JP2009151768A - キャッシュ・パフォーマンスに基づいたコンピュータ・システムに関する先制的な熱管理システム - Google Patents

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Abstract

【課題】キャッシュ・パフォーマンスに基づいたコンピュータ・システムに関し、先制して熱管理を行う。
【解決手段】プロセッサに接続されたキャッシュ付きコンピュータ・メモリと、そのプロセッサに接続されたプロセッサ・キャッシュとを有する。プロセッサによって、キャッシュ付きコンピュータ・メモリのメモリ内容のうち、プロセッサ・キャッシュに関するキャッシュ・ミスを生じる部分をプロセッサ・キャッシュから検索しようとするステップと、プロセッサによって、プロセッサ・キャッシュに関するキャッシュ・ミスを記述したそのプロセッサ・キャッシュに関するキャッシュ・ミス統計を追跡するステップと、プロセッサに接続され且つコンピュータ・システムに関する温度を管理し得るそのコンピュータ・システムのための熱管理装置をキャッシュ・ミス統計に従って管理処理するステップと、を含む。
【選択図】図2

Description

本発明はデータ処理に関し、詳しく言えば、キャッシュ・パフォーマンスに基づいたコンピュータ・システムに関する先制的な熱管理を行う方法、装置およびコンピュータ・プログラムに関するものである。
1948年のEDVACコンピュータ・システムの開発は、コンピュータ時代の始まりと呼ばれることが多い。その時以来、コンピュータ・システムは極めて複雑な装置へと発展した。今日のコンピュータは、EDVACのような初期のシステムより遥かに複雑化されている。コンピュータ・システムは、一般に、ハードウェアおよびソフトウェアのコンポーネント、アプリケーション・プログラム、オペレーティング・システム、プロセッサ、バス、メモリ、入出力装置などのコンビネーションを含む。半導体処理およびコンピュータ・アーキテクチャ中の進歩は、コンピュータの性能を益々高く押し上げ、更に精巧なコンピュータ・ソフトウェアがハードウェアのより高いパフォーマンスを利用するように発展し、その結果、わずか数年前のものよりも遥かに強力な今日のコンピュータ・システムをもたらした。
強力なコンピューティング・リソースを普及させるために、コンピュータ設計者は強力なコンピュータ・プロセッサおよび高速メモリ・モジュールを設計しなければならない。現在の高速メモリ・モジュールは、例えば、10億サイクル/秒以上で十分に作動することが可能である。これらのコンピュータ・プロセッサおよびメモリ・モジュールを操作するには大量の電力を必要とし、それは益々やりがいのある熱管理の考察事項を生み出している。現在の冷却方法は、排気流の温度を検知する装置或いはセンサにおける温度センサを監視する。現在の解決策は、これらの温度が或る閾値を越えた後、温度全体を下げるように冷却量を増加させるための外部プロセスあるいはメカニズムを起動する。しかし、これらの解決策の欠点は、温度の上昇が実際に生じた後に、そのような解決方法が温度上昇に応答するということである。多くの場合、冷却システムの応答と温度におけるその応答の影響との間の遅れ時間は、温度が閾値を超過したり、警告メッセージが発生されたり、極端な場合、熱のシャット・ダウン或いは障害を生じるという結果をもたらす。
本発明の目的は、キャッシュ・パフォーマンスに基づいたコンピュータ・システムに関する先制的な熱管理を行う方法、装置およびコンピュータ・プログラムを提供することにある。
コンピュータ・システムは、プロセッサと、そのプロセッサに接続されたキャッシュ付きコンピュータ・メモリと、そのプロセッサに接続されたプロセッサ・キャッシュとを有する。プロセッサ・キャッシュは、キャッシュ付きコンピュータ・メモリのメモリ内容のサブセットを格納し得る。本発明の方法は、プロセッサによって、キャッシュ付きコンピュータ・メモリのメモリ内容のうち、プロセッサ・キャッシュに関するキャッシュ・ミスを生じる部分をプロセッサ・キャッシュから検索するステップと、プロセッサによって、プロセッサ・キャッシュに関するキャッシュ・ミスを記述したそのプロセッサ・キャッシュに関するキャッシュ・ミス統計を追跡するステップと、プロセッサに接続され且つコンピュータ・システムに関する温度を管理し得るそのコンピュータ・システムのための熱管理装置をキャッシュ・ミス統計に従って管理処理するステップとを含む。
本発明の上記目的および他の目的、特徴および利点は、添付図面に示されるような本発明の実施例に関する下記の詳細な説明から明らかであろう。なお、その図面では、一般に、同じ参照番号は本発明の実施例の同じ部分を表す。
図1で始まる添付図面を参照して、本発明によるキャッシュ性能に基づいたコンピュータ・システムのためのプリエンティブな即ち先制的な熱管理に関する例示的方法、装置、およびコンピュータ・プログラムを説明する。図1は、本発明の実施例に従ってキャッシュ・パフォーマンスに基づいたコンピュータ・システムに関する先制的な熱管理に有用な例示的コンピュータ・システム(152)を含む自動コンピューティング機械のブロック図を示す。図1のコンピュータ・システム(152)は、少なくとも1のコンピュータ・プロセッサ(156)およびキャッシュ付きコンピュータ・メモリ(168)を含む。そのコンピュータ・メモリは、メモリ・バス(166)を介してプロセッサ(156)およびコンピュータ(152)の他のコンポーネントに接続されたメイン・メモリ(168)として実装される。メイン・メモリ(168)は、4つのメモリ・モジュール(262、264、266、268)においてランダム・アクセス・メモリ(RAM)として実装される。メモリ・モジュールは、プリント回路板上に搭載されたRAM集積回路のグループである。メモリ・モジュールは、シングル・インライン・メモリ・モジュール(SIMM)、デュアル・インライン・メモリ・モジュール(DIMM)として、および当業者が想起し得る他の形式で実装されてもよい。
