JP2023548565A

JP2023548565A - 電力推定機構のアプリケーションオーバーライド

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Publication number: JP2023548565A
Application number: JP2023527065A
Authority: JP
Inventors: デイビッドハウケジョナサン; クラークアダム
Original assignee: ATI Technologies ULC; Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: ATI Technologies ULC; Advanced Micro Devices Inc
Priority date: 2020-11-10
Filing date: 2021-11-10
Publication date: 2023-11-17
Anticipated expiration: 2041-11-10
Also published as: CN116635813A; WO2022103879A1; KR20230104886A; JP7419605B2; US11836031B2; US20220147134A1; EP4244701A1

Abstract

電力推定機構のソフトウェアオーバーライドを実行するためのシステム、装置及び方法が開示される。コンピューティングシステムは、電力消費の推定値を生成するための複数のチューニングされたパラメータを含む。チューニングされたパラメータは、システムの実際の状況下での特性評価に基づいて生成される。デプロイ後、システムは、複数の異なるアプリケーションを実行する。特定のアプリケーションを起動する場合、システムは、複数のチューニングされたパラメータを置き換えるために使用されるオーバーライドパラメータの対応するセットをロードする。システムは、以前に決定されたチューニングされたパラメータではなく、オーバーライドパラメータのセットを使用して、電力消費の推定値を生成する。次に、特定のアプリケーションを実行している間、システムは、電力消費の推定値に基づいて、様々なシステム構成要素の電力値及び周波数値を調整する。【選択図】図４

Description

（関連技術の説明）
現代の集積回路（integrated circuit、ＩＣ）の電力消費は、半導体チップの世代ごとに増大する設計課題となっている。ＩＣは、多くの場合、汎用プロセッサ、グラフィックプロセッサ、他の処理ユニット及び他の構成要素等の様々な構成要素の電力消費を管理するための電力管理ユニット（power management unit、ＰＭＵ）を含む。ＰＭＵは、様々な要因に基づいて動的電圧及び周波数スケーリング（dynamic voltage and frequency scaling、ＤＶＦＳ）技術を使用して電力性能状態（Ｐ状態）を調整し得る。Ｐ状態調整のためのアルゴリズムは、最悪の場合の熱的条件を想定し得る。しかしながら、典型的な使用及び環境の間、最悪の場合の熱的条件が実際には適用されない場合がある。その結果、アルゴリズムにおける想定に起因して、より低い性能状態がこれらの時間中に不必要に選択される場合がある。一般的に言えば、性能が高いほど、消費される電力量が大きくなる。逆に、消費される電力量を制限することは、コンピュータ又は他のタイプのプロセッサベースの電子システムの潜在的な性能を制限する。

いくつかのタイプのコンピューティングシステムでは、システムは、全てのアプリケーションについて固定クロック周波数で動作するようにプログラムされる。多くの異なるタイプのアプリケーションがコンピューティングシステム上で動作することができるので、クロック周波数は最悪の場合のシナリオのために選択され、全てのアプリケーションはこの最悪の場合のクロック周波数を使用する。しかしながら、アプリケーションの挙動は典型的に変化し、異なるアプリケーションによって消費される電力量は、固定周波数で動作している間に大きく変化し得る。

本明細書に記載の方法及び機構の利点は、添付の図面と併せて以下の説明を参照することによってより良く理解され得る。

コンピューティングシステムの一実施形態のブロック図である。ソフトウェアが電力管理のためのハードウェア機構をオーバーライドすることを可能にするためのシステムの一実施形態のブロック図である。電力コントローラアルゴリズムの一実施形態のブロック図である。電力推定機構のアプリケーションオーバーライドを可能にする方法の一実施形態を示す概略的なフロー図である。新しい電力推定方程式をロードする方法の一実施形態を示す概略的なフロー図である。オーバーライドパラメータのアプリケーションごとのセットを使用する方法の一実施形態を示す概略的なフロー図である。電力バジェットをコンピューティングシステムの構成要素に割り当てる方法の一実施形態を示す概略的なフロー図である。チューニングされた電力推定パラメータに調整を適用する方法の一実施形態を示す概略的フロー図である。

以下の説明では、本明細書に提示される方法及び機構の十分な理解を提供するために、多数の具体的な詳細が記載されている。しかしながら、当業者は、これらの具体的な詳細なしで様々な実施形態が実施され得ることを認識すべきである。いくつかの例では、本明細書に記載のアプローチを不明瞭にすることを避けるために、周知の構造、構成要素、信号、コンピュータプログラム命令及び技術が詳細に示されていない。説明を簡単且つ明確にするために、図に示される要素は必ずしも縮尺どおりに描かれているわけではないことを理解されたい。例えば、いくつかの要素の寸法は、他の要素に対して誇張されている場合がある。

電力推定パラメータのソフトウェアオーバーライドを可能にするためのシステム、装置及び方法が開示される。一実施形態では、コンピューティングシステムは、様々な電力推定パラメータをチューニングするために実際の状況下での特性評価（post-silicon characterization）を受ける。次いで、これらのチューニングされた電力推定パラメータは、システムにハードコードされる。電力管理ユニットは、これらのハードコードされたパラメータを、実世界環境におけるデプロイ（deployment）中の後続の電力推定計算のために使用する。しかしながら、総電力バジェットの一部をシステム内の異なる構成要素に分配する場合に実行される電力バジェッティング（power budgeting）を最適化するために、電力管理ユニットは、システム上で実行されるソフトウェアが、チューニングされた電力推定パラメータをアプリケーションごとにオーバーライドすることを可能にする。これにより、新しいアプリケーションをシステム上でプロファイリングして、チューニングされた電力推定パラメータの代替セットを生成することができる。この代替セットは、新しいアプリケーションを実行する場合に電力管理ユニットにロードされる。これら及び他の強化された電力推定技術について、本開示の残りの部分を通して記載される。

