JP2017049972A - 電子システム及び関連するクロック管理方法 - Google Patents

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英霆 楊
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Abstract

【課題】複数の機能モジュールのクロック信号を該複数の機能モジュールの性能に従って調整することが可能な電子システム及び関連するクロック管理方法を提供すること。
【解決手段】電子システムは、複数のクロック信号のうちの1つに従ってそれぞれが動作する複数の機能モジュールと、前記複数のクロック信号を前記複数の機能モジュールの複数の性能要件に従って生成するクロック管理モジュールとを含む。
【選択図】図1

Description

本開示は電子システム(electronic system)及び関連するクロック管理方法(clock management method)に関し、より具体的には、複数の機能モジュールのクロック信号を該複数の機能モジュールの性能要件(performance requirements)に従って調整することが可能な電子システム及び関連するクロック管理方法に関する。
相補型金属酸化膜半導体(CMOS)技術は、スマートフォンやタブレット等の電子製品における現代的なコンピュータシステムの根幹を成す。スマートフォンやタブレットの電力消費は多いことから、現代のCMOS技術ではバッテリーの寿命を持続させるために積極的な(aggressive)クロックゲーティングが用いられる。一般的に、クロック周波数は、コンピュータシステムによって要求されるスペックの最大性能に従って設計される。しかしながら、コンピュータシステム内の一部の構成要素がアイドル状態にある場合、最大性能に従って設計されたクロック周波数は無駄になることがある。そのため、電子製品のためのコンピュータシステムの性能及び消費電力のバランスをどのようにとるべきかが検討すべきテーマとなっている。
上記の課題を解決するために、本開示は、複数の機能モジュールのクロック信号を該複数の機能モジュールの性能に従って調整することが可能な電子システム及び関連するクロック管理方法を提供する。
本開示は電子システムを開示する。電子システムは、複数のクロック信号のうちの1つに従ってそれぞれが動作する複数の機能モジュール(function modules)と、複数の機能モジュールの複数の性能要件に従って複数のクロック信号を生成するクロック管理モジュールとを含む。
本開示はさらにクロック管理方法を開示する。クロック管理方法は複数の機能モジュールの複数の性能要件を決定するステップと、複数の機能モジュールの複数のクロック信号を複数の性能要件に従って調整するステップとを含む。
様々な図面に図示する下記の好ましい実施形態の詳細な説明を読み終えた後、本開示の上記の目的及び他の目的が当業者に間違いなく明らかになる。
図1は、本開示の一実施例に係る電子システムの概略図である。 図2は、図1に示す電子システムの関連信号の概略図である。 図3は、図1に示す電子システムの関連信号の概略図である。 図4は、図1に示す電子システムの関連信号の概略図である。 図5は、図1に示す電子システムの関連信号の概略図である。 図6は、図1に示す性能決定部の実施の概略図である。 図7は、図1に示す性能決定部の実施の概略図である。 図8は、図1に示す性能決定部の実施の概略図である。 図9は、図1に示す性能決定部の実施の概略図である。 図10は、図9に示す性能決定部の実施の概略図である。 図11は、本発明の実施に係るプロセスのフローチャートである。
