JP4360938B2 - プロセッサ及びその駆動方法並びに電子情報処理機器 - Google Patents

Description

本発明は、低消費電力動作機能を有するプロセッサおよびそれを内蔵する情報処理機器における低消費電力技術に関する。

近年、電子情報機器や携帯型情報処理機器の分野においては、それらの機器に使用されるプロセッサの処理能力を向上させることに加えて、プロセッサの消費電力を軽減することが、特に携帯型の情報処理装置の技術分野において重要となってきている。
消費電力の軽減化は、一般に、プロセッサに供給するクロックの周波数の制御や、電源電圧の供給の制御により行われる（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。従来のプロセッサの駆動モードとして、低電力動作モードを設け、プロセッサでの消費電力を通常の動作モード（非低電力動作モード）の場合よりも低下して、プロセッサ単体での消費電力を低下させている。すなわち、従来の低消費電力モードにおいては、プロセッサ単体の消費電力すなわちプロセッサの発熱量が小さくなるように、プロセッサへ供給するクロック周波数、電源電圧の制御がなされている。
特表２００１−５１７３３２号公報 特表２００２−５４３５１３号公報

以上のように、従来の低消費電力モードは、プロセッサの単位時間当たりの消費電力に着目している。しかし、電池の消耗の観点から考えた場合、時間的なトータルで消費される電力量を考慮する必要がある。すなわち、所定量の処理を完結するのに消費される電力について考える必要があり、この場合、従来の低消費電力モードは、必ずしも低消費電力動作を実現しているものではない。

従来の低消費電力モードでプロセッサを動作させた場合、プロセッサにおける単位時間当たりの消費電力は確かに低減する。しかし、この場合、電源の効率が低下するとともにプロセッサの処理能力が低下するため、所定量の処理を完了するまでに要する時間はより長くなり、電池の消費時間が増加する。このため、単位時間当たりの消費電力は低減されていても、１つの処理を終えるのに要する時間は長くなるため、全体としての電力消費量（＝単位時間当りの電力×処理に要した時間）は低減されていないという場合もある。つまり、低消費電力モードによる処理時間の増加の割合が、低消費電力モードによる消費電力の低下の割合を上回る場合は、電池の消耗という観点からみるとかえって増加することになる。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池の消費電力を真に低減するプロセッサ及びその駆動方法並びにそのようなプロセッサを備えた電子情報機器を提供することにある。

本発明に係るプロセッサは、クロック発振器から供給されるクロック信号の周波数で動作するとともに、電源回路から供給される電源電圧で動作し、クロック信号の周波数及び前記電源電圧を制御可能なプロセッサである。プロセッサは単位データ処理に対する消費エネルギがその最小値を含む所定範囲内の値となるように、クロック発振器が供給する周波数及び電源回路が供給する電源電圧を制御する。単位データ処理に対する消費エネルギは、周波数と、電源電圧と、電源回路の電源効率とによって規定される。

プロセッサは、周波数と電源電圧と電源回路の電源効率とに基づいて、単位データ処理に対する消費エネルギを算出する手段と、消費エネルギがその最小値を含む所定範囲内の値となるように、クロック発振器が供給する周波数及び前記電源回路が供給する電源電圧を制御する手段とを備えてもよい。

プロセッサは、周波数と電源電圧と電源回路の電源効率とによって規定される消費エネルギと、所定のデータ処理とを関連づけて格納するテーブルが記録された記憶手段と、記憶手段に格納されたテーブルに基づき、消費エネルギがその最小値を含む所定範囲内の値となるように、クロック発振器が供給する周波数及び電源回路が供給する電源電圧を制御する手段とを備えてもよい。

プロセッサは、周波数と電源電圧と電源回路の電源効率とによって規定される消費エネルギがその最小値を含む所定範囲内の値となるように、クロック発振器が供給する周波数及び電源回路が供給する電源電圧の値を設定する第１の動作モードと、第１の動作モードと異なる第２の動作モードとを有してもよい。