図１を参照すると、コンピューティングシステム１００の一実施形態のブロック図が示されている。一実施形態では、コンピューティングシステム１００は、少なくともプロセッサ１０５Ａ～１０５Ｎ、入力／出力（input/output、Ｉ／Ｏ）インターフェース１２０、バス１２５、メモリコントローラ１３０、ネットワークインターフェース１３５、メモリデバイス１４０、表示コントローラ１５０、ディスプレイ１５５、及び、電力管理ユニット（ＰＭＵ）１６０を含む。他の実施形態では、コンピューティングシステム１００は他の構成要素を含み、及び／又は、コンピューティングシステム１００は別様に構成される。プロセッサ１０５Ａ～１０５Ｎは、システム１００に含まれる任意の数のプロセッサを表す。

一実施形態では、プロセッサ１０５Ａは、中央処理ユニット（central processing unit、ＣＰＵ）等の汎用プロセッサである。この実施形態では、プロセッサ１０５Ａは、システム１００内の他のプロセッサのうち１つ以上と通信するための、及び／又は、それらのプロセッサのうち１つ以上の動作を制御するためのドライバ１１０（例えば、グラフィックドライバ）を実行する。実施形態に応じて、ドライバ１１０は、ハードウェア、ソフトウェア及び／又はファームウェアの任意の好適な組み合わせを使用して実装することができることに留意されたい。一実施形態では、プロセッサ１０５Ｎは、高並列アーキテクチャを有するデータ並列プロセッサである。データ並列プロセッサは、グラフィックス処理ユニット（graphics processing unit、ＧＰＵ）、デジタル信号プロセッサ（digital signal processor、ＤＳＰ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（field programmable gate array、ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（application specific integrated circuit、ＡＳＩＣ）等を含む。いくつかの実施形態では、プロセッサ１０５Ａ～１０５Ｎは、複数のデータ並列プロセッサを含む。一実施形態では、プロセッサ１０５Ｎは、ディスプレイ１５５に伝達されるように表示コントローラ１５０にピクセルを提供するＧＰＵである。

メモリコントローラ１３０は、プロセッサ１０５Ａ～１０５Ｎによってアクセス可能な任意の数及びタイプのメモリコントローラを表す。メモリコントローラ１３０は、プロセッサ１０５Ａ～１０５Ｎから分離されているものとして示されているが、これは、単に１つの可能な実施形態を表すことを理解されたい。他の実施形態では、メモリコントローラ１３０は、プロセッサ１０５Ａ～１０５Ｎのうち１つ以上の内部に埋め込むことができ、及び／又は、メモリコントローラ１３０は、プロセッサ１０５Ａ～１０５Ｎのうち１つ以上と同じ半導体ダイ上に位置することができる。メモリコントローラ１３０は、任意の数及びタイプのメモリデバイス１４０に結合されている。メモリデバイス１４０は、任意の数及びタイプのメモリデバイスを表す。例えば、メモリデバイス１４０内のメモリのタイプは、ダイナミックランダムアクセスメモリ（Dynamic Random Access Memory、ＤＲＡＭ）、スタティックランダムアクセスメモリ（Static Random Access Memory、ＳＲＡＭ）、ＮＡＮＤフラッシュメモリ、ＮＯＲフラッシュメモリ、強誘電体ランダムアクセスメモリ（Ferroelectric Random Access Memory、ＦｅＲＡＭ）等を含む。

Ｉ／Ｏインターフェース１２０は、任意の数及びタイプのＩ／Ｏインターフェース（例えば、ペリフェラルコンポーネントインターコネクト（peripheral component interconnect、ＰＣＩ）バス、ＰＣＩ－Ｅｘｔｅｎｄｅｄ（ＰＣＩ－Ｘ）、ＰＣＩＥ（ＰＣＩＥｘｐｒｅｓｓ）バス、ギガビットイーサネット（登録商標）（gigabit Ethernet、ＧＢＥ）バス、ユニバーサルシリアルバス（universal serial bus、ＵＳＢ））を表す。様々なタイプの周辺デバイス（図示せず）がＩ／Ｏインターフェース１２０に結合されている。そのような周辺デバイスは、ディスプレイ、キーボード、マウス、プリンタ、スキャナ、ジョイスティック、他のタイプのゲームコントローラ、メディア記録デバイス、外部記憶デバイス、ネットワークインターフェースカード等を含む（が、これらに限定されない）。ネットワークインターフェース１３５は、ネットワークを介してネットワークメッセージを受信及び送信することができる。

ＰＭＵ１６０は、ランタイム中のシステム１００の電力消費及び温度に基づいて、システム１００の様々な機能ユニットに提供される様々な動作設定（例えば、電圧レベル、クロック周波数）を調整することによって、システム１００の電力消費を管理する。一実施形態では、ＰＭＵ１６０は、デプロイ中にシステム１００の電力消費の推定値を生成するために使用されるハードコードされたパラメータ１６５を含む。一実施形態では、パラメータ１６５は、システム１００のプロファイリング段階中に決定される。これらのパラメータ１６５は、１つ以上のキャパシタンス係数、１つ以上のフィルタ係数、１つ以上の誤差係数、１つ以上の誤差率係数、及び、システム１００の機能ユニットに関連付けられている他の変数等の変数を含むことができる。一実施形態では、ＰＭＵ１６０は、プロセッサ１０５Ａ～１０５Ｎ上で実行されるソフトウェアが、アプリケーションごとにパラメータ１６５をオーバーライドすることを可能にする。ソフトウェアは、ハードコードされたパラメータ１６５を、新しいアプリケーションのためにチューニングされたパラメータの新しいセットに置き換えることができる。これにより、新しいアプリケーションが、システム１００の電力推定機構及び電力分配機構をファインチューニングし、ハードコードされたパラメータ１６５を使用して可能であるよりも高い性能を潜在的に達成することができる。これら及び他の電力推定パラメータオーバーライド技術について、本開示の残りの部分を通して記載される。

