JP2011145959A - プロセッサの電圧制御の方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】プロセッサは負荷が軽いときに、命令を実行しないスリーピング・ステートCnに移行し、アクティブなC0ステートとCnステートとの間を所定の遷移周波数で遷移する。プロセッサ10にはCnステートのときは、C0ステートのときよりも小さな電圧が印加されるため消費電力が少ない。しかし、C0ステートとCnステートとの間を遷移するときに、電源装置100の出力電圧がパワー・ステートの遷移に応じて変化するために平滑コンデンサに充電損失が発生する。演算回路は、充電損失、プロセッサのC0ステートおよびCnステートでの消費電力を計算して、低下するプロセッサの消費電力よりも充電損失が大きい場合はプロセッサの動作をC0ステートに維持するための遷移停止信号を出力する。
【選択図】図2
Description
本実施の形態で説明するプロセッサ10(図2参照)は、ACPIのC0ステート、C1ステート、C2ステート、C3ステート、C4ステート、およびC6ステートのいずれかのパワー・ステートで動作することが可能である。C0ステートはアクティブ・ステートといわれ、プロセッサはいずれのスリーピング・ステートよりも大きな動作電圧で動作して命令を実行することができる。C0ステートからC1ステートへの遷移はOSがHALT命令を実行することで発生する。
図1は、DC/DCコンバータに充電損失が発生する原理を説明する図である。DC/DCコンバータは、直流電源から供給される直流電圧を各パワー・ステートに適した一定の直流電圧に変換してプロセッサに供給する。プロセッサは図1(B)に示すように、実行しているアプリケーションに依存した周期Tで、C0ステートとCnステートの間を遷移している。C0ステートのときにプロセッサに印加する電圧Voは各パワー・ステートの中で最も高い。また、Cnステートのときにプロセッサに印加する電圧VnはVoよりも小さい。
DC/DCコンバータがC0ステートで動作するときの出力電圧をVo、スイッチング損失をLo、プロセッサの電流をIoとし、Cnステートで動作するときの出力電圧をVn、スイッチング損失をLn、プロセッサの電流をInとする。また、遷移周波数をfとし平滑コンデンサCoutの静電容量をCとする。Coステートで連続して動作するプロセッサが消費する電力Poは、
Po=Vo×Io
Cn遷移ステートで動作するプロセッサが消費する電力Pnは、図1(B)に示すように1周期においてCoステートで動作する割合をαとすれば、
Pn=Vo×Io×α+Vn×In×(1−α)
となる。
Pc=0.5×C×(Vo2ーVn2)×β×f
となる。ここで、プロセッサがC0ステートを維持して動作するときのプロセッサの消費電力Poおよび直流電源装置に発生する電力損失Loの合計と、Cn遷移ステートで動作するときのプロセッサの消費電力Pn、直流電源装置に発生する電力損失Ln、および充電損失Pcの合計を比較したときに、Coステートを維持するほうが有利になる条件である遷移停止条件は以下のようになる。
Po+Lo<Pn+Ln+Pc
Po−Pn<Ln−Lo+Pc
となる。ここで、Cn遷移ステートで動作するDC/DCコンバータの電力損失とC0ステートを維持するDC/DCコンバータの電力損失の差であるLn−Loは全体の中で無視できるほど小さいので、結局遷移停止条件は、
Vo×Io−(Vo×Io×α+Vn×In×(1−α))<Pc
となる。ここにα≪1であるため、遷移停止条件は、
Vo×Io−Vn×In<Pc…(式1)
となる。
図2は、プロセッサに電力を供給する電力制御システムの構成を説明する機能ブロック図である。電力制御システムは、デスクトップ・コンピュータ、携帯式コンピュータ、サーバ、またはPDAなどのコンピュータ・システムに搭載することができる。直流電源23は、DC/DCコンバータ100に直流電圧を供給する、ACアダプタ、上位のDC/DCコンバータ、または蓄電池とすることができる。DC/DCコンバータ100は、プロセッサ10にそのパワー・ステートに適合した直流電圧を供給する。