プロセッサは、電源回路に接続される電池の状態をモニタし、電池の状態に応じて動作モードを切替えてもよい。

プロセッサは、第１の動作モードにおいて設定される周波数及び電源電圧の値を電源回路の温度に応じて変更してもよい。

プロセッサは、ダウンロード処理、静止画の表示処理、撮影した画像の記録処理等の所定の処理を行うときにのみ前記第１の動作モードで動作する。

本発明に係る電子機器は、クロック発振器、電源回路及び上記のプロセッサを含む。

本発明に係る方法は、クロック発振器から供給されるクロック信号の周波数で動作するとともに、電源回路から供給される電源電圧で動作し、クロック信号の周波数及び電源電圧を制御可能なプロセッサの駆動方法であって、周波数と、電源電圧と、電源回路の電源効率とによって規定される、単位データ処理に対する消費エネルギが最小値又はその最小値を含む所定範囲内の値となるように、クロック発振器が供給する周波数及び前記電源回路が供給する電源電圧を制御する。

本発明によれば、単位データ処理について消費エネルギが小なる動作領域を、周波数と、電圧と、電源が有する電源効率とによって規定し、その小なる動作領域においてプロセッサの演算処理をさせるので、単にプロセッサのみの低消費電力化を行っていた技術と比較して、電子情報機器の消費電力を抑制することができる。その結果、例えば電池の使用時間を長くするという効果を得ることができる。この効果は、商用電源に直接接続せず、電池からエネルギを得る携帯型情報処理機器においてさらに顕著になる。

以下、図面を参照しながら、本発明に係るプロセッサ及びプロセッサの駆動方法の実施の形態を説明する。なお、図面においては実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。

（実施の形態１）
図１に本発明の実施の形態１の電子情報機器の構成を示す。本実施形態の電子情報機器１００は、プロセッサ１０と、クロック発振器２０と、電源回路３０と、データ格納部５０と、入力操作部６０と、表示部７０とを備えている。

プロセッサ１０はＣＰＵ等の演算処理装置であり、クロック発振器２０に周波数制御信号を発する。クロック発振器２０は周波数制御信号に応じた周波数のクロック信号をプロセッサ１０に出力する。プロセッサ１０はクロック信号の周波数を動作周波数として動作（駆動）する。すなわち、プロセッサ１０は、典型的には周波数制御信号の周波数で動作する。また、プロセッサ１０は、電源回路３０に電圧要求信号を発する。電源回路３０は電圧要求信号に応じた電圧を出力し、プロセッサ１０は電源回路３０からの出力電圧を駆動電圧として動作する。プロセッサ１０は動作途中でクロック周波数および電源電圧の少なくとも一つを変えることができる。

クロック発振器２０は発振回路２１と分周回路２２とから構成されており、プロセッサ１０から受けた周波数制御信号に基づいて出力クロック信号ＣＬＫの周波数を変更する。分周回路２２は、発振回路２１の周波数をプロセッサから与えられた分周比Ｎで分周したクロック信号を出力する。分周回路２２は、例えば、発振回路２１からのクロック信号の周期を１／２周期（Ｎ＝２）や、１／４周期（Ｎ＝４）にする。本実施形態では、周波数制御信号は、要求する周波数に応じた分周比Ｎを与えるものとする。なお、分周回路２２を用いずに、リニアに周波数を可変する電圧制御発振器（ＶＣＯ）を用いてもよい。

データ格納部５０はプロセッサ１０が電源供給の制御において使用する種々のパラメータを記録する。具体的には、データ格納部５０は設定値テーブル５１、処理量テーブル５３を格納する。設定値テーブル５１は、種々の動作モードに対する、プロセッサ１０のクロック周波数と電源電圧の設定値を格納する。処理量テーブル５３は、プロセッサ１０が実行するコマンドとその処理量（負荷量）とを関連づけたテーブルである。

入力操作部６０はキーボード、キーパッド、マウス等の電子情報機器１００のユーザが情報や指示を入力するための手段である。表示部７０は文字や画像等の情報を表示する。

電源回路３０は、プロセッサ１０からの電圧要求信号（Ｖ^*）に基づいた電圧を生成し、プロセッサ１０に電源電圧ＶDDとして印加する。したがって、プロセッサ１０は、電圧要求信号（Ｖ^*）の電圧で動作する。電子情報機器１００が携帯型情報処理機器（例えば、ノートパソコン、携帯電話、ＰＤＡなど）である場合には、電源回路３０は、電池４０に電気的に接続されて、その電池４０からエネルギの供給を行う。