図1のコンピュータ・システム(152)は、更に、プロセッサ(156)に接続されたプロセッサ・キャッシュ(276)も含む。プロセッサ・キャッシュ(276)は、メイン・メモリ(168)自体からメモリ内容をアクセスするとき、プロセッサ(156)により通常得られるアクセスよりも速いアクセスを得るためにメイン・メモリ(168)のメモリ内容(155)のサブセットを格納することができる。図1のメモリ内容(155)は、物理的メイン・メモリ(168)のフレームとして格納および編成される。図1のプロセッサ・キャッシュ(276)は、各キャッシュ・エントリがフレーム番号フィールド(112)、データ・フィールド(130)、およびダーティ・ビット・フィールド(132)を含むテーブルとして編成される。フレーム番号フィールド(112)は、プロセッサ・キャッシュ(276)内にキャッシュされているメイン・メモリ(168)内の特定のフレームを指定する。データ・フィールド(130)は、フレーム番号フィールド(112)によって指定されたフレームのメモリ内容を格納する。ダーティ・ビット・フィールド(132)は、フレームがプロセッサ・キャッシュ(276)にロードされた後にデータ・フィールド(130)に格納されたメモリ内容が修正されたかどうかを表す。
上述のように、図1の例示のコンピュータ・システム(152)は、本発明の実施例による、キャッシュ・パフォーマンスに基づいた先制的な熱管理のために機能する。例示のコンピュータ・システム(152)は、一般に、本発明の実施例によると、プロセッサ(156)によって、キャッシュ付きのコンピュータ・メモリ(168)のメモリ内容(155)のうち、プロセッサ・キャッシュ(276)に関してキャッシュ・ミスが生じる部分をプロセッサ・キャッシュ(276)から検索しようとすること、プロセッサ(156)によって、プロセッサ・キャッシュ(276)に関するキャッシュ・ミスを記述したそのプロセッサ・キャッシュに関するキャッシュ・ミス統計(104)を追跡すること、および、プロセッサ(156)に接続され且つコンピュータ・システム(152)に関する温度を管理し得るそのコンピュータ・システム(152)のための熱管理装置(110)を、キャッシュ・ミス統計に従って管理処理することによって、キャッシュ・パフォーマンスに基づいた先制的な熱管理のために機能する。
キャッシュ・ミスは、プロセッサ(156)がキャッシュ付きコンピュータ・メモリ(168)のメモリ内容(155)の一部分をプロセッサ・キャッシュ(276)から検索しようとし、その特定の内容がキャッシュ(276)に格納されてないときに生じる。従って、プロセッサは、プロセッサ・キャッシュ(276)からではなく、キャッシュ付きコンピュータ・メモリ(168)自体から、メモリ内容(155)のうちのその部分を検索しなければならない。一般に、多数のキャッシュ・ミスがコンピュータ・システム(152)のための熱エネルギ全体を増加させるので、本発明の実施例によるキャッシュ・パフォーマンスに基づいた先制的な熱管理は、著しい温度上昇が実際に生じる前に、コンピュータ・システム(152)がそのコンピュータ・システムを先制的なに冷却することを可能にする。
図1の例示のコンピュータ・システム(152)は、更に、熱管理システム(106)も含む。図1の熱管理システム(106)は、例えば、マイクロコントローラ並びに、不揮発性メモリのような種々のハードウェアおよびソフトウェア・コンポーネントを含み、コンピュータ・システム(152)の熱環境を管理するために熱管理装置およびセンサを管理処理することができる。熱管理システム(106)は、本発明の実施例によると、キャッシュ・パフォーマンスに基づいてコンピュータ・システムに関する先制的な熱管理用の一組のコンピュータ・プログラム命令であるコントロール・モジュール(108)をインストールしている。コントロール・モジュール(108)は、一般に、プロセッサ(156)から受け取った熱制御信号に従って熱管理装置(110)を制御することにより、本発明の実施例によるキャッシュ・パフォーマンスに基づいたコンピュータ・システムに関する先制的な熱管理のために機能し得る。他の実施例では、コントロール・モジュール(108)は、プロセッサ・キャッシュ(276)に関するキャッシュ・ミス統計(104)をプロセッサ(156)からポーリングすることおよび熱管理装置(110)をキャッシュ・ミス統計(104)に従って制御することによって、本発明の実施例によるキャッシュ・パフォーマンスに基づいてコンピュータ・システムに関する先制的な熱管理のために機能し得る。
図1の熱管理装置(110)は、メモリ・モジュール(262、264、266、268)全体に冷気を当てる冷却ファンとして実現される。しかし、そのような限定は単に説明のためであって、限定のためではないことに留意されたい。他の実施例において、熱管理装置(110)を、液体金属の冷却装置、水冷システム、相転移冷却装置、或いは当業者が想起し得る他の任意の熱管理装置として具現化することも可能である。
図1の熱管理装置(110)を管理処理することに加えて、コントロール・モジュール(108)は、一般に、その熱管理装置(110)が管理処理された後、コンピュータ・システム(152)関する温度を記述したそのコンピュータ・システム(152)に関する温度統計(107)を追跡すること、および熱管理装置(110)のそれ以後のすべての管理処理を温度統計(107)に従って変更することによって、本発明の実施例によるキャッシュ・パフォーマンスに基づいたコンピュータ・システムに関する先制的な熱管理のために機能し得る。コントロール・モジュール(108)は温度センサ(111)から温度統計(107)を受け取ることが可能である。温度統計(107)を使用して、コントロール・モジュール(107)は、コンピュータ・システムの温度を管理する際に熱管理装置(110)の前の管理処理の有効性を決定し得る。図1の例では、温度センサ(111)は、1つまたはそれ以上のサーミスタ、赤外線温度計、または半導体温度計を使用して具現化することが可能であるが、そのような具現化方法は単に説明のためのものであって、限定のためのものではない。
図1の熱管理システム(106)は、アウト・オブ・バンド・ネットワーク(OOBN)(174)を介してプロセッサ(156)、温度センサ(111)、および熱管理装置(110)に接続される。図1のOOBN(174)は、I2Cバスとして、例えば、低速の周辺装置をマザーボードまたは組み込みシステムに接続するために使用される、フィリップ社により開発されたマルチマスタ・シリアル・コンピュータ・バスとして具現化することが可能である。I2Cバスは、抵抗によってプル・アップされた2つの双方向オープン・ドレーン・ライン、シリアル・データ(SDA)およびシリアル・クロック(SCL)のみを使用する、簡単な低帯域幅短距離プロトコルである。しかし、そのような実施態様は説明のためのものであって、限定のためのものではないことに留意されたい。I2Cプロトコル に加えて、OOBN(174)は、例えば、インテリジェント・プラットフォーム・マネージメント・インターフェース(IPMI)仕様、システム・マネージメント・バス(SMBus)仕様、ジョイント・テスト・アクション・グループ(JTAG)仕様などにおいて説明される技術を含む、当業者が想起し得る他の技術を使用して具現化することが可能である。熱管理システム(106)は、コンピュータ・システムの独立型コンポーネントとして示されているが、熱管理システム(106)は、例えば、ベースボード管理コントローラ(BMC)のようなコンピュータ・システム(152)に他の機能を供給する他のコンポーネントに統合することも可能であるということに留意されたい。BMCは、システム管理ソフトウェアとプラットフォーム・ハードウェアとの間のインターフェースを管理するためにコンピュータのマザーボード上に組み込み可能な特殊のマイクロコントローラである。