図1を参照して、図1は本開示の一実施例に係る電子システム10の概略図である。電子システム10は、限定されないがスマートフォン、ノートブックコンピュータ、タブレット又はスマートテレビ等の電子製品であり得る。図1に示すように、電子システム10は機能モジュールIP1〜IP3と、クロック管理モジュール100とを含む。機能モジュールIP1〜IP3は独立した機能を提供するために用いられるIP(Intellectual Property)ブロックであり得る。例えば、機能モジュールIP1〜IP3は、限定されないがユニバーサルシリアルバス(USB)インターフェイスモジュール、ワイヤレスネットワークインターフェイスモジュール又は入出力制御モジュールであり得る。なお、電子システム10における機能モジュールの数は、様々な用途及び設計コンセプトによって変化し得る。機能モジュールIP1〜IP3は、クロック信号CLK1〜CLK3にそれぞれ従って動作を行い独立した機能を提供する。機能モジュールIP1〜IP3のそれぞれの性能(performance)P1〜P3は、クロック信号CLK1〜クロック信号CLK3の周波数FCLK1〜FCLK3にそれぞれ比例する。一実施例では、性能P1〜P3は、限定されないが機能モジュールIP1〜IP3によって入出力されるデータの量(例えば帯域幅又はスループット)であると考えられ得る。この実施例では、クロック管理モジュール100は機能モジュールIP1〜IP3の性能P1〜P3の要件を決定し、それに従ってクロック信号CLK1〜CLK3の周波数FCLK1〜FCLK3を調整して電子システム10の消費電力を減少させる。
詳細には、クロック管理モジュール100はクロック生成部102、性能決定部(performance determining unit)104、クロックマスク部106及びクロック管理部108を含む。クロック生成部102は周波数合成回路(例えば位相ロックループ(PLL)回路)であり、クロック管理部108へのソースクロック信号SCLKを生成するために用いられる。性能決定部104は、機能モジュールIP1〜IP3によって生成される性能情報信号PI1〜PI3に従って機能モジュールIP1〜IP3の性能P1〜P3の要件を決定し、それに従ってクロック信号CLK1〜CLK3を生成するためのマスク比MR1〜MR3を決定する。マスク比MR1〜MR3は性能P1〜P3にそれぞれ反比例し得る。クロックマスク部106は、性能決定部104からのマスク比信号MRSが示すマスク比MR1〜MR3に従ってマスク信号MASを生成し、クロック管理部108にクロック信号CLK1〜CLK3を調整するよう指示する。例えば、クロック管理部108は、クロック信号CLK1〜CLK3のクロックパルスの一部をマスク比MR1〜MR3に従ってマスクし得る。即ち、クロック信号CLK1〜CLK3の周波数FCLK1〜FCLK3は、機能モジュールIP1〜IP3の性能P1〜P3の要件に従ってそれぞれ調整される。
図2を参照して、図2は電子システム10の関連信号の概略図である。図2では、機能モジュールIP1は完全アクティブ状態で動作しており、性能P1はP1MAXになる。機能モジュールIP1はフルスピードで動作する必要があることから、性能決定部104は性能情報信号PI1に従ってマスク比MR1を0に決定する。クロックマスク部106はマスク比信号MRSに従ってマスク信号MASを生成して、クロック管理部108にクロック信号CLK1を調整しないよう指示する。図2に示すように、クロック信号CLK1は変化しない。一実施例では、クロック信号CLK1はソースクロック信号SCLKである。即ち、クロック管理部108は、マスク比MR1〜MR3に従ってソースクロック信号におけるクロックパルスをマスクしてクロック信号CLK1〜CLK3を生成する。別の実施例では、クロック管理部108はソースクロック信号SCLKを用いてクロック信号CLK1〜CLK3を生成し、マスク比MR1〜MR3に従ってクロック信号CLK1〜CLK3を調整する。
図3を参照して、図3は電子システム10の関連信号の概略図である。図3では、機能モジュールIP1は部分アクティブ状態に入っており、機能モジュールIP1の性能P1は0.8P1MAXになる。例えば、機能モジュールIP1は完全アクティブ状態で動作している場合は複数の機能を提供し得る。様々な動作状態に従って、機能モジュールIP1によって提供される機能の一部が無効にされ得るとともに、機能モジュールIP1の性能が下がる。機能ジュールIP1の性能が20%下がるため、クロック信号CLK1の周波数FCLK1が同じままであると機能モジュールIP1の電力消費が無駄になり得る。そのため、性能決定部104は性能情報信号PI1に従ってマスク比MRを20%に決定する。クロックマスク部106はマスク信号MASを生成してクロック管理部108にクロック信号CLK1のクロックパルスの数を20%減らすよう指示する。図3に示すように、クロック信号CLK1の連続した10個のクロックパルスのうちの2番目のクロックパルス及び8番目のクロックパルスがマスクされている。その結果、周波数FCLK1は機能モジュールIP1の性能P1と共に下げられる。そのため、電子システム10の電力消費も機能モジュールIP1の性能と共に減少する。