様々な実施形態では、コンピューティングシステム１００は、コンピュータ、ラップトップ、モバイルデバイス、ゲームコンソール、サーバ、ストリーミングデバイス、ウェアラブルデバイス、又は、様々な他のタイプのコンピューティングシステム若しくはデバイスのうち何れかである。コンピューティングシステム１００の構成要素の数は、実施形態ごとに変化することに留意されたい。例えば、他の実施形態では、図１に示される数よりも多い又は少ない各構成要素が存在する。また、他の実施形態では、コンピューティングシステム１００は、図１に示されていない他の構成要素を含むことにも留意されたい。加えて、他の実施形態では、コンピューティングシステム１００は、図１に示される以外の方法で構築される。

図２を参照すると、ソフトウェアが電力管理のためのハードウェア機構をオーバーライドすることを可能にするためのシステム２００の一実施形態のブロック図が示されている。一実施形態では、システム２００は、様々な構成要素２４５Ａ～２４５Ｎの電力消費及び／又は電力性能状態を制御するための電力管理ユニット２２０を含む。電力管理ユニット２２０は、回路及び／又はプログラム命令の任意の好適な組み合わせを使用して実装され得る。一実施形態では、電力管理ユニット２２０の制御ユニット２２２は、構成要素２４５Ａ～２４５Ｎに提供されるクロック周波数及び電圧を調整して、システム２００が指定された電力、電流及び熱的制限内で動作していることを保証する。加えて、様々な実施形態では、電力管理ユニット２２０の制御ユニット２２２は、電力、電流及び熱的制限を満たしながら、システム２００の性能を最大にしようと試みる。構成要素２４５Ａ～２４５Ｎは、任意の数及びタイプの構成要素（例えば、ＣＰＵ、ＧＰＵ、メモリサブシステム、キャッシュサブシステム、Ｉ／Ｏデバイス）を表す。

一実施形態では、システム２００は、製造後に特定の物理的構成要素の特性に基づいて生成された様々なハードコードされたパラメータ２０５Ａ～２０５Ｎを用いて、電力管理目的のためにチューニングされる。これらのパラメータ２０５Ａ～２０５Ｎは、第１のフィルタアルファ値、第２のフィルタアルファ値、ＣＰＵ誤差係数、ＣＰＵ誤差率係数、ＧＰＵ誤差係数、ＧＰＵ誤差率係数、キャパシタンス係数値等のうち１つ以上を含む。しかしながら、以前にチューニングされたパラメータ２０５Ａ～２０５Ｎのみを使用するのではなく、システム２００は、ソフトウェアがこれらのパラメータ２０５Ａ～２０５Ｎのうち１つ以上をオーバーライドすることを可能にする。例えば、一実施形態では、ソフトウェアは、マルチプレクサ２１０Ａ～２１０Ｎに結合されるオーバーライド値２０３Ａ～２０３Ｎを送信して、ソフトウェアが、記憶されたパラメータ２０５Ａ～２０５Ｎをパラメータごとにオーバーライドすることを可能にする。マルチプレクサ２１０Ａ～２１０Ｎは、個々のパラメータ２０５Ａ～２０５Ｎをオーバーライドするソフトウェアの能力の論理的表現を示すことを意図しているにすぎず、オーバーライド機構の正確な表現であることを意図していないことを理解されたい。

例えば、別の実施形態では、ソフトウェアがオーバーライド値２０３Ａ～２０３Ｎをメモリ内の特定のロケーションに書き込み、次いで、ソフトウェアがオーバーライド要求又はコマンドを送信して（例えば、オーバーライド値をオーバーライドレジスタに書き込む）、オーバーライドモードが有効にされることを電力管理ユニット２２０に通知する。それに応じて、電力管理ユニット２２０は、これらのオーバーライド値２０３Ａ～２０３Ｎを、電圧２３５Ａ～２３５Ｎの電圧レベル及びクロック２４０Ａ～２４０Ｎの周波数をどのようにプログラムするかを決定するために実行される計算の一部として使用する。ソフトウェアから電力管理ユニット２２０にオーバーライド値を供給する他の方法及びオーバーライドモードを開始するための他の技術が可能であり、企図されることに留意されたい。

一実施形態では、オペレーティングシステム（operating system、ＯＳ）（又は他のシステムソフトウェア）は、チューニングされたパラメータ２０５Ａ～２０５Ｎをアプリケーションごとにオーバーライドするかどうかを決定する。例えば、一実施形態では、第１のアプリケーションは、ソフトウェアオーバーライド値の第１のセットを有し、第２のアプリケーションは、ソフトウェアオーバーライド値の第２のセットを有し、以下同様である。これにより、各アプリケーションは、アプリケーションがシステム２００上でどのように実行されるかのプロファイリング及び分析に基づいて、システム２００の性能及び電力消費をファインチューニングすることができる。