図1の例示のコンピュータ・システム(152)では、メモリ内容(155)がアプリケーション(153)およびオペレーティング・システム(154)を含む。図1のアプリケーション(153)は、オペレーティング・システム(154)によってサポートされたユーザ・レベルのデータ処理のためのコンピュータ・プログラム命令のセットである。本発明の実施例によるキャッシュ・パフォーマンスに基づいたコンピュータ・システムに関する先制的な熱管理のために改良することが可能なオペレーティング・システムは、UNIX(商標)、Linux(商標)、Microsoft XP(商標)、IBM社のAIX(商標)、IBM社のi5/OS(商標)、および当業者が想起し得るその他のものを含む。図1の例におけるオペレーティング・システム(154)は、メイン・メモリ(168)において示されているが、そのようなソフトウェアの多くのコンポーネントは、一般に、例えば、ディスク・ドライブのような不揮発性のメモリに格納される。
図1のオペレーティング・システム(154)は、熱管理モジュール(102)、ページ・テーブル(258)、およびフレーム・テーブル(272)を含む。図1の熱管理モジュール(102)は、一般に、本発明の実施例によるキャッシュ・パフォーマンスに基づいた、コンピュータ・システムに関する先制的な熱管理のために機能する一組のコンピュータ・プログラム命令である。熱管理モジュール(102)は、一般に、キャッシュ付きコンピュータ・メモリ(168)のメモリ内容(155)の一部分をプロセッサ・キャッシュ(276)から検索することを試み、その結果、プロセッサ・キャッシュ(276)がキャッシュ・ミスを生じること、プロセッサ・キャッシュ(276)に関するキャッシュ・ミスを記述したプロセッサ・キャッシュ(276)に関するキャッシュ・ミス統計(104)をコンピュータ・システム(152)において追跡すること、および、コンピュータ・システム(152)のための熱管理装置(110)をキャッシュ・ミス統計に従って管理処理することによって、本発明の実施例によるキャッシュ・パフォーマンスに基づいたコンピュータ・システムに関する先制的な熱管理のために機能する。図1の熱管理モジュール(102)は、キャッシュ・ミス統計(104)および熱制御テーブルに従って熱制御信号を決定することおよび熱制御信号を熱管理システムに伝送することにより、キャッシュ・ミスに従ってコンピュータ・システム(152)のための熱管理装置(110)を管理処理する。
図1のページ・テーブル(258)は、メイン・メモリにおける仮想メモリ・アドレスと物理メモリ・アドレスとの間のマッピングを格納するために、オペレーティング・システム(154)における仮想メモリ・システムによって使用される。図1の例における仮想アドレスと物理アドレスとの間のマッピングは、それぞれ仮想アドレス・ページ番号(114)および物理アドレス・フレーム番号(112)によって表わされる。図1の例示のコンピュータ・システム(152)におけるページ・テーブル(258)は、例えば、メモリ・ページがその時点でRAM、即ち、メイン・メモリ(168)にあるかどうかのようなメモリ・ページに関する追加情報も含む。そのページがその時点でRAMにあるかどうかは、この例では、ページ・テーブル内の各エントリにおける存在ビット(116)によって表わされる。図1における例示のページ・テーブルは、ページがRAM(168)にロードされた後、そのページが修正されたかどうかの表示もダーティ・ビット(118)の形で含む。修正されたメモリ・ページはいずれの変更も保存するためにディスク(170)に書き戻される。図1の例示のページ・テーブル(258)は説明のためのものであって、限定のためものではないということに留意されたい。当業者が想起し得る他のフォーマットを有する他のページ・テーブルも、本発明の実施例によるキャッシュ・パフォーマンスに基づいたコンピュータ・システムに関する先制的な熱管理において有用であろう。
図1のフレーム・テーブル(272)もオペレーティング・システム(154)における仮想メモリ・システムによって使用される。フレーム・テーブル(272)は、割り振りビット(120)を使用して、物理メモリのどのフレームが仮想メモリのページに自由にマップされるかを記録する。物理メモリのフレームは、そのフレームが仮想メモリのページにマップされているときに割り振られ、そのフレームが仮想メモリのページにマップされてないときには割り振り解除される。或るオペレーティング・システムでは、フレーム・テーブル(272)は、例えば、統計情報または他の背景情報のような追加情報も保持し得る。そのような統計情報は、例えば、フレームがアクセスされる回数、いつそのフレームが最後にアクセスされたかに関する表示等として具現化することが可能である。フレーム番号(112)に関連した統計1(122)、統計2(124)、および、統計3(126)として統計情報をフレーム・テーブル(272)に格納することも可能である。図1の例示のフレーム・テーブル(272)は説明のためのものであって、限定のためのものではないということを留意されたい。当業者が想起し得るような他のフォーマットを有する他のフレーム・テーブルも、本発明の実施例によるキャッシュ・パフォーマンスに基づいたコンピュータ・システムに関する先制的な熱管理に有用となり得る。
仮想アドレス・スペースを使用してメモリをアクセスするとき、図1のプロセッサ(156)は、バス・アダプタ(158)内に構成されたメモリ管理ユニット(MMU)(260)および翻訳ルック・アサイド・バッファ(TLB)(274)を利用する。図1のTLB(274)は、ページ・テーブル(258)からエントリを直接アクセスするときに得られる通常のアクセスよりも速いアクセスを得るために、ページ・テーブル(258)におけるエントリのサブセット、例えば、一般には仮想メモリ・サブシステムによってページ・テーブル(258)内の最近アクセスされたエントリ、を格納するテーブルである。