なお、クロックマスク部106は図3のマスクすべきクロックパルスをランダムに選択する。クロック信号CLK1のクロックパルスの数が20%減らされさえすれば、マスクされるクロックパルスはクロック信号CLK1のどのクロックパルスでもよい。例えば、連続する10個の別のクロックパルスのセットの場合、マスクされるクロックパルスはクロック信号CLK1の連続する10個のクロックパルスのうちの1番目及び4番目のクロックパルスであり得る。
一実施例では、クロックマスク部106は、マスク比信号MRSが示すマスク比MR1〜MR3に従ってクロック信号CLK1〜CLK3のクロックパルスを周期的にマスクするようクロック管理部108に指示し得る。図4を参照して、図4は図1に示す電子システム10の関連信号の概略図である。図3の状態と同様に、図4では機能モジュールIP1は部分アクティブ状態に入っている。性能決定部104は性能P1=0.8P1MAXに決定し、マスク比MR1を0.2に決定する。クロックマスク部106はマスク信号MASを生成してクロック管理部108にクロック信号CLK1のクロックパルスの数を20%減らすよう指示する。この実施例では、クロックマスク部106は、クロック信号CLK1のクロックパルス5つ毎に1つのクロックパルスを連続的にマスクするようクロック管理部108に指示する。図4に示すように、連続する10個のクロックパルスのうちの5番目のクロックパルス及び10番目のクロックパルスがクロック管理部108によってマスクされている。その結果、周波数FCLK1は機能モジュールIP1の性能P1と共に下げられる。そのため、電子システム10の電力消費も性能P1と共に減少する。
なお、クロック信号CLK1のマスクされる一連のクロックパルスのパターンは、様々なマスク比に従って適宜変更可能であり、図4のものに限定されない。
図5を参照して、図5は電子システム10の関連信号の概略図である。図5では、性能P1は0.3P1MAXであり、性能決定部104はマスク比MR1を0.7に決定する。クロックマスク部106はマスク信号MASを生成して、クロック管理部108にクロック信号CLK1のクロックパルスの数を70%減らすよう指示する。図5に示すように、クロックマスク部106は、連続する10個のクロックパルスのうちの1番目、3番目、4番目、5番目、7番目、9番目及び10番目のクロックパルスをマスクするようマスク信号MASを通じてクロック管理部108に指示する。その結果、周波数FCLKは機能モジュールIP1の性能P1と共に下げられる。
なお、機能モジュールIP1〜IP3の性能情報は機能モジュールIP1〜IP3が動作中のときに提供され得る。別の実施例では、機能モジュールIP1〜IP3の性能情報は機能モジュールIP1〜IP3が動作を停止しているときに提供され得る。
様々な用途及び設計コンセプトに応じて、性能決定部104が機能モジュールIP1〜IP3の性能P1〜P3の要件を決定する方法は変化し得る。図6を参照して、図6は図1に示す性能決定部104の実施の概略図である。図6に示すように、性能決定部104には参照テーブルLUTが内蔵されている。この実施例では、性能決定部104は性能情報信号PI1〜PI3に従って機能モジュールIP1〜IP3の機能モード(例えば、機能モジュールIP1〜IP3によって提供される機能)を決定し、参照テーブルLUT内の、機能モジュールIP1〜IP3の現在の機能モードに対応するインデックスの検索を通じて性能P1〜P3の要件を決定する。一実施例では、参照テーブルLUTは性能決定部104において予め規定されている。別の実施例では、参照テーブルLUTは制御信号CONによって変更され得る。制御信号CONはソフトウエアプログラミングインターフェイスからの信号又はハードウェア制御パラメータであり得る。
