾値を越えない場合、前記第１演算および前記第２演算のうちの少なくとも一つが取り出されることを特徴とする請求項４４に記載の方法。
46. 前記第１演算だけが取り出されることを特徴とする請求項４５に記載の方法。
47. 前記プロセッサの熱閾値を越える場合、前記第２演算が取り出されることを特徴とする請求項４４から４６のいずれかに記載の方法。
48. 更に前記第１演算の優先度を決定し、
    前記第２演算の優先度を決定し、
    各々の優先度キューは第１キューおよび第２キューを含む、複数の優先度キューを提供し、
    前記第１演算は前記第１演算の優先度に基づいて前記第１キューの一つに格納され、前記第１演算は、前記第２演算の優先度に基づいて前記第２キューの一つに格納されることを特徴とする請求項４４に記載の方法。
49. 更にコンポーネント熱特性を前記プロセッサと関連付け、
    少なくとも一つの演算を取り出すことは、前記コンポーネント熱特性の現在の状態を評価すること、および、前記コンポーネント熱特性に基づいて前記少なくとも一つの演算を選択することを更に含むことを特徴とする請求項４４に記載の方法
50. プロセッサの温度が熱閾値を越えるかを決定し、
    （ｉ）前記熱閾値を越えない場合、実行中の前記プロセッサの温度を維持または増加させそうな第１演算であって、前記第１演算が利用可能かを決定し、前記第１演算が利用できる場合、前記第１演算を実行し、
    （ｉｉ）前記熱閾値を越える場合、実行中の前記プロセッサの温度を減少させそうな第２演算であって、前記第２演算が利用可能かを決定し、前記第２演算が利用できる場合、前記第２演算を実行することを特徴とする演算実行方法。
51. 更に前記第２演算が利用できない場合、演算を実行しないことを特徴とする請求項５０に記載の方法。
52. 更に優先度レベルを決定し、
    前記優先度レベルの前記優先度キューから前記第１演算が利用可能かどうかを決定し、
    前記第１演算が前記優先度キューから利用できない場合、前記第２演算が前記優先度キューから利用可能かどうかについて決定することを特徴とする請求項５０に記載の方法。

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