図２に電源回路３０の構成を示す。電源回路３０はスイッチング素子３１、デューティ制御器３２、インダクタ３３、ダイオード３４及びコンデンサ３５からなる。デューティ制御器３２は例えばＩＣからなり、スイッチング素子は例えばＦＥＴである。電源回路３０はＤＣ／ＤＣコンバータであり、電池４０から供給される一定電圧（Ｖin）を、プロセッサ１０からの電圧要求信号（Ｖ^*）に応じた電圧（Ｖout）に変換する。ここでスイッチング素子３１は、典型的にはトランジスタ（ＦＥＴ）である。デューティ制御器３２は、プロセッサ１０からの電圧要求信号（Ｖ^*）を受け、かつ電圧検出器３６を介してＶoutを検出し、出力電圧（Ｖout）が要求された電圧となるように、スイッチング素子３１をＯＮ／ＯＦＦする。

ここで、電源回路３０における損失（効率（η））について説明する。電源回路３０における損失として、大きく分けて、固定損と、負荷電流によって発生する損失とがある。固定損には、例えば、スイッチング素子３１駆動時に生ずるスイッチング素子の駆動損失、デューティ制御器３２での消費による損失がある。一方、負荷電流によって発生する損失としては、例えば、スイッチング素子３１の導通損失、インダクタ３３の導通損失、ダイオード３４の順方向電圧降下による損失が挙げられる。固定損は、常に一定値存在するので、電源回路３０の出力をゼロにしても、固定損の分による損失があるため、損失がゼロになることはない。つまり、プロセッサ１０のみで消費電力を最小にしようと動作させても、そのような軽負荷時の電源回路３０の動作においては、固定損が存在する分、重負荷時の電源回路３０の動作よりも固定損の損失全体に対する割合が大きくなってしまい、その結果、電源回路３０においては軽負荷時には高効率になり得ないことが機器全体の消費電力に影響を与えてしまう。すなわち、機器全体の消費電力の低減化を考える場合、電源回路３０の電源効率を考慮した上で、消費エネルギが実質的に最も小なる領域で動作させることが必要である。

ここで、本実施形態での低消費電力動作の考え方について説明する。
プロセッサ１０の周囲の構成だけに注目した従来の低消費電力動作では、プロセッサ１０に与えられた処理に対して消費電力が小さくなるように、クロック周波数と電源電圧と（場合によっては、周波数のみ）を制御する。言い換えると、プロセッサの発熱を最小化するように、クロック周波数と電源電圧を制御する。しかしながら、負荷であるプロセッサ１０を電池から見た場合、電源回路３０は、理想的なものでなく、実際には、所定の電源効率ηを持つので、電池駆動時間をのばすためには、電源回路３０の損失も考慮すべきである。つまり、電源回路３０とプロセッサ１０の両方を含めて、より消費電力が小さくなるような、周波数と電圧とを設定するのが好ましい。
本発明者は、所定のプロセッサ（ここでは、インテル社製のXscale）を用いて所定量のデータ処理を行う場合の、消費電力、電池４０からの電流、電池４０からの供給電力の総量（消費電力）を試算した。結果を下記表１に示す。

なお、表１において、消費電力、電池電流、処理時間、消費エネルギの値は、説明の便宜上、所定の係数を省略した相対値で表している。表１において、電源電圧（ＶDD）とクロック周波数（ｆ）はプロセッサ１０の仕様により決定され、それらは一対一に対応づけられている。駆動電圧（ＶDD）とクロック周波数（ｆ）とから消費電力はｆＶ²で求まる。また、電源回路３０の電源効率（η）は、電源電圧（ＶDD）とクロック周波数（ｆ）に応じて電源回路３０の仕様により定まる。電池電流の値はｆＶ²／ηで表すことができる。

ここで、周波数の違いによって生じる処理時間を４００／ｆとして求めている。なお、処理時間の値は、駆動電圧が１．３［Ｖ］の場合の処理時間を基準として正規化して得られる相対値で示している。消費エネルギは電池電流と処理時間（相対値）の積として算出している。表１の関係をプロットしたものを図３に示す。