図1のMMU(260)は、プロセッサ(156)によるコンピュータ・システムのメイン・メモリ(168)へのアクセス要求を処理する責任を負うコンピュータ・コンポーネントである。MMU(260)は、物理アドレスへの仮想アドレスの変換、メモリ保護、キャッシュ制御、バス・アービトレーション等を行う。MMU(260)は、仮想メモリ・アドレスの最上位ビットを使用して仮想メモリ・ページ番号を識別すること、およびTLB(274)内のページ番号に対応するフレーム番号をルックアップすることによってこの変換プロセスを行なう。仮想メモリ・アドレスの最下位ビットはオフセットを形成する。オフセットは、ページ番号の対応するフレーム番号に付加されたときに物理メモリ・アドレスを形成する。MMU(260)がTLB(274)においてそのページ番号を見つけない場合、MMU(260)は、ページ・テーブル(258)におけるページ番号に対応するフレーム番号をルックアップする。MMU(260)は、それがMMUフレーム番号を識別した後、そのフレーム番号によって指定されたフレームの内容がプロセッサ・キャッシュ(276)において見つかったかどうかを決定する。そのフレーム番号によって指定されたフレームの内容がプロセッサ・キャッシュ(276)において見つかる場合、MMU(260)はキャッシュ(276)からプロセッサ(156)にそのフレーム内容を供給する。フレーム番号によって指定されたフレームの内容がキャッシュ(276)において見つからないとき、キャッシュ・ミスが生じる。キャッシュ・ミスが生じるとき、MMU(260)はメイン・メモリ(168)からのプロセッサ(156)にフレーム内容を供給するか、或いはディスク(170)からフレーム内容を検索するオペレーティング・システムを持つためにページ・フォルト割り込みをトリガする。
図1のコンピュータ・システム(152)は、拡張バス(160)およびバス・アダプタ(158)を介してプロセッサ(156)およびコンピュータ・システム(152)の他のコンポーネントに接続されたディスク・ドライブ・アダプタ(172)を含む。ディスク・ドライブ・アダプタ(172)はディスク・ドライブ(170)の形式の不揮発性データ記憶装置をコンピュータ(152)に接続する。本発明の実施例によるキャッシュ・パフォーマンスに基づいたコンピュータ・システムに関する先制的な熱管理のためのコンピュータに有用なディスク・ドライブ・アダプタは、当業者が想起し得るように、統合ドライブ・エレクトロニクス(IDE)アダプタ、小型コンピュータ・システム・インターフェース(SCSI)アダプタ、およびその他を含む。不揮発性コンピュータ・メモリは、当業者が想起し得るように、光ディスク・ドライブ、電気的消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ(所謂、EEPROM、またはフラッシュ・メモリ)、RAMドライブ等として具現化することが可能である。
図1の例示のコンピュータ(152)は1つまたはそれ以上の入力/出力(I/O)アダプタ(178)を含む。I/Oアダプタは、例えば、キーボードおよびマウスのようなユーザ入力装置(181)からのユーザ入力並びにコンピュータ・ディスプレイ・スクリーンのようなディスプレイ装置への出力を制御するためのソフトウェア・ドライバおよびコンピュータ・ハードウェアを介してユーザ指向の入力/出力を実行する。図1の例示のコンピュータ(152)はビデオ・アダプタ(209)を含み、それは、ディスプレイ・スクリーンまたはコンピュータ・モニタのようなディスプレイ装置(180)へのグラフィック出力のために特別に設計されたI/Oアダプタの一例である。ビデオ・アダプタ(209)は、高速ビデオ・バス(164)、バス・アダプタ(158)、および高速バスでもあるフロント・サイド・バス(162)を介してプロセッサ(156)に接続される。
図1の例示のコンピュータ(152)は、他のコンピュータ(182)とのデータ通信およびデータ通信ネットワーク(100)とのデータ通信のための通信アダプタ(167)を含む。そのようなデータ通信は、RS−232接続とか、ユニバーサル・シリアル・バス(USB)のような外部バスとか、IPデータ通信ネットワークのようなデータ通信ネットワークを介して、および当業者が想起し得る他の方法で順次実行することが可能である。通信アダプタは、1つのコンピュータが別のコンピュータに直接にまたはデータ通信ネットワークを介して送るハードウェア・レベルのデータ通信を具現化する。本発明の実施例によるキャッシュ・パフォーマンスに基づいたコンピュータ・システムに関する先制的な熱管理にとって有用な通信アダプタの例は、有線ダイアルアップ通信のためのモデム、有線データ通信ネットワーク通信のためのイーサネット(IEEE802.3)アダプタ、および、無線データ通信ネットワーク通信のための802.11アダプタを含む。
図1に示された例示のコンピュータ(152)を形成する配列コンポーネントは説明のためのものであって、限定のためのものではない。本発明の種々の実施例による有用なコンピュータは、図1に示されてないが当業者が想起し得る更なるのコンポーネント、データ通信バス、或いは他のコンピュータ・アーキテクチャを含み得る。そのように、本発明の種々の実施例は、図1に示されたもののほかに種々のハードウェア・プラットフォーム上で具現化され得る。
上記のように、図1に関連して説明したキャッシュ付きコンピュータ・メモリは、プロセッサの外にあり且つメモリ・モジュール(262、264、266、268)上に構成されたRAMであるメイン・メモリ(168)として実装される。そのように、プロセッサ・キャッシュ(276)は、メイン・メモリからのメモリ内容をキャッシュする。しかし、キャッシュ付きコンピュータ・メモリをメイン・メモリとして実装することは、単に説明のためであって、限定のためではないということに留意されたい。プロセッサのための複数のキャッシュを有する他の実施例では、キャッシュ付きコンピュータ・メモリは、低レベル・キャッシュによってキャッシュされる高レベル・キャッシュとして具現化することも可能である。例えば、プロセッサがメモリ内容を検索しようとしているキャッシュ付きコンピュータ・メモリは、レベル2キャッシュによってキャッシュされるレベル3のキャッシュであってもよい。レベル2キャッシュからレベル3キャッシュのメモリ内容を検索しようとすることはキャッシュ・ミスを生じることが多く、そのキャッシュ・ミスは、本発明の実施例による先制的な熱管理を行うよう熱管理装置を管理処理するために追跡および使用され得る。