つぎに図2に示した電力制御システムによる電力の供給方法を説明する。図3は、プロセッサ10のパワー・ステートを制御する手順を示すフローチャートで、図4はDC/DCコンバータ100の出力電圧の波形を示す図である。図4で、ライン301は、本実施の形態によるパワー・ステートの制御を行わない場合に、プロセッサ10をスリーピング・ステートに移行させるOS15のアルゴリズムで決定されたスリーピング・ステートの深度とアプリケーション17が設定した復帰時間Tにより決定された遷移周波数fにより、プロセッサが連続的にCn遷移ステートで動作しているときのDC/DCコンバータ100の出力電圧を示す。
図3、図4では、Cnステートへの遷移をディスエーブルにしてCn遷移ステートでの動作を停止する場合にC0ステートを維持する例を説明したが、本発明は現在のCn遷移ステートで遷移停止条件が成立する場合にそれより深度が一段浅いパワー・ステートでの遷移ステートで動作させることもできる。図6は、プロセッサ10のパワー・ステートを制御する他の手順を示すフローチャートである。ブロック401では、プロセッサ10がサポートするすべてのスリーピング・ステートがBIOS19に設定されており、OS15は負荷状態に応じてプロセッサ10を順次深度の深いスリーピング・ステートに遷移させる。
101…レギュレータIC
301…電力制御しない場合のDC/DCコンバータ100の出力電圧
303…タイマ113が出力するタイマ信号
305…演算回路111が出力する遷移停止信号
307…ANDゲート115が出力するDE信号
301…電力制御した場合のDC/DCコンバータ100の出力電圧
Claims (16)
- アクティブ・ステートと所定のスリーピング・ステートとの間を所定の遷移周波数でパワー・ステートが遷移する遷移ステートで動作するプロセッサに電力を供給する電源装置であって、
平滑コンデンサと、
前記プロセッサが前記遷移ステートで動作するときに、各パワー・ステートに応じて出力電圧を制御するコントローラと、
前記プロセッサの消費電力と前記パワー・ステートを遷移させたときに前記平滑コンデンサに発生する充電損失に基づいて遷移停止条件を計算して前記所定のスリーピング・ステートへの遷移を停止するための遷移停止信号を出力する演算回路と
を有する電源装置。 - 前記演算回路は、前記充電損失を前記アクティブ・ステートに対応した出力電圧と前記所定のスリーピング・ステートに対応した出力電圧と前記平滑コンデンサの静電容量に基づいて計算する請求項1に記載の方法。
- 前記演算回路は、前記遷移ステートで動作する前記プロセッサの消費電力と前記電源装置の電力損失の合計と、前記アクティブ・ステートを維持して動作する前記プロセッサの消費電力と前記電源装置の電力損失の合計を比較して前記遷移停止条件を計算する請求項1または請求項2に記載の電源装置。
- 前記演算回路は、実測した前記プロセッサの消費電力と前記プロセッサからそれぞれ取得した出力電圧および前記遷移周波数に基づいて前記遷移停止条件を計算する請求項1から請求項3のいずれかに記載の電源装置。
- 前記演算回路が前記遷移停止条件を計算するために、前記遷移停止信号の出力を停止して前記アクティブ・ステートを維持して動作しているプロセッサを所定時間ごとに前記遷移ステートで動作させるためのタイマ回路を有する請求項1から請求項4のいずれかに記載の電源装置。
- 前記コントローラと前記演算回路が同一の半導体チップに形成されている請求項1から請求項5のいずれかに記載の電源装置。
- 前記演算回路は、前記平滑コンデンサの静電容量に対応する抵抗値の抵抗素子から前記平滑コンデンサの静電容量を取得する請求項6に記載の電源装置。
- 前記所定のスリーピング・ステートが前記プロセッサのキャッシュがパワー・オフになって専用のSRAMにプロセッサの動作状態が保存されるACPIのC6ステートである請求項1から請求項7のいずれかに記載の電源装置。
- アクティブ・ステートと所定のスリーピング・ステートとの間を所定の遷移周波数でパワー・ステートが遷移する遷移ステートで動作するプロセッサと、
前記遷移停止信号に応答して前記プロセッサの前記遷移ステートでの動作を停止させるチップ・セットと、
前記プロセッサに電力を供給する請求項1から請求項8のいずれかに記載の電源装置と