図３に示すように、プロセッサ１０の消費電力を抑制しようとして、クロック周波数（ｆ）を最も低いレベル（１３３ＭＨｚ）に下げたとしても、消費エネルギは最小とはなっていない。これは、電源効率（η）の影響によるものである。二番目に低いクロック周波数（２００ＭＨｚ）での動作の場合に、最も低い消費エネルギの値を示している。従来の方法では、最も周波数を小さくして消費電力の低減を図っていたが、同図に示すように、そのような制御方法では、消費エネルギは最小とはならない場合があることが分かる。

そこで、本実施形態では、消費エネルギが最小となる動作点を見つけ、その動作点又はその動作点を含む所定の動作領域でプロセッサ１０を駆動する動作モード（最適動作モード）を設けた。この動作モードでは、プロセッサ１０単体での消費電力は必ずしも最小にはならないが、プロセッサ１０の処理能力との兼ね合いで、電源回路３０の効率をも考慮した消費エネルギは、単に周波数を最小とする場合よりも、低減することができる。

すなわち、本実施形態の電子情報機器の場合、プロセッサ１０が、上記動作点またはそれを含む動作領域で駆動する。言い換えると、プロセッサ１０は、単位データ処理について消費エネルギが最小または極小となる動作領域で、演算処理をさせる機能を備えている。ここで、単位データ処理についての消費エネルギは、周波数（ＣＬＫ）と、電圧（Ｖ）と、電源回路３０が有する電源効率（η）とによって規定される。なお、「単位データ処理」は、一定量のデータを処理する行為であるので、クロック周波数が高くなれば、処理は早く終わり、一方、クロック周波数が低くなれば、処理は遅く終わる。

図４Ａに、そのような機能をプロセッサ１０に実現させるための構成の一例を示す。プロセッサ１０は消費エネルギ算出部１０ａと駆動電力制御部１０ｂとを備える。消費エネルギ算出部１０ａは、種々のクロック周波数について、クロック周波数と電源電圧と電源効率とから、単位データ処理についての消費エネルギを算出する。駆動電力制御部１０ｂは、算出した結果から、単位データ処理について消費エネルギが小となる動作領域（すなわち周波数及び電源電圧）を求め、求めた動作領域（図３の場合、２００[ＭＨｚ]、１．１[Ｖ]）で、プロセッサ１０を駆動するように、周波数制御信号及び電圧要求信号を生成し、出力する。ここで「小となる動作領域」とは、典型的には、算出した「単位データ処理についての消費エネルギ」が極小（最小）となる点、又はその点を含む所定の領域のことをいい、例えば、極小点±（極小点の周波数×２５％（好ましくは１０％））の領域のことをいう。図３に示した例では、例えば、２００ＭＨｚ±５０Ｍｚの範囲（好ましくは、２００ＭＨｚ±２０Ｍｚ）である。

また、電子情報機器が携帯電話のような携帯型情報処理機器である場合、その演算処理の動作は、所定の動作パターンに限られることも多い。そこで、プロセッサ１０は、図４Ｂに示すように、その動作パターンと、その動作パターンに対する消費エネルギとを関連づけたテーブル１０ｃを有してもよい。そのテーブル１０ｃは、プロセッサ１０の外に設けられた記憶手段に格納されておいてもよい。そして、プロセッサ１０の駆動電力制御部１０ｂは、電子情報機器の動作パターンをモニタしながら、テーブル１０ｃを参照して、消費エネルギに応じたクロック周波数及び電源電圧を設定するように、周波数制御信号及び電圧要求信号を生成してもよい。つまり、高速な処理が要求されない所定の動作パターンに対しては、消費エネルギが最小となる最適電力モードで駆動し、別の動作パターンでは高速モードで動作させるようにしてもよい。

（実施の形態２）
本実施形態の電子情報機器は、実施の形態１で説明した電力制御を行うプロセッサであって、さらに電力消費に関する４つの動作モードを有するプロセッサを備える。