更なる説明のために、図2は、本発明の実施例によるキャッシュ・パフォーマンスに基づいたコンピュータ・システムに関する先制的な熱管理のための例示の方法を表すフローチャートを示す。図2を参照して説明されるコンピュータ・システムは、プロセッサ、そのプロセッサに接続されたキャッシュ付きコンピュータ・メモリ、およびそのプロセッサに接続されたプロセッサ・キャッシュを有する。プロセッサ・キャッシュは、キャッシュ付きコンピュータ・メモリのメモリ内容のサブセットを格納することができる。
図2の方法は、プロセッサによって、キャッシュ付きコンピュータ・メモリのメモリ内容のうち、プロセッサ・キャッシュに関するキャッシュ・ミス(302)が生じる部分をプロセッサ・キャッシュから検索しようとするステップ(300)を含む。プロセッサは、仮想メモリ・スペースにおける特定のページのメモリ内容を検索するようにMMUに命令することにより、図2の方法に従って、キャッシュ付きコンピュータ・メモリのメモリ内容の一部分をプロセッサ・キャッシュから検索しようとすることも可能である(300)。MMUは、仮想メモリ・ページ番号をキャッシュ付きコンピュータ・メモリの物理的フレーム番号に変換し、プロセッサ・キャッシュからそのフレーム番号に対するメモリ内容を検索しようとする。そのフレーム番号によって指定されたメモリ内容がプロセッサ・キャッシュにおいて見つからないとき、キャッシュ・ミス(302)が生じる。
図2の方法は、プロセッサによって、コンピュータ・システムにおけるプロセッサ・キャッシュに関するキャッシュ・ミス統計(104)を追跡すること(304)も含む。図2のキャッシュ・ミス統計(104)は、プロセッサ・キャッシュに関するキャッシュ・ミス(302)を記述する。プロセッサは、例えば、1秒、10秒、或いは当業者が想起し得る他の任意の所定期間のような所定期間に生じるキャッシュ・ミス(302)の数をカウントすることによって、図2の方法によるコンピュータ・システムにおけるプロセッサ・キャッシュに関するキャッシュ・ミス統計(104)を追跡し得る(304)。プロセッサは、図2の方法に従って、キャッシュ・ミスにおいて生じるプロセッサ・キャッシュからのメモリ・アクセスの試みのパーセンテージをモニタすることにより、コンピュータ・システムにおけるプロセッサ・キャッシュに関するキャッシュ・ミス統計(104)を追跡し得る。
図2の方法は、キャッシュ・ミス統計(104)に従ってコンピュータ・システムのための熱管理装置を管理処理する(306)。熱管理装置はプロセッサに接続され、コンピュータ・システムに関して温度を管理することができる。熱管理装置は、コンピュータ・システムのコンポーネント全体に外気を供給する冷却ファン、液体金属冷却システム、水冷システム、相変化冷却システム、或いは当業者が想起し得る他の任意の熱管理装置として具現化することも可能である。多くの実施例では、熱管理装置は熱管理システムによって制御される。熱管理システムは、熱管理装置を、その装置自体から或いはコンピュータ・システムにおける他のコンポーネントから検索された情報に基づいて制御し得る。
図2の方法によるキャッシュ・ミス統計(104)に従ってコンピュータ・システムのための熱管理装置を管理処理するステップ(306)は、プロセッサによって、キャッシュ・ミス統計(104)および熱制御テーブル(310)に従って熱制御信号(318)を決定するステップ(308)、および、熱制御信号(318)を熱管理システムにプロセッサにより送信するステップ(316)を含む。熱制御信号(318)は、デューティ・サイクル信号、制御コード、パケット化された命令、直流電圧レベル、或いは当業者が想起し得る任意の他の信号として具現化することが可能である。図2の熱制御テーブル(310)は、熱制御信号をキャッシュ・ミス統計の範囲に関連付けるデータ構造である。図2の熱制御テーブル(310)における各エントリは、統計範囲フィールド(312)および信号識別子フィールド(314)を含む。図2の信号識別子フィールド(314)は、熱管理システムに命令するために使用される特定の熱制御信号を、例えば、冷却を強めるかまたは冷却を弱めるような特定の態様で熱管理装置を管理処理するように指定するする。図2の統計範囲フィールド(312)は、関連する熱制御信号に対応するキャッシュ・ミス統計の特定の範囲を指定する。熱制御テーブルに含まれる情報は、一般的にはコンピュータ・システムの不揮発性コンピュータ・メモリに格納され、まずコンピュータ・システムの設計者、技術者、または製造者によって生成される。プロセッサは、図2の方法により、キャッシュ・ミス統計(104)に適合する熱制御テーブル(310)からの統計範囲を識別することおよびその識別された統計範囲に関連する熱制御信号(318)を識別することによって、熱制御信号(318)を決定することが可能である。
更なる説明のために、次のような例示の熱制御テーブル(表1)を考察する。
Figure 2009151768
上記例示の熱制御テーブルにおいて、第1レコードは、毎秒0〜99個のキャッシュ・ミスが生じるということをキャッシュ・ミス統計が表すとき、低レベルの冷却を行うように熱管理装置に命令する熱制御信号に対する識別子に関連する。第2レコードは、毎秒100〜999個のキャッシュ・ミスが生じるということをキャッシュ・ミス統計が表すとき、中間レベルの冷却を行うように熱管理装置に命令する熱制御信号に対する識別子に関連する。第3レコードは、毎秒1000〜9999個のキャッシュ・ミスが生じるということをキャッシュ・ミス統計が表すとき、高レベルの冷却を行うように熱管理装置に命令する熱制御信号に対する識別子に関連する。上記例示の熱制御テーブルは単に説明のためのものであって、限定のためのものではないということに留意されたい。
図2の方法によるキャッシュ・ミス統計(104)に従ってコンピュータ・システムのための熱管理装置を管理処理するステップ(306)は、熱管理システムにより、熱制御信号(318)に従って熱管理装置を制御するステップ(320)も含む。熱管理システムは、図2の方法により、熱制御信号に関連した装置アクションを識別することおよびその識別された装置アクションを実行することによって、熱管理装置を制御し得る(320)。熱制御信号が、例えば、現在のキャッシュ・ミス統計に基づいて少量の冷却を行うように熱管理装置に命令することを明示する場合、熱管理システムは、冷却ファンとして具現化された熱管理装置におけるファン速度を修正し得る。熱管理装置が液体金属冷却システムとして具現化されるとき、熱管理システムは熱制御信号に応答して液体金属の流速を修正し得る。