様々な実施形態において、電力管理ユニット２２０は、センサから様々な入力及び／又は測定値を受信する。これらの入力及び／又は測定値は、温度測定値、電流測定値等を含む。また、電力管理ユニット２２０は、インターフェース２１２Ａ～２１２Ｎを介してオーバーライド値２０３Ａ～２０３Ｎ及び／又はハードコードされたパラメータ２０５Ａ～２０５Ｎを受信し、電力管理ユニット２２０は、オーバーライド値２０３Ａ～２０３Ｎ及び／又はハードコードされたパラメータ２０５Ａ～２０５Ｎをセンサ入力及び測定値に適用することに基づいて、システム２００のリアルタイム電力消費の推定値を生成する。インターフェース２１２Ａ～２１２Ｎは、実施形態に応じて単一のインターフェース又は複数のインターフェースとして実装され得ることに留意されたい。電力推定値を生成した後、電力管理ユニット２２０は、電力推定値を使用して、構成要素２４５Ａ～２４５Ｎに供給される様々な電圧２３５Ａ～２３５Ｎ及びクロック２４０Ａ～２４０Ｎの周波数をどのように調整するかを決定する。

例えば、一実施形態では、電力管理ユニット２２０は、所定の構成要素２４５Ａ～２４５Ｎに供給される電圧の指標を受信する。また、電力管理ユニット２２０は、所定の構成要素２４５Ａ～２４５Ｎの対応するキャパシタンス係数を取り出す。キャパシタンス係数は、元のハードコードされた値であってもよいし、ソフトウェアによって提供されるオーバーライド値であってもよい。次いで、一実施形態では、電力管理ユニット２２０は、キャパシタンス係数に、スケーリング係数（アルファ）を乗算したクロック周波数を乗算した２乗した電圧を乗算する（すなわち、Ｃ＊Ｖ^２＊Ｆ＊アルファ）。スケーリング係数は、元のハードコードされた値であってもよいし、ソフトウェアによって提供されるオーバーライド値であってもよい。乗算の結果は、所定の構成要素２４５Ａ～２４５Ｎの電力消費の推定値として使用される。電力管理ユニット２２０は、同様の方法で他の構成要素２４５Ａ～２４５Ｎの電力消費の推定値を生成し、次いで、それらの推定値を加算して、システム２００全体の電力消費の推定値を生成する。これは、電力推定値を生成する一例にすぎないことを理解されたい。当業者は、電力推定値を生成するための他の技術が他の実施形態で使用され得ることを理解するであろう。

様々な実施形態では、システム２００の電力推定値を生成した後、電力管理ユニット２２０は、電力推定値を総電力バジェットと比較する。一実施形態では、電力推定値が総電力バジェットよりも大きい場合、電力管理ユニット２２０は、構成要素２４５Ａ～２４５Ｎに供給される電圧及び／又は周波数を減少させて、システム２００の電力消費を減少させる。一実施形態では、電圧及び／又は周波数が減少される量は、電力推定値と総電力バジェットとの差に比例する。電力推定値が総電力バジェット未満である場合、電力管理ユニット２２０は、構成要素２４５Ａ～２４５Ｎに供給される電圧及び／又は周波数を増加させて、システム２００のより高い性能を可能にする。別の実施形態では、電力管理ユニット２２０は、各構成要素２４５Ａ～２４５Ｎを所定の構成要素電力バジェット内に保つ一方で、システム２００全体を総電力バジェット内に保とうと試みる。

最適な性能を達成するために、構成要素２４５Ａ～２４５Ｎに電力を分配するための他の技術を実装することができる。例えば、別の実施形態では、システム２００は全体として電力バジェットを有し、１つの構成要素２４５Ａ～２４５Ｎが、特定の構成要素ごとの制限に制約されるのではなく、電力バジェットからの残りの電力の全てを利用する。システムレベルの電力計算を実行する場合、電力管理ユニット２２０は、個々の構成要素２４５Ａ～２４５Ｎのためのバジェット値又は計算値の何れかを使用することができる。また、更なる実施形態では、電力管理ユニット２２０は、ソフトウェアアプリケーション及び／又はＯＳが、各構成要素２４５Ａ～２４５Ｎに供給される周波数及び電圧を制御することを可能にする。例えば、一実施形態では、周波数及び電圧は、プロファイリング結果に基づいてＯＳ又はアプリケーションによって設定される。システム２００を指定された電力バジェット内に保ちながら、構成要素２４５Ａ～２４５Ｎの間で電力を分配する他の方法が可能であり、企図される。

一実施形態では、システム２００は、任意の数の異なるゲームを実行することができるビデオゲームコンソールである。典型的には、システム２００は製造後に特性評価され、電力計算に使用される下位レベルのパラメータ及び変数（例えば、ハードコードされたパラメータ２０５Ａ～２０５Ｎ）は、この特性評価段階中にチューニングされる。しかしながら、これは、システム２００上でプレイされる異なるタイプのゲームに対してシステム２００がどのように電力を消費するかの違いを考慮していない。ゲームは、製造後にシステム２００上でプロファイリングすることができるが、これは、システム２００が既にデプロイされた後に開発される新しいゲームでは可能ではない。したがって、これらのシナリオを緩和するために、システム２００は、下位レベルの変数が、各異なるゲームタイトルに対して、タイトルごとにソフトウェアによってオーバーライドされることを可能にする。これにより、システム２００上でプレイされる異なるゲームごとに性能を最適化することができる。この例ではビデオゲームコンソールが記載されるが、他のタイプのシステム及び装置も、本明細書に記載の方法及び機構から利益を得ることができることを理解されたい。

図３を参照すると、電力コントローラアルゴリズム３００の一実施形態のブロック図が示されている。一実施形態では、電力コントローラアルゴリズム３００は、電力エンベロープ（すなわち、電力消費の所定の範囲）内に留まるように、システムの構成要素の動作条件を調整するために、コンピューティングシステム（例えば、図１のシステム１００、図２のシステム２００）によって用いられる。別の実施形態では、電力コントローラアルゴリズム３００は、システムを熱的エンベロープ（すなわち、所与の温度範囲）内に保つために使用される。更なる実施形態では、電力コントローラアルゴリズム３００は、システムを電力エンベロープ及び熱的エンベロープ内に保つために使用される。