最初に動作モードについて説明する。本実施形態のプロセッサ１０は動作モードとして、「高速動作モード」、「最適電力モード」、「低電力モード」、「スリープモード」の４つの動作モードを有する。それぞれの動作モードは低消費電力の要求と要求される処理能力とのバランスに基づいて切替えられる。
「高速動作モード」
プロセッサ１０の能力を十分に引き出すための駆動モードであり、他のモードに比して高い周波数、高い電源電圧で駆動するモードである。そのため、消費電力はより大きくなる。処理量が多いときに本モードに切替わる。表１及び図３の例では、クロック周波数４００[MHｚ]、駆動電圧１．３[Ｖ]での駆動となる。
「最適電力モード」
プロセッサ１０と電源回路３０の双方の電力消費を考慮し、電池４０の消耗を最も低く抑える動作モードである。すなわち、本モードでは、クロック周波数、電源電圧、電源回路の効率により定まる最も消費電力の低くなる電力領域でプロセッサ１０を駆動する。表１及び図３の例では、消費エネルギが最小となるクロック周波数２００[MHｚ]、電源電圧１．１[Ｖ]での駆動となる。
「低電力モード」
実行すべき処理を待っている状態（例えば、コマンド入力待ち状態）にあるときに用いられる。最適電力モードよりも低いクロック周波数、電源電圧でプロセッサ１０を駆動するモードである。表１及び図３の例では、最小となるクロック周波数１３３[MHｚ]、電源電圧０．９３５[Ｖ]での駆動となる。
「スリープモード」
プロセッサがスリープ状態にあるときの動作モードであり、エネルギ消費の瞬時値が最小となるモードである。クロック周波数、電源電圧は低電力モードと同じであるが、間欠的に低電力モードが実行される。

図５に、設定値テーブル５１に格納される、各モードに対するクロック周波数、電源電圧の設定値の例を示す。

図６のフローチャートを用いてプロセッサ１０による動作モードの設定処理について説明する。本処理は所定のサイクルで周期的に実行される。
最初に、プロセッサ１０がこれから実行しようとする処理の量（処理量）を求める（Ｓ１１）。処理量（負荷量）については、例えば、処理しようとするコマンドについて処理量テーブル５３を参照することによりそのコマンドに対する処理量を求める。次に、処理量が０か否かを判断し（Ｓ１２）、処理量が０であれば動作モードをスリープモードに設定する（Ｓ１３）。

処理量が０でない場合、電池４０の電圧を検出して、その残量を検出し（Ｓ１４）、電池４０の残量が十分にあるか否かを判断する（Ｓ１５）。

残量が十分にないとき（所定量に満たないとき）は、動作モードとして、低い電源電圧で駆動する低電力モードに設定する（Ｓ１６）。低電力モードに設定する理由は、電池４０の残量が少なく、電池４０が高い電源電圧を供給できないからである。図７は、電池の残量と、電池から引き出せる電流（放電電流）の一般的な関係を示した図である。同図における放電条件は、定電流放電で温度は２０℃である。同図に示すように、電池の残量と放電電流に応じて電池の出力電圧は決定されるため、以上のように電池の残量を考慮して動作モードを設定することが望ましい。低電力モードに設定されると、設定値テーブル５１から低電力モード用のクロック周波数、電源電圧の設定値が読み出される。

一方、電池の残量が十分にあるとき（所定量以上のとき）は、ユーザの指示が高速処理を要求しているか否かを判断し（Ｓ１７）、ユーザの指示が高速処理を要求していれば高速動作モードに設定し（Ｓ１８）、ユーザの指示が高速処理を要求していなければ最適電力モードに設定する（Ｓ１９）。ユーザの指示は入力操作部６０を介して入力される。このように、ユーザの指示により高速動作モードに設定するか否かの判断を行っているのは、処理量が多い場合、最適電力モードでは多大な時間がかかる場合があり、その場合に電池の消耗を優先させるか、処理時間を優先させるかはユーザの意思による方がユーザにとって都合がよいからである。

次に、図８のフローチャートを用いてプロセッサ１０による電源回路３０の制御を説明する。本処理は動作モードが新たに設定された場合又は変更された場合に実行される。

上記のようにして動作モードが設定されると、設定値テーブル５１を参照し、設定された動作モードに応じて、クロック周波数及び電源電圧の設定値が読み出される（Ｓ３１）。読み出したクロック周波数の設定値に基づいて、クロック発振器２０に周波数制御信号を出力する（Ｓ３２）。クロック発振器２０はこれにより、周波数制御信号に応じた周波数のクロック信号を出力する。さらに、読出した電源電圧の設定値に基づいて電源回路３０に電圧要求信号を出力する（Ｓ３３）。電源回路３０はこれにより電圧要求信号に応じた電源電圧を出力する。以上の処理により、プロセッサ１０は設定された動作モードで駆動されることになる。