図2の方法は、更に、熱管理システムにより、熱管理装置が管理処理された後にコンピュータ・システムに対する温度統計(107)を追跡するステップ(322)も含む。図2の温度統計(107)はコンピュータ・システムに関する温度を記述する。例えば、サーミスタ、赤外線温度計、または半導体温度計のような温度センサを使用してコンピュータ・システムの温度レベルを監視することにより熱管理装置が図2の方法に従って管理処理された後、熱管理システムは、コンピュータ・システムに対する温度統計(107)を追跡することが可能である。
図2の方法は、更に、熱管理システムにより、温度統計(107)に従って熱管理装置のすべてのそれ以後の管理処理を変更するステップ(326)も含む。熱管理システムは、熱制御調整ルール(328)に従って熱制御テーブル(310)に格納された関連事項を調節することによって、図2の方法により温度統計(107)に従って熱管理装置のそれ以後の管理処理を変更し得る(326)。熱制御調整ルール(328)は、熱制御テーブル(310)が温度統計(107)に基づいて変更される方法を指定する。例えば、温度統計(107)は、キャッシュ・ミスに応答して熱管理装置を管理処理した後でも、コンピュータ・システムの温度レベルが摂氏10度も上昇したということを表すものと考えると、そのような例では、熱制御調整ルールは、熱制御テーブル(310)における各統計範囲の間の閾値を10パーセントだけ減少させることを指定し得る。そのような熱制御調整ルールを例示の熱制御テーブル1(表1)に適用することは、その結果、次のような例示の熱制御テーブル(表2)を生じさせる。
Figure 2009151768
上記例示の熱制御テーブルでは、第1レコードは、毎秒0〜89個のキャッシュ・ミスが生じるといことをキャッシュ・ミス統計が表すとき、低レベルの冷却を行うように熱管理装置を命令する熱制御信号に関する識別子に関連する。第2レコードは、毎秒100〜899個のキャッシュ・ミスが生じるといことをキャッシュ・ミス統計が表すとき、中間レベルの冷却を行うように熱管理装置を命令する熱制御信号に関する識別子に関連する。第3レコードは、毎秒1000〜9999個のキャッシュ・ミスが生じるといことをキャッシュ・ミス統計が表すとき、高レベルの冷却を行うように熱管理装置を命令する熱制御信号に関する識別子に関連する。このような方法では、上記例示の熱制御テーブル1(表1)における以前に指定されたキャッシュ・ミス統計レベルもより低いキャッシュ・ミス統計レベルで高レベルの冷却が行われるであろう。上記例示の熱制御テーブルは単に説明のためのものであって、限定のためのものではないということに留意されたい。
図2に関する上記の説明は、熱管理装置を制御するよう熱管理システムに命令するためにキャッシュ・ミス統計(104)を利用するプロセッサについて記述した。他のいくつかの実施例では、熱管理システム自体は、熱管理装置を制御するに当たってキャッシュ・ミス統計(104)を利用することが可能である。更なる説明のために図3を考察する。図3は、本発明の実施例によるキャッシュ・パフォーマンスに基づいたコンピュータ・システムに関する先制的な熱管理のための更なる例示の方法を表すフローチャートを示す。
図3の方法は図2の方法に類似している。即ち、図3の方法は、プロセッサによって、キャッシュ付きコンピュータ・メモリのメモリ内容のうち、プロセッサ・キャッシュに関するキャッシュ・ミスを生じる部分をプロセッサ・キャッシュから検索しようとするステップと、プロセッサによって、コンピュータ・システムにおけるプロセッサ・キャッシュに関するキャッシュ・ミス(302)を記述したキッシュ・ミス統計(104)を追跡するステップと、プロセッサに接続され且つコンピュータ・システムに関する温度を管理し得るそのコンピュータ・システムのための熱管理装置をキャッシュ・ミス統計(104)に従って管理処理するステップとを含む。
図3の方法によると、コンピュータ・システムのための熱管理装置をキャッシュ・ミス統計(104)に従って管理処理するステップ(306)は、プロセッサ・キャッシュに関するキャッシュ・ミス統計(104)に関してプロセッサから熱管理システムによりポーリングするステップ(400)を含む。熱管理システムは、図3の方法に従って、キャッシュ・ミス統計(104が格納されているメモリ・アドレスからキャッシュ・ミス統計(104)を直接検索することによって、キャッシュ・ミス統計(104)に関してポーリングすることが可能である(400)。いくつかの他の実施例では、熱管理システムは、プロセッサ割り込みをトリガすることおよびプロセッサが熱管理システムに現在のキャッシュ・ミス統計を供給するという要求を行うことによって、図3の方法によりキャッシュ・ミス統計(104)に関してポーリングし得る(400)。
図3の方法によると、コンピュータ・システムのための熱管理装置をキャッシュ・ミス統計(104)に従って管理処理するステップ(306)は、熱管理システムによって、キャッシュ・ミス統計(104)に従って熱管理装置を制御するステップ(402)を含む。熱管理システムは、図3の方法に従って、キャッシュ・ミス統計(104)に適合する熱制御テーブル(404)から統計範囲を識別することおよびその識別された統計範囲に関連したアクションの識別することにより、キャッシュ・ミス統計(104)に従って熱管理装置を制御し得る(402)。図3の熱制御テーブル(404)は、熱管理装置を管理処理するためのアクションをキャッシュ・ミス統計範囲と関連付けるデータ構造である。図3の熱制御テーブル(404)における各エントリは、統計範囲フィールド(406)およびアクション識別子フィールド(408)を含む。図3のアクション識別子フィールド(408)は、例えば、冷却を強めるか或いは冷却を弱めるというような特定の態様で熱管理装置を制御するために行うべきその熱管理システムのための特定のアクションを指定する。図3の統計範囲フィールド(406)は、関連するアクション識別子に対応する特定の範囲のキャッシュ・ミス統計を指定する。熱制御テーブル(404)に含まれた情報は、一般には、コンピュータ・システムの不揮発性コンピュータ・メモリに格納され、コンピュータ・システムの設計者、技術者、或いは製造業者によって最初に生成される。
更なる説明のために、次の例示の熱制御テーブル(表3)を考察する。
Figure 2009151768