一実施形態では、コンピューティングシステムの電力消費の推定値を生成するために電力計算３０５が実行される。コンピューティングシステムによって実行されているアプリケーションに応じて、電力計算３０５は、パラメータ値の所定のセットを使用することができるか、又は、電力計算３０５は、特定のアプリケーションに合わせられたパラメータ値のターゲットセットを使用することができる。一実施形態では、電力計算３０５は、実際の状況下での特性評価中に以前に決定されたシステムのロードされたパラメータ値のセットをオーバーライドするパラメータのセットを用いて実行される。電力計算３０５の例は、先に提示した電力方程式（電力＝Ｃ＊Ｖ^２＊Ｆ＊アルファ）である。しかしながら、他の実施形態では、他のタイプの電力方程式を使用することができる。

電力推定値を生成するために電力計算３０５が実行された後、この電力推定値は入力としてフィルタ３１０に提供される。一実施形態では、フィルタ３１０は、時定数を定義する１つの係数（例えば、アルファ係数３１５）を有する無限インパルス応答フィルタを有する２段アルファフィルタである。アルファ係数３１５は、電力方程式で使用されるアルファ変数とは異なる変数であることに留意されたい。２段フィルタは、直列の２つのアルファフィルタとして実装することができる。一実施形態によるフィルタ３１０の例が、フィルタ３１０の下の破線ボックス３１２内の方程式に示されている。この実施形態では、フィルタ３１０は、値（ＡＬＰＨＡ）及び（１－ＡＬＰＨＡ）に基づいて計算される２つの出力段（ＯＵＴＰＵＴ＿ＳＴＡＧＥ１_ｎ及びＯＵＴＰＵＴ＿ＳＴＡＧＥ２_ｎ）を有する。破線ボックス３１２内の方程式は、フィルタ３１０を実装するための１つの方法を表すにすぎないことを理解されたい。他の実施形態では、フィルタ３１０を実装する場合に他のタイプのフィルタ方程式を使用することができることに留意されたい。

フィルタ３１０の出力（すなわち、破線ボックス３２２内のＦＩＬＴＥＲ＿ＯＵＴＰＵＴ_ｎ）は、比例微分（proportional-derivative、ＰＤ）コントローラ３２０に提供される。一実施形態では、ＰＤコントローラ３２０は、Ｐ係数及びＤ係数３２５に基づくが、積分係数が０に設定された比例微分制御ループ機構を使用して、制御されているクロックの周波数ターゲットを調整する。Ｐ係数及びＤ係数３２５は、それぞれ誤差係数及び誤差率係数とも呼ばれ得ることに留意されたい。比例微分制御ループ機構の実施形態の一例が、破線ボックス３２２の方程式に示されている。他の実施形態では、ＰＤコントローラ３２０は、比例微分制御に基づくもの以外の他のタイプの制御ループ機構を使用することができる。

破線ボックス３２２の方程式に示されているように、誤差項は、絶対誤差ではなく百分率誤差として計算される。破線ボックス３２２の方程式では、誤差係数は「ＥＲＲＯＲ＿ＣＯＥＦＦ」と称され、誤差率係数は「ＥＲＲＯＲ＿ＲＡＴＥ＿ＣＯＥＦＦ」と称される。比例微分コントローラ３２０の出力は、制御されているクロックの周波数ターゲットを変更するために周波数変更ブロック３３０に提供される。一実施形態では、ＰＤコントローラ３２０の出力が計算されると、この出力は、所定のコントローラの前の周波数ターゲットに対する周波数ターゲットに加算される。次いで、最終周波数ターゲットは、そのクロックの最大周波数及び最小周波数内にあるように制限される。所定の構成要素について周波数変更を開始した後、電力管理ユニットは、再び開始して新しい電力計算３０５を行う前に、待機ブロック３３５によって示されるように、ある量の時間（例えば、１ミリ秒（ｍｓ））待機する。

次に、図４を参照すると、電力推定機構のアプリケーションオーバーライドを可能にするための方法４００の一実施形態が示されている。説明のために、この実施形態におけるステップ及び図５～図８のステップは順番に示されている。しかしながら、記載された方法の様々な実施形態では、記載された要素のうち１つ以上が、示されたものとは異なる順序で同時に実行されてもよいし、完全に省略されてもよいことに留意されたい。必要に応じて、他の追加の要素も実行される。本明細書に記載の様々なシステム又は装置の何れも、方法４００を実施するように構成されている。

コンピューティングシステムは、新しいソフトウェアアプリケーションの実行の開始を検出する（ブロック４０５）。新しいソフトウェアアプリケーションが開始されていることを検出したことに応じて、コンピューティングシステムは、新しいソフトウェアアプリケーションの実行中に、電力推定オーバーライドモードで動作するかどうかを決定する（ブロック４１０）。一実施形態では、新しいソフトウェアアプリケーションは、新しいソフトウェアアプリケーションの実行中に、電力推定オーバーライドモードを使用するかどうかを指定する指標又は設定を含む。他の実施形態では、電力推定オーバーライドモードを実施するかどうかを決定する他の方法が使用され得る。