なお、機能モジュールIP1〜IP3は機能モジュールIP1〜IP3の動作状態を示すためにクロック管理部108に信号を送り、クロック管理部108は機能モジュールIP1〜IP3からクロック管理部108に送られた信号が示す動作状態に従ってクロック信号CLK1、CLK2及びCL3を調整する。一実施例では、機能モジュールIP1〜IP3はクロック管理部108にアイドル信号IS1〜IS3(図1に図示せず)のそれぞれを送って、機能モジュールIP1〜IP3がアイドル状態に入ったかどうかを示すとともに、それに従ってクロック管理部108にクロック信号CLK1〜CLK3の周波数FCLK1〜FCLK3を調整させる。
図7を参照して、図7は図1に示す性能決定部104の実施の概略図である。図7では、機能モジュールIP1〜IP3はストレージインターフェイス部SIU(図1には図示せず)にストレージアクセス信号SAS1〜SAS3を送ってストレージ部STO(例えば、キャッシュ、メモリ又はハードディスク)(図1に図示せず)からのデータにアクセスする。性能決定部104は、図1に示す性能情報信号PI1〜PI3としてストレージアクセス信号SAS1〜SAS3を取得し、ストレージアクセス信号SAS1〜SAS3に従って性能P1〜P3の要件を決定する。例えば、性能決定部104は、機能モジュールIP1〜IP3によってアクセスされた(例えば送受信された)データのデータレート(data rates)のヒストグラムを計算し、それに従って性能P1〜P3の要件を決定する。
図8を参照して、図8は図1に示す性能決定部104の実施の概略図である。図8に示す性能決定部104は図7に図示のものと同様であるため、同様の機能を有する構成要素及び信号を同じ参照符号で示す。図7との違いは、機能モジュールIP1〜IP3は、ストレージアクセス信号SAS1〜SAS3を生成するときに性能P1〜P3の要件を予測し、それに従って性能情報信号PI1〜PI3を生成する点である。そのような状況の下では、性能決定部104は、機能モジュールIP1〜IP3によってアクセスされたデータのデータレートに関する性能情報信号PI1〜PI3に従ってマスク比信号MRSを生成する。
図9を参照して、図9は図1に示す性能決定部104の実施の概略図である。この実施例では、性能決定部104は、機能モジュールIP1〜IP3の出力データOD1〜OD3に従って、性能P1〜P3の要件を決定する。即ち、性能決定部104は、図1に示す性能情報信号PI1〜PI3として機能モジュールIP1〜IP3の出力データOD1〜OD3を取得する。一実施例では、性能決定部104は、出力データOD1〜OD3に従って機能モジュールIP1〜IP3の出力データレートを取得して機能モジュールIP1〜IP3の性能P1〜P3の要件を決定するとともに、性能P1〜P3の要件及び制御信号CONに従ってマスク比信号MRSを生成する。機能モジュールIP1〜IP3の出力データレートの追跡を通じて、性能決定部104は性能P1〜P3の要件の違いを認め、クロック信号CLK1〜CLK3の周波数を調整するためにマスク比信号MRSを変更する。従って、電子システム10の電力消費が減少する。
図10を参照して、図10は、図9に示す性能決定部104の一実施である性能決定部1000の概略図である。図10では、性能決定部1000は計数部1002、算出部1004及び関連付け部(correlating unit)1006を含む。計数部1002は出力データOD(例えば、図9に示す出力データOD1〜OD3)を受信し、固定時間ウィンドウ(fixed time window)内のデータ数(data number)DNを計数する。次に、算出部1004はデータ数DNと予測データ数EDNとの差DIFFを算出し、関連付け部1006は差DIFFに従ってマスク比信号MRSを生成する。なお、マスク比信号MRSと差DIFFとの関係は制御信号CONによって調整される。