上記表3の熱制御テーブルにおいて、第1レコードは、低冷却レベルを提供する状態に熱管理装置を置くという熱管理システムにより遂行されるアクションに対する識別子を、毎秒0〜99個のキャッシュ・ミスのキャッシュ・ミス統計範囲と関連付ける。そのように、熱管理システムが、毎秒0〜99個のキャッシュ・ミスのキャッシュ・ミス統計範囲内にあるキャッシュ・ミス統計を受け取るとき、熱管理システムは、低レベルの冷却を行う状態に熱管理装置を置く。第2レコードは、中間冷却レベルを提供する状態に熱管理装置を置くという熱管理システムにより遂行されるアクションに対する識別子を、毎秒100〜999個のキャッシュ・ミスのキャッシュ・ミス統計範囲と関連付ける。そのように、熱管理システムが、毎秒100〜999個のキャッシュ・ミスのキャッシュ・ミス統計範囲内にあるキャッシュ・ミス統計を受け取るとき、熱管理システムは、中間レベルの冷却を行う状態に熱管理装置を置く。第3レコードは、高冷却レベルを提供する状態に熱管理装置を置くという熱管理システムにより遂行されるアクションに対する識別子を、毎秒1000〜9999個のキャッシュ・ミスのキャッシュ・ミス統計範囲と関連付ける。そのように、熱管理システムが、毎秒1000〜9999個のキャッシュ・ミスのキャッシュ・ミス統計範囲内にあるキャッシュ・ミス統計を受け取るとき、熱管理システムは、高レベルの冷却を行う状態に熱管理装置を置く。上記例示の熱制御テーブルが説明のためのものであって、限定のためのものでないということに留意されたい。
図3の方法は、熱管理システムによって、コンピュータ・システムに関する、熱管理装置が管理処理された後の温度統計(107)を追跡するステップ(322)も含む。温度統計(107)は、コンピュータ・システムに関する温度を記述する。上記のように、熱管理装置が、例えば、サーミスタ、赤外線温度計、或いは半導体温度計のような温度センサを使用して、コンピュータ・システムの温度レベルを監視することにより、図3の方法に従って管理処理された後(306)、熱管理システムはコンピュータ・システムに関する温度統計(107)を追跡し得る(322)。
図3の方法は、更に、熱管理システムによって、温度統計(107)に従って熱管理装置のすべてのそれ以後の管理処理を変更するステップ(326)を含む。熱管理システムは、熱制御調整ルール(328)に従って熱制御テーブル(404)に格納された関連事項を調節することにより、図3の方法による温度統計(107)に従って熱管理装置のそれ以後の管理処理を変更すること(326)も可能である。上記のように、熱制御調整ルール(328)は、熱制御テーブル(310)が温度統計(107)に基づいて変更される方法を指定する。熱制御テーブル(310)は、一般に、システムがインストールされるとき、コンピュータ・システム内に事前構成されるので、熱管理装置のすべてのそれ以後の管理処理を変更するステップ(326)は、熱管理システムがインストール特有の環境要素に従って先制的な冷却を調節することを可能にする。例えば、コンピュータ・システムは、そのピューティング・システムが設計された時に予測された環境よりも暖かい環境においてインストールされることがある。そのような例では、熱制御テーブルの調節は有効であることがある。
本発明の実施例は、主として、キャッシュ・パフォーマンスに基づいたコンピュータ・システムに関する先制的な熱管理のための十分に機能的なコンピュータ・システムに関連して説明されている。しかし、当業者は、本発明が、任意の適切なデータ処理システムを使用するためのコンピュータ可読媒体上に配備されたコンピュータ・プログラムにおいても具現化され得る、ということを認識するであろう。そのようなコンピュータ可読媒体は、磁気媒体、光学的媒体、或いは他の適切な媒体を含む機械可読情報のための伝送媒体または記録可能媒体であってもよい。記録可能媒体の例は、ハード・ドライブまたはディスケットにおける磁気ディスク、光学的ドライブのためのコンパクト・ディスク、磁気テープ、および当業者が想起し得るその他の媒体を含む。伝送媒体の例は、音声通信のための電話網や、例えば、Ethernets(商標)のようなデジタル・データ通信ネットワークや、インターネット・プロトコルおよびワールド・ワイド・ウェブ、並びに、例えばIEEE802.11ファミリの仕様に従って実施されたネットワークのような無線送信媒体と通信するネットワーク、を含む。適切なプログラミング手段を有するすべてのコンピュータ・システムが、コンピュータ・プログラムにおいて具現化される本発明の方法のステップを実行することが可能であろう、ということを当業者は直ちに認識するであろう。しかし、本明細書において記述された実施例のいくつかは、コンピュータ・ハードウェア上にインストールされて実行されるソフトウェア向きのものであるが、ファームウェアまたはハードウェアとして具現化される別の実施例も十分に本発明の範囲内であるということは当業者には容易に明らかであろう。
本発明の主旨から逸脱することなく、本発明の種々の実施例において修正と変更を施し得るということは上記の説明から明らかであろう。本明細書における記述は単に説明のためのものであり、限定を意味するものと解釈されるべきではない。本発明の範囲は、「特許請求の範囲」の記載によってのみ限定される。
図1は、本発明の実施例によるキャッシュ・パフォーマンスに基づいた、コンピュータ・システムに関する先制的な熱管理に有用な例示的なコンピュータ・システムのブロック図である。 図2は、本発明の実施例によるキャッシュ・パフォーマンスに基づいた、コンピュータ・システムに関する先制的な熱管理に関する例示的な方法を示すフローチャートである。 図3は、本発明の実施例によるキャッシュ・パフォーマンスに基づいた、コンピュータ・システムに関する先制的な熱管理の更なる例示的な方法を示すフローチャートである。

Claims (13)

  1. プロセッサと、該プロセッサに接続されたキャッシュ付きコンピュータ・メモリと、該プロセッサに接続され、該キャッシュ付きコンピュータ・メモリのメモリ内容のサブセットを格納し得るプロセッサ・キャッシュと、を有するコンピュータ・システムに関する先制的な熱管理をキャッシュ・パフォーマンスに基づいて行う方法であって、
    前記プロセッサによって、前記キャッシュ付きコンピュータ・メモリのメモリ内容のうち、前記プロセッサ・キャッシュに関するキャッシュ・ミスを生じる部分を前記プロセッサ・キャッシュから検索するステップと、
    前記プロセッサによって、前記プロセッサ・キャッシュに関するキャッシュ・ミスを記述した前記プロセッサ・キャッシュに関するキャッシュ・ミス統計を追跡するステップと、