コンピューティングシステムが電力推定オーバーライドモードで動作することを決定した場合（条件付きブロック４１５、「はい」）、コンピューティングシステムは、新しいソフトウェアアプリケーションに関連付けられたオーバーライドパラメータの所定のセットをロードする（ブロック４２０）。次に、コンピューティングシステムは、オーバーライドパラメータの所定のセットを電力管理ユニットにプログラムする（ブロック４２５）。新しいソフトウェアアプリケーションの実行中に、電力管理ユニットは、様々な電力関連値に関連付けられたランタイム測定値及び設定を受信する（ブロック４３０）。例えば、これらの測定値は、温度測定値、電流測定値、電圧レベル、周波数設定、並びに、他の測定値及び設定を含むことができるが、これらに限定されない。次いで、電力管理ユニットは、オーバーライドパラメータの所定のセットをランタイム測定値及び設定に適用することに基づいて、新しいアプリケーションのランタイム実行中に、電力推定値を生成する（ブロック４３５）。次に、電力管理ユニットは、生成された電力推定値に基づいて、１つ以上の構成要素に供給される電圧レベル及び／又はクロック周波数を調整する（ブロック４４５）。一実施形態では、電力管理ユニットは、所定の電力ターゲットを満たすように、生成された電力推定値に基づいて１つ以上の構成要素に供給される電圧レベル及び／又はクロック周波数を調整する。ブロック４４５の後、方法４００は終了する。

そうではなく、コンピューティングシステムが標準電力推定モードで動作すると決定した場合（条件付きブロック４１５、「いいえ」）、電力管理ユニットは、パラメータの所定のセットをランタイム測定値及び設定に適用することに基づいて、新しいアプリケーションのランタイム実行中に電力推定値を生成する（ブロック４４０）。ブロック４４０の後、電力管理ユニットは、生成された電力推定値に基づいて、１つ以上の構成要素に供給される電圧レベル及び／又はクロック周波数を調整する（ブロック４４５）。

図５を参照すると、新しい電力推定方程式をロードするための方法５００の一実施形態が示されている。コンピューティングシステムは、実行されている新しいアプリケーションを検出する（ブロック５０５）。次に、コンピューティングシステムは、新しいアプリケーションに関連付けられた新しい電力推定方程式をロードする（ブロック５１０）。新しい電力推定方程式は、新しいアプリケーションが、現在のコンピューティングシステムに類似又は一致するテストコンピューティングシステム上で実行されている間に、プロファイリング段階中に生成され得ることに留意されたい。システム上で実行されるソフトウェア（例えば、ＯＳ）は、新しい電力推定方程式を使用するように電力管理ユニットをプログラムする（ブロック５１５）。電力管理ユニットは、新しい電力推定方程式によって置き換えられる（すなわち、プリエンプトされる）既存の電力推定方程式を含み、新しい電力推定方程式は、既存の電力推定方程式とは異なることに留意されたい。既存の電力推定方程式は「第１の電力推定方程式」と呼ばれ、新しい電力推定方程式は「第２の電力推定方程式」と呼ばれることに留意されたい。代替的に、電力管理ユニットは、既存の電力推定方程式を保持することができ、アプリケーションは、既存の電力推定方程式又は新しい電力推定方程式の何れかを使用するように選択することができる。他の実施形態では、電力管理ユニットは、３つ以上の個別の電力推定方程式を維持し、任意の方程式が所定のアプリケーションによって選択され得る。

次に、新しいアプリケーションの実行中に、電力管理ユニットは、新しい電力推定方程式を使用して電力推定値を生成する（ブロック５２０）。電力管理ユニットは、電力推定値に基づいて、１つ以上の構成要素の動作条件（例えば、電圧レベル、クロック周波数）の調整を行う（ブロック５２５）。ブロック５２５の後、方法５００は終了する。コンピューティングシステムが後の時点で異なるアプリケーションを実行する場合、コンピューティングシステムは、前の電力推定方程式に戻るか、又は、他のアプリケーションに固有の別の新しい電力推定方程式をロードすることができることに留意されたい。場合によっては、各アプリケーションは、アプリケーションの一意のプロファイルを追跡する、それ自体のファインチューニングされた電力推定方程式を有することが可能である。ブロック５２０及びブロック５２５は、複数の電力推定値を生成し、対応する調整を行うために、新しいアプリケーションの実行中に任意の回数繰り返すことができることにも留意されたい。

図６を参照すると、オーバーライドパラメータのアプリケーションごとのセットを使用するための方法６００の一実施形態が示されている。プロセッサが、電力推定パラメータオーバーライド機構を含む電力管理ユニットを有するコンピューティングシステム上で第１のアプリケーションを実行する（ブロック６０５）。第１のアプリケーションを実行する前又は実行している間、プロセッサは、オーバーライドパラメータの第１のセットを電力管理ユニットに渡す（ブロック６１０）。電力管理ユニットは、第１のアプリケーションの実行中に、オーバーライドパラメータの第１のセットを使用してコンピューティングシステムの電力推定値を計算する（ブロック６１５）。次に、電力管理ユニットは、計算された電力推定値に基づいて、１つ以上の動作設定（例えば、構成要素ごとの供給電圧の大きさ、構成要素ごとのクロック周波数）を調整する（ブロック６２０）。後の時点で、プロセッサは、第１のアプリケーションとは異なる第２のアプリケーションに実行を切り替える（ブロック６２５）。

第２のアプリケーションの実行前又は実行中に、プロセッサは、電力管理ユニットに伝達される電力推定パラメータオーバーライド要求を生成する（ブロック６３０）。また、プロセッサは、オーバーライドパラメータの第２のセットを電力管理ユニットに渡し、オーバーライドパラメータの第２のセットは、オーバーライドパラメータの第１のセットとは異なる（ブロック６３５）。一実施形態では、オーバーライドパラメータの第２のセットは、第２のアプリケーションによって指定及び／又は提供される。電力推定パラメータオーバーライド要求を検出したことに応じて、電力管理ユニットは、第２のアプリケーションの実行中に、オーバーライドパラメータの第２のセットを使用してコンピューティングシステムの電力推定値を計算する（ブロック６４０）。次いで、電力管理ユニットは、計算された電力推定値に基づいて１つ以上の動作設定を調整する（ブロック６４５）。ブロック６４５の後、方法６００は終了する。方法６００は、任意の数の他のアプリケーションに対して実行することができ、各アプリケーションは、それ自体のオーバーライドパラメータのセットを有することに留意されたい。また、一実施形態では、第１及び第２のアプリケーションは、ゲームコンソール上で実行されている第１及び第２のゲームを表すことに留意されたい。他の実施形態では、第１及び第２のアプリケーションは、他のタイプのコンピューティングシステム上で実行される他のタイプのソフトウェアアプリケーションであり得る。