当業者は、様々な用途及び設計コンセプトに従って適切な修正及び変更を思い付き得る。一実施例では、クロックマスク部104はマスク比信号MRSに従ってクロック生成部102を直接調整する。例えば、クロックマスク部104は、マスク比MR1が0.1の場合にクロック生成部102を制御してソースクロック信号SCLKの周波数FSCLKを10%下げ、クロック管理部108はクロック信号CLK1としてソースクロック信号SCLKを出力する。別の実施例では、クロック管理部108は、クロック信号CLK1〜CLK3を生成するときにソースクロック信号SCLKの周波数及び電圧レベルを同時に調整する。
クロック管理モジュール100が性能P1〜P3に従ってクロック信号CLK1〜CLK3を調整するプロセスは、図11に示すクロック管理方法110に要約することができる。スマートフォン、ノートブックコンピュータ、タブレット又はスマートテレビ等の電子製品のクロック管理方法110は下記のステップを含む。
ステップ1100:開始
ステップ1102:複数の機能モジュールの複数の性能要件を決定
ステップ1104:複数の性能要件に従って複数の機能モジュールの複数のクロック信号を調整
ステップ1106:終了
クロック管理方法110によれば、複数の機能モジュールのそれぞれの性能要件が決定される。一実施例では、機能モジュールの性能要件は、機能モジュールによって入出力されるデータの全データレート(total data rate)である。別の実施例では、機能モジュールの性能要件は、機能モジュールによって提供されるモジュールステータスである。さらに別の実施例では、機能モジュールの性能要件は、ストレージ部から送信又は受信されるデータのデータレートである。複数の機能モジュールの複数の性能要件を決定した後、それに従って機能モジュールのクロック信号が調整される。例えば、複数のクロック信号は、複数の機能モジュールの性能要件に従ってクロック信号のクロックパルスの一部をマスクすることによって調整され得る。機能モジュールの性能が下がると、対応するクロック信号のマスクされるクロックパルスの数も減少する。即ち、クロック信号の周波数は対応する機能モジュールの性能に比例する。複数の機能モジュールの性能要件に従って複数のクロック信号を調整することにより、複数の機能モジュールの電力消費が減少する。
なお、クロックパルスは周期的に又はランダムにマスクしてもよい。クロック信号のクロックパルスを対応する機能モジュールの性能に従ってマスクする動作の詳細については図2〜図5を参照することができることから、その説明を簡潔性のために省略する。それに加えて、複数の機能モジュールの複数の性能を決定する方法は様々であり得る。一実施例では、性能は機能モジュールによって出力されるデータである。そのような状況では、固定時間ウィンドウ内で複数の機能モジュールによって出力されるデータのデータ数を計数し、該データ数と予測データ数との差を算出し、算出した差及び制御信号に従って性能を決定することによって機能モジュールの性能を得ることができる。制御信号はソフトウエアプログラミングインターフェイスからの信号又はハードウェアパラメータであり得る。
上記の実施例の電子システムは、独立した機能を提供する機能モジュールによって受信されるクロック信号を機能モジュールの性能(例えば帯域幅又はスループット)に従って調整する。クロック信号は機能モジュールの性能の変化と共に調整されるため、電子システムの消費電力を下げることができる。
当業者であれば、本発明の教示を維持しながら多くの変更及び改良が装置及び方法に加えられ得ることに容易に気付く。従って、上記の開示は、添付の請求項の範囲によってのみ限定されると解釈すべきである。
10 電子システム
100 クロック管理モジュール
102 クロック生成部
104 性能決定部
106 クロックマスク部
108 クロック管理部
1000 性能決定部
1002 計数部
1004 算出部
1006 関連付け部
CLK クロック信号
CON 制御信号
EDN 予測データ数
IP IPブロック
LUT 参照テーブル
MAS マスク信号
MRS マスク比信号
OD 出力データ
PI 性能情報信号
SAS ストレージアクセス信号
SCLK ソースクロック信号
SIU ストレージインターフェイス部
STO ストレージ部

Claims (15)