（実施の形態３）
上述の実施形態では、電源回路４０の効率ηを考慮して消費エネルギが最小となるような動作モードを設定している。しかし、電源回路４０の効率ηは周囲温度に応じて変動することが知られている。本実施形態では、温度変動を考慮した最適電力モードの設定値の決定方法を説明する。

温度変動を考慮した設定値の決定を可能とするために、図９に示すような最適電力モード用設定値テーブル５５を新たに設ける。最適電力モード用設定値テーブル５５はデータ格納部５０に格納される。最適電力モード用設定値テーブル５５は、電源回路４０の温度と、その温度において消費エネルギの最小点またはその近傍を与えるクロック周波数と電源電圧の設定値とを関連づけて管理している。これらの値は事前に実験により求めておく。

図１０のフローチャートを用いて、温度変動を考慮した最適電力モードにおける設定値の決定処理を説明する。最初に、電源回路３０の周囲の温度をサーミスタ等の温度検出素子を用いて検出する（Ｓ４１）。そして、最適電力モード用設定値テーブル５５を参照し、検出した温度に関連づけられた、クロック周波数及び電源電圧の設定値を取得する（Ｓ４２）。

以上のように温度変動に応じて設定値を最適化することにより、実際の使用環境に最適な設定が可能となる。また、上記のような設定値の最適化は、電子情報機器の電源オン時に行えばよいと考えられるが、定期的にまたは所定処理の出現毎に実施するようにしてもよい。

（実施の形態４）
温度変動を考慮した最適電力モードの設定値の決定方法の別の例を図１１のフローチャートを用いて説明する。以下では、実際に測定したプロセッサ１０の動作電力に基づいて最適化を行っている。

図１１において、最初にプロセッサ１０の動作電力（Ｐ）を測定する（Ｓ５１）。プロセッサ１０の電力Ｐは、例えば、プロセッサ１０へ給電する電源回路３０の入出力電圧Ｖin、Ｖoutを監視し、次式で測定できる。
Ｐ＝Ｖin＊Ｉin／Ｖout＊Ｉout

次に、クロック周波数（ｆ）を変化させながら、複数の周波数に対して単位処理量当りの消費エネルギを次式で算出する（Ｓ５２）。
単位処理量当りの消費エネルギ ＝ 動作電力（Ｐ）／クロック周波数（ｆ）

算出した複数の単位処理量当りの消費エネルギのうち、最小の消費エネルギとなるものを特定し、そのときのクロック周波数（ｆ）を設定値として決定する（Ｓ５３）。そして決定したクロック周波数に基づいて電源電圧（ＶDD）の設定値を決定する（Ｓ５４）。

（実施の形態５）
実施の形態１の電子情報機器において、図１２に示すようにプロセッサ１０は電源回路３０に接続される電池４０の充電状態をモニタするようにしてもよい。図７に示すように、電池３０は、使用する条件（図７中では、３つの電流値の線を明示）によって履歴が異なるので、そのような電池４０の充電状態を考慮しながら、プロセッサ１０を動作させるのは好ましいからである。電池４０の充電状態は電池４０の電圧（Ｖ）、電流（Ｉ）、温度（Ｔ）に基づいて判断できる。このとき、プロセッサ１０は電池４０の充電状態に応じてプロセッサ１０の動作を制御する。

図３に示した例においては、省消費電力の観点からは２００ＭＨｚで動作させるのがよいが、電池状態（すなわち、そのときの電池状態から得られる電圧）の観点から、電池３０の容量を考慮して動作可能な範囲を見つけ出し（または、予め求めておいて）、その動作可能な範囲内の所定の周波数で動作させるようにしてもよい。

表１に示す電池電流（ｆＶ²／η）に基づいて放電電流を算出し、電池４０の電圧、電流、温度に基づいて容量（充電状態）（図３の横軸の値）を求めることにより、例えば、図３から、そのとき得られる最大電圧が求められる。