図７を参照すると、電力バジェットをコンピューティングシステムの構成要素に割り当てるための方法７００の一実施形態が示されている。電力管理ユニットは、Ｎ個の構成要素から構成されるコンピューティングシステム全体の総電力バジェットの指標を取り出す（ブロック７０５）。「Ｎ」個の構成要素の数は、システムごとに異なる場合があり、Ｎは１よりも大きい正の整数である。電力管理ユニットは、コンピューティングシステム全体の総電力バジェットを超えないように、Ｎ個の構成要素の各々に電力を割り当てる（ブロック７１０）。ランタイム中、電力管理ユニットは、複数の下位レベル変数を使用してＮ個の構成要素の電力消費を計算する（ブロック７１５）。複数の下位レベル変数は、実際の状況下での特性評価中に決定されたチューニングされた変数だけでなく、ＯＳ又はソフトウェアアプリケーションによって提供されるオーバーライド変数を含むことができる。

次に、電力管理ユニットは、総電力バジェットから「Ｎ－１」個の構成要素ごとの電力消費値を減算することによって、システム全体の利用可能な電力バジェットを決定する（ブロック７２０）。次に、電力管理ユニットは、利用可能な電力バジェットの全てをＮ番目の構成要素に割り当てる（ブロック７２５）。方法７００のＮ番目の構成要素は、任意のタイプの構成要素とすることができ、そのタイプは実施形態ごとに異なる。例えば、一実施形態では、Ｎ番目の構成要素はＧＰＵである。他の実施形態では、Ｎ番目の構成要素は、様々な他のタイプの構成要素のうち何れかであり得る。ブロック７２５の後、方法７００は終了する。方法７００は、Ｎ番目の構成要素に割り当てられる電力バジェットを更新するために周期的に繰り返すことができることに留意されたい。

図８を参照すると、チューニングされた電力推定パラメータに調整を適用するための方法８００の一実施形態が示されている。コンピューティングシステムは、システム上で実行される所定のアプリケーションをロードする（ブロック８０５）。所定のアプリケーションをロードすることの一部として、コンピューティングシステムは、複数のオーバーライド調整値を電力管理ユニットにプログラムする（ブロック８１０）。電力管理ユニットは、複数の調整値を複数のチューニングされた電力推定パラメータに適用する（ブロック８１５）。例えば、１２個の異なるチューニングされたパラメータがある場合、ソフトウェアは、これらの１２個のチューニングされたパラメータに適用する１２個の調整値を指定することができる。場合によっては、ソフトウェアは、チューニングされたパラメータの全てを変更するのではなく、チューニングされたパラメータのサブセットについての調整値を指定することができる。各調整値は、一実施形態では、第１の調整値が１２０％であり、第２の調整値が９０％であり、以下同様であるような百分率であり得る。この例では、調整値にチューニングされたパラメータ値を乗算して、調整されたパラメータ値を生成する。

次に、所定のアプリケーションの実行中に、電力管理ユニットは、チューニングされた電力推定パラメータに適用される調整に基づいて電力推定値を生成する（ブロック８２０）。次いで、電力管理ユニットは、生成された電力推定値に基づいて様々な構成要素に電力を割り当てる（ブロック８２５）。ブロック８２５の後、方法８００は終了する。

様々な実施形態では、ソフトウェアアプリケーションのプログラム命令を使用して、本明細書に記載の方法及び／又は機構を実装する。例えば、汎用又は専用プロセッサによって実行可能なプログラム命令が企図される。様々な実施形態では、そのようなプログラム命令は、高レベルプログラミング言語によって表される。他の実施形態では、プログラム命令は、高レベルプログラミング言語からバイナリ、中間又は他の形式にコンパイルされる。代替的に、ハードウェアの挙動又は設計を説明するプログラム命令が書かれる。そのようなプログラム命令は、Ｃ等の高レベルプログラミング言語によって表される。代替的に、Ｖｅｒｉｌｏｇ等のハードウェア設計言語（hardware design language、ＨＤＬ）が使用される。様々な実施形態では、プログラム命令は、様々な非一時的なコンピュータ可読記憶媒体の何れかに記憶される。記憶媒体は、プログラム実行のためにプログラム命令をコンピューティングシステムに提供するために、使用中にコンピューティングシステムによってアクセス可能である。一般的に言えば、そのようなコンピューティングシステムは、少なくとも１つ以上のメモリと、プログラム命令を実行するように構成された１つ以上のプロセッサと、を含む。

上記の実施形態は、実施形態の非限定的な例にすぎないことを強調しておきたい。上記の開示が十分に理解されると、多数の変形及び修正が当業者に明らかになるであろう。以下の特許請求の範囲は、全てのそのような変形及び修正を包含するものと解釈されることが意図されている。