  1. 複数のクロック信号のうちの1つに従ってそれぞれが動作する複数の機能モジュールと、
    前記複数のクロック信号を前記複数の機能モジュールの複数の性能要件に従って生成するクロック管理モジュールと、
    を含む電子システム。
  2. 前記複数の性能要件は、前記複数の機能モジュールによって入出力されるデータのデータレートである、請求項1に記載の電子システム。
  3. 前記複数の性能要件は前記複数の機能モジュールによって提供される機能である、請求項1に記載の電子システム。
  4. 前記複数の性能要件は、前記電子システム内のストレージ部から送信又は受信されるデータのデータレートである、請求項1に記載の電子システム。
  5. 前記クロック管理モジュールは、
    ソースクロック信号を生成するクロック生成部と、
    前記複数の機能モジュールの複数の性能要件に従って前記複数のクロック信号を生成するための複数のマスク比を決定する性能決定部と、
    前記複数のマスク比に従ってマスク信号を生成するクロックマスク部と、
    前記ソースクロック信号に従って前記複数のクロック信号を生成するとともに前記マスク信号に従って前記複数のクロック信号の周波数を調整するクロック管理部と、
    を含む、請求項1に記載の電子システム。
  6. 前記クロック管理部は、前記複数のクロック信号のクロックパルスを前記マスク信号に従ってマスクすることによって前記複数のクロック信号の周波数を調整する、請求項5に記載の電子システム。
  7. マスクされる前記複数のクロックパルスは周期クロックパルスである、請求項6に記載の電子システム。
  8. 前記複数の性能要件は前記複数の機能モジュールによって出力されたデータであり、
    前記性能決定部は、
    固定時間ウィンドウ内で前記複数の機能モジュールによって出力されるデータのデータ数を計数する計数部と、
    前記データ数と予測データ数との差を算出する算出部と、
    前記差及び制御信号に従って前記複数のマスク比を決定する関連付け部と、
    を含む、請求項5に記載の電子システム。
  9. クロック管理方法であって、
    複数の機能モジュールの複数の性能要件を決定するステップと、
    前記複数の機能モジュールの複数のクロック信号を前記複数の性能要件に従って調整するステップと、
    を含むクロック管理方法。
  10. 前記複数の性能要件は、前記複数の機能モジュールによって入出力されるデータのデータレートである、請求項9に記載のクロック管理方法。
  11. 前記複数の性能要件は前記複数の機能モジュールによって提供される機能である、請求項9に記載のクロック管理方法。
  12. 前記複数の性能要件は、前記電子システム内のストレージ部から送信又は受信されるデータのデータレートである、請求項9に記載のクロック管理方法。
  13. 前記複数の機能モジュールの複数のクロック信号を前記複数の性能要件に従って調整するステップは、前記複数のクロック信号のクロックパルスを前記複数の性能要件に従ってマスクすることを含む、請求項9に記載のクロック管理方法。
  14. マスクされる前記複数のクロックパルスは周期クロックパルスである、請求項13に記載のクロック管理方法。
  15. 前記複数の性能要件は前記複数の機能モジュールによって出力されるデータであり、
    前記複数の機能モジュールの複数の性能要件を決定するステップは、
    固定時間ウィンドウ内で前記複数の機能モジュールによって出力されるデータのデータ数を計数することと、
    前記データ数と予測データ数との差を算出することと、
    前記差及び制御信号に従って前記複数の性能を決定することと、
    を含む、請求項9に記載のクロック管理方法。
JP2016053434A 2015-09-04 2016-03-17 電子システム及び関連するクロック管理方法 Pending JP2017049972A (ja)

Applications Claiming Priority (4)

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