    前記プロセッサに接続され且つ前記コンピュータ・システムに関する温度を管理し得る前記コンピュータ・システムのための熱管理装置を前記キャッシュ・ミス統計に従って管理処理するステップと、
    を含む方法。
  2. 前記管理処理するステップは、
    前記プロセッサによって、前記キャッシュ・ミス統計および熱制御テーブルに従って熱制御信号を決定するステップと、
    前記プロセッサによって、熱制御信号を熱管理システムに伝送するステップと、
    前記熱管理システムによって、前記熱制御信号に従って前記熱管理装置を制御するステップと、
    を更に含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記管理処理するステップは、
    熱管理システムによって、前記プロセッサ・キャッシュに関するキャッシュ・ミス統計を前記プロセッサからポーリングするステップと、
    前記熱管理システムによって、前記キャッシュ・ミス統計に従って前記熱管理装置を制御するステップと、
    を更に含む、請求項1に記載の方法。
  4. 前記キャッシュ付きコンピュータ・メモリが、メモリ・バスを介して前記プロセッサに接続されるメイン・メモリである、請求項1に記載の方法。
  5. 前記プロセッサ・キャッシュが前記プロセッサのための複数のキャッシュのうちの1つのキャッシュであり、
    前記キャッシュ付きコンピュータ・メモリが前記複数のキャッシュのうちの、前記プロセッサ・キャッシュよりも高いレベルのキャッシュである、
    請求項1に記載の方法。
  6. 熱管理システムによって、前記コンピュータ・システムに関する温度を記述した前記コンピュータ・システムに関する、前記熱管理装置が管理処理された後の温度統計を追跡するステップと、
    前記熱管理システムによって、前記温度統計に従って前記熱管理装置のそれ以後のすべて管理処理を変更するステップと、
    を更に含む、請求項1に記載の方法。
  7. プロセッサと、該プロセッサに接続されたキャッシュ付きコンピュータ・メモリと、該プロセッサに接続され、該キャッシュ付きコンピュータ・メモリのメモリ内容のサブセットを格納し得るプロセッサ・キャッシュと、を有し、キャッシュ・パフォーマンスに基づいた先制的な熱管理を行うためのコンピュータ・システムであって、
    前記プロセッサによって、前記キャッシュ付きコンピュータ・メモリのメモリ内容のうち、前記プロセッサ・キャッシュに関してキャッシュ・ミスを生じる部分を前記プロセッサ・キャッシュから検索するコンピュータ・プログラム命令と、
    前記プロセッサによって、プロセッサ・キャッシュに関するキャッシュ・ミスを記述した前記プロセッサ・キャッシュに関するキャッシュ・ミス統計を追跡し得るコンピュータ・プログラム命令と、
    前記プロセッサに接続され且つ前記コンピュータ・システムに関する温度を管理し得る前記コンピュータ・システムのための熱管理装置を前記キャッシュ・ミス統計に従って管理処理し得るコンピュータ・プログラム命令と、
    を内部に配置されたコンピュータ・メモリを含む、コンピュータ・システム。
  8. 前記管理処理し得るコンピュータ・プログラム命令は、
    前記プロセッサによって、前記キャッシュ・ミス統計および熱制御テーブルに従って熱制御信号を決定するステップを実行させ、
    前記プロセッサによって、前記熱制御信号を熱管理システムに伝送するステップを実行させ、
    前記熱管理システムによって、前記熱制御信号に従って前記熱管理装置を制御するステップを実行させる、請求項7に記載のコンピュータ・システム。
  9. 前記管理処理し得るコンピュータ・プログラム命令は、
    前記熱管理システムによって、前記プロセッサ・キャッシュに関するキャッシュ・ミス統計を、前記プロセッサからポーリングするステップを実行させ、
    前記熱管理システムによって、前記キャッシュ・ミス統計に従って前記熱管理装置を制御するステップを実行させる、請求項7に記載のコンピュータ・システム。
  10. 前記キャッシュ付きコンピュータ・メモリが、メモリ・バスを介して前記プロセッサに接続されるメイン・メモリである、請求項7に記載のコンピュータ・システム。
  11. 前記プロセッサ・キャッシュが前記プロセッサのための複数のキャッシュのうちの1つのキャッシュであり、
    前記キャッシュ付きコンピュータ・メモリが前記複数のキャッシュのうちの、前記プロセッサ・キャッシュよりも高いレベルのキャッシュである、
    請求項7に記載のコンピュータ・システム。
  12. 前記コンピュータ・メモリは、
    前記熱管理システムによって、前記コンピュータ・システムに関する温度を記述した前記コンピュータ・システムに関する、前記熱管理装置が管理処理された後の温度統計を追跡し得るコンピュータ・プログラム命令と、
    前記熱管理システムによって、前記温度統計に従って前記熱管理装置のそれ以後のすべて管理処理を変更し得るコンピュータ・プログラム命令と、
    を内部に配置されている、請求項7に記載のコンピュータ・システム。
  13. プロセッサと、該プロセッサに接続されたキャッシュ付きコンピュータ・メモリと、該プロセッサに接続され、該キャッシュ付きコンピュータ・メモリのメモリ内容のサブセットを格納し得るプロセッサ・キャッシュと、を有するコンピュータ・システムに関する先制的な熱管理をキャッシュ・パフォーマンスに基づいて行うための、コンピュータ可読媒体内に配置されたコンピュータ・プログラムであって、
    前記プロセッサによって、前記キャッシュ付きコンピュータ・メモリのメモリ内容のうち、前記プロセッサ・キャッシュに関してキャッシュ・ミスを生じる部分を前記プロセッサ・キャッシュから検索しようとし得るコンピュータ・プログラム命令と、
    前記プロセッサによって、前記プロセッサ・キャッシュに関するキャッシュ・ミスを記述した前記プロセッサ・キャッシュに関するキャッシュ・ミス統計を追跡し得るコンピュータ・プログラム命令と、
    前記プロセッサに接続され且つ前記コンピュータ・システムに関する温度を管理し得る前記コンピュータ・システムのための熱管理装置を前記キャッシュ・ミス統計に従って管理処理し得るコンピュータ・プログラム命令と、
    を含む、コンピュータ・プログラム。
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