Claims

コンピューティングシステムであって、
１つ以上の機能ユニットと、
電力管理ユニットと、を備え、
前記電力管理ユニットは、
前記コンピューティングシステムが第１のアプリケーションを実行している間に、電力推定パラメータの第１のセットに基づいて、ランタイム中の前記１つ以上の機能ユニットによる電力消費の第１の推定値を生成することと、
前記第１の推定値に基づいて、前記１つ以上の機能ユニットの１つ以上の電力関連設定を調整することと、
電力推定パラメータオーバーライド要求を検出したことに応じて、前記電力推定パラメータの第１のセットを電力推定パラメータの第２のセットに置き換えることであって、前記電力推定パラメータの第２のセットは、前記電力推定パラメータの第１のセットと異なる、ことと、
前記コンピューティングシステムが第２のアプリケーションを実行している間に、前記電力推定パラメータの第２のセットに基づいて、ランタイム中の前記１つ以上の機能ユニットによる電力消費の第２の推定値を生成することと、
前記第２の推定値に基づいて、前記１つ以上の機能ユニットの１つ以上の電力関連設定を調整することと、
を行うように構成されている、
コンピューティングシステム。
前記電力推定パラメータの第１のセットは、デプロイ前の特性評価段階中に生成され、前記１つ以上の電力関連設定は、供給電圧の大きさ及びクロック周波数を含む、
請求項１のコンピューティングシステム。
前記電力管理ユニットは、
前記第２のアプリケーションに関連付けられた複数の調整値を受信することと、
前記電力推定パラメータの第２のセットを生成するために、前記電力推定パラメータの第１のセットに前記複数の調整値を適用することと、
を行うように構成されている、
請求項１のコンピューティングシステム。
前記電力推定パラメータの第１のセット及び第２のセットは、前記１つ以上の機能ユニットの１つ以上のキャパシタンス係数、１つ以上のフィルタ係数、誤差係数、及び、誤差率係数を含む、
請求項１のコンピューティングシステム。
前記１つ以上の機能ユニットは、中央処理ユニット（ＣＰＵ）及びグラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）を含む、
請求項１のコンピューティングシステム。
前記ＣＰＵは、前記電力推定パラメータオーバーライド要求を生成するためのプログラム命令を実行するように構成されている、
請求項５のコンピューティングシステム。
前記電力推定パラメータの第２のセットは、前記第２のアプリケーション固有である、
請求項６のコンピューティングシステム。
方法であって、
コンピューティングシステムが第１のアプリケーションを実行している間に、電力管理ユニットが、電力推定パラメータの第１のセットに基づいて、ランタイム中の１つ以上の機能ユニットによる電力消費の第１の推定値を生成することと、
前記第１の推定値に基づいて、前記１つ以上の機能ユニットの１つ以上の電力関連設定を調整することと、
電力推定パラメータオーバーライド要求を検出したことに応じて、前記電力推定パラメータの第１のセットを電力推定パラメータの第２のセットに置き換えることであって、前記電力推定パラメータの第２のセットは、前記電力推定パラメータの第１のセットと異なる、ことと、
前記コンピューティングシステムが第２のアプリケーションを実行している間に、前記電力推定パラメータの第２のセットに基づいて、ランタイム中の前記１つ以上の機能ユニットによる電力消費の第２の推定値を生成することと、
前記第２の推定値に基づいて、前記１つ以上の機能ユニットの１つ以上の電力関連設定を調整することと、を含む、
方法。
前記電力推定パラメータの第１のセットは、デプロイ前の特性評価段階中に生成され、前記１つ以上の電力関連設定は、供給電圧の大きさ及びクロック周波数を含む、
請求項８の方法。
前記第２のアプリケーションに関連付けられた複数の調整値を受信することと、
前記電力推定パラメータの第２のセットを生成するために、前記電力推定パラメータの第１のセットに前記複数の調整値を適用することと、を含む、
請求項８の方法。
前記電力推定パラメータの第１のセット及び第２のセットは、前記１つ以上の機能ユニットの１つ以上のキャパシタンス係数、１つ以上のフィルタ係数、誤差係数、及び、誤差率係数を含む、
請求項８の方法。
前記１つ以上の機能ユニットは、中央処理ユニット（ＣＰＵ）及びグラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）を含む、
請求項８の方法。
前記ＣＰＵが、前記電力推定パラメータオーバーライド要求を生成するためのプログラム命令を実行することを含む、
請求項１２の方法。
前記電力推定パラメータの第２のセットは、前記第２のアプリケーション固有である、
請求項１３の方法。
装置であって、
複数のオーバーライド電力推定パラメータを受信するように構成されたインターフェースと、
制御ユニットと、を備え、
前記制御ユニットは、
電力推定パラメータオーバーライド要求を検出したことに応じて、電力推定パラメータの第１のセットを電力推定パラメータの第２のセットに置き換えることであって、前記電力推定パラメータの第２のセットは、前記電力推定パラメータの第１のセットと異なる、ことと、
コンピューティングシステムが所定のアプリケーションを実行している間に、前記電力推定パラメータの第２のセットに基づいて、ランタイム中の１つ以上の機能ユニットによる電力消費の推定値を生成することと、
前記推定値に基づいて、１つ以上の機能ユニットの１つ以上の電力関連設定に対して調整を行うことと、
を行うように構成されている、
装置。
前記電力推定パラメータの第１のセットは、デプロイ前の特性評価段階中に生成され、前記１つ以上の電力関連設定は、供給電圧の大きさ及びクロック周波数を含む、
請求項１５の装置。
前記制御ユニットは、
第２のアプリケーションに関連付けられた複数の調整値を受信することと、
前記電力推定パラメータの第２のセットを生成するために、前記電力推定パラメータの第１のセットに前記複数の調整値を適用することと、
を行うように構成されている、
請求項１５の装置。
前記電力推定パラメータの第１のセット及び第２のセットは、前記１つ以上の機能ユニットの１つ以上のキャパシタンス係数、１つ以上のフィルタ係数、誤差係数、及び、誤差率係数を含む、
請求項１５の装置。
前記１つ以上の機能ユニットは、中央処理ユニット（ＣＰＵ）及びグラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）を含む、
請求項１５の装置。
前記電力推定パラメータの第２のセットは、前記所定のアプリケーション固有である、
請求項１５の装置。