を有するコンピュータ。 - アクティブ・ステートと所定のスリーピング・ステートとの間を所定の遷移周波数でパワー・ステートが遷移する遷移ステートで動作するプロセッサと、
平滑コンデンサと、前記遷移ステートで動作するときに各パワー・ステートに応じて出力電圧を制御するコントローラと、前記プロセッサの消費電力と前記遷移ステートで動作する前記平滑コンデンサに発生する充電損失に基づいて遷移停止条件を計算して前記所定のスリーピング・ステートへの遷移を停止するための遷移停止信号を出力する演算回路とを含む電源装置と、
前記遷移停止信号に応答して前記プロセッサが前記所定のパワー・ステートよりも深度が1段浅いスリーピング・ステートと前記アクティブ・ステートとの間を遷移する遷移ステートで動作するように前記プロセッサの設定を変更するデバイスと
を有するコンピュータ。 - アクティブ・ステートと所定のスリーピング・ステートとの間を所定の遷移周波数でパワー・ステートが遷移する遷移ステートで動作するプロセッサに平滑コンデンサを含む電源装置が電力を供給する方法であって、
前記プロセッサが前記遷移ステートで動作するステップと、
各パワー・ステートの遷移に応じて前記電源装置が出力電圧を変更するステップと、
前記コンピュータが、前記プロセッサの消費電力と前記電源装置の電力損失を前記アクティブ・ステートと前記所定のスリーピング・ステートのそれぞれについて計算して前記所定のスリーピング・ステートへの遷移を停止させる遷移停止条件の成否を判断するステップと、
前記遷移停止条件が成立したときに前記コンピュータが前記プロセッサのパワー・ステートを前記アクティブ・ステートに維持するステップと
を有する方法。 - 前記判断するステップが、前記電源装置の前記アクティブ・ステートに対応する出力電圧と前記スリーピング・ステートに対応する出力電圧の差に基づいて前記平滑コンデンサに発生する充電損失を計算するステップを含む請求項11に記載の方法。
- 前記遷移停止条件が成立している間に、前記コンピュータが前記プロセッサを所定時間ごとに前記アクティブ・ステートから前記遷移ステートに移行させるステップを有する請求項11または請求項12に記載の方法。
- 複数のスリーピング・ステートを備えるプロセッサに平滑コンデンサを含む電源装置が電力を供給する方法であって、
前記プロセッサがアクティブ・ステートと所定のスリーピング・ステートとの間をパワー・ステートが所定の遷移周波数で遷移する遷移ステートで動作するステップと、
各パワー・ステートの遷移に応じて前記電源装置が出力電圧を変更するステップと、
前記コンピュータが、前記プロセッサの消費電力と前記平滑コンデンサの充電損失を計算して前記所定のスリーピング・ステートへの遷移を停止させる遷移停止条件の成否を判断するステップと、
前記遷移停止条件が成立したときに前記コンピュータが前記アクティブ・ステートと前記所定のパワー・ステートよりも深度が1段浅いスリーピング・ステートとの間を遷移する新たな遷移ステートで前記プロセッサを動作させるステップと
を有する方法。 - 前記新たな遷移ステートで動作してから所定の時間前記遷移停止条件が成立しない場合に、前記コンピュータは前記アクティブ・ステートと前記所定のスリーピング・ステートとの間を遷移するもとの遷移ステートで前記プロセッサを動作させるステップを有する請求項14に記載の方法。
- スイッチング素子と平滑コンデンサを含む出力回路に接続され、前記スイッチング素子を制御してアクティブ・ステートと所定のスリーピング・ステートとの間を所定の遷移周波数でパワー・ステートが遷移する遷移ステートで動作するプロセッサに所定の電圧を供給する半導体装置であって、
各パワー・ステートに応じて出力電圧を制御するコントローラと、
前記遷移周波数、前記パワー・ステートに対応する出力電圧、前記平滑コンデンサの静電容量、および前記プロセッサに流れる電流の値を取得する入力回路と、
前記入力回路に接続され前記プロセッサの消費電力と前記遷移ステートで動作させたときに前記平滑コンデンサに発生する充電損失を計算して前記所定のスリーピング・ステートへの遷移を停止するための遷移停止信号を出力する演算回路と
を有する半導体装置。
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