最大電圧を求めた結果、最適電力モードで動作中であっても、電池４０の充電状態が低くなり、最適電力モードに必要な電圧を継続して得ることが期待できない場合には、強制的に低電力モードに移行するようにしてもよい。

（変形例）
以上説明した実施形態１〜５の構成によれば、プロセッサ１０が、動作途中で動作周波数および駆動電圧の少なくとも一つを変えることが可能なプロセッサであるため、通常レベルの消費電力の低減が図れるだけでなく、そのプロセッサの動作周波数（クロック周波数）と、電源電圧と、プロセッサに電圧を印加する電源が有する電源効率とを考慮した上で、単位データ量を処理する際に、実質的に最も消費エネルギが小となる動作領域で、プロセッサの演算処理を行わせることができる。このため、従来のプロセッサのみに注目した省電力設計では実現困難だった、より消費電力の少ない電子情報機器を実現することができる。

なお、消費エネルギが小となる動作領域において行う演算処理は、所定時間内での処理の完了が要求されない非リアルタイム処理（例えば、ダウンロード処理、静止画の表示処理、撮影した画像の記録）であることが好ましい。その理由は、所定時間内での処理の完了が要求されるリアルタイム処理（例えば、音声通話処理、動画の表示処理）は、消費電力のことを考えて、その処理を遅くしたとすれば、本来行わなければならない処理に支障がでるからである。

また、非リアルタイム処理においては、消費エネルギが実質的に最小となる周波数（図３の例では、２００ＭＨｚ）よりも低い周波数領域には低下できないようにし、処理を終えた後はクロック停止や電源停止などのスリープモードにＣＰＵの状態を切り替えるようにしてもよい。

なお、上記の実施形態の電子情報機器には、ノートパソコン、携帯電話、ＰＤＡ、コンピュータ、デジタルカメラ、その他の、情報を電子的に処理する情報処理装置が含まれる。商用電源に接続可能な電子情報機器であっても、機器全体の省電力化は例えば電気代の節約の効果があるからである。電池を内蔵して、商用電源に接続せずに、携帯する機器（携帯機器）の方が、本発明の効果は顕著になる。

また、電源回路３０の出力は、それを使用する電子情報機器によって適時設定されるものであるが、例えば、１．２Ｖ〜１５Ｖである。電池４０も、それを使用する電子情報機器にあわせて好適なものが選定されてよい。ただし、寸法やコスト等の現実の問題を無視すれば、原理的には、電池４０は、要求される電圧を供給できるものであれば、その種類は限定されず、一次電池、二次電池、燃料電池でもよく、あるいは、リチウムイオン電池でも、Ｎｉ−水素電池でも、アルカリ電池でも、マンガン電池でもよい。

以上、本発明の好ましい例について説明したが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の変形が可能である。

本発明は、駆動周波数及び電源電圧の制御が可能なプロセッサを備えた電子情報機器に適用でき、特に、携帯情報端末のような限られた容量の電源から電源電圧が供給されるプロセッサを含む電子情報機器に有用である。

本発明に係る電子情報機器の構成を示す図 電源回路の構成を示す図 クロック周波数と各消費エネルギ等の算出値との関係を示すグラフ プロセッサの機能を説明した図 プロセッサの別の機能を説明した図 設定値テーブルの一例を示す図 動作モード設定処理のフローチャート 電池の放電電流毎の、放電可能容量と電圧との関係の一例を示すグラフ 電源回路の制御処理のフローチャート 最適電力モード用設定値テーブルの一例を示す図 最適電力モードの設定値の決定処理のフローチャート 最適電力モードの設定値の決定処理の別の例のフローチャート 本発明に係る電子情報機器の別の構成を示す図

符号の説明

１０ プロセッサ（演算器）
２０ クロック発振器
２１ 分周回路
２２ 発振回路
３０ 電源回路
４０ 電池
５０ データ格納部
６０ 入力操作部
７０ 表示部

Claims (9)

1. クロック発振器から供給されるクロック信号の周波数で動作するとともに、電源回路から供給される電源電圧で動作し、前記クロック信号の周波数及び前記電源電圧を制御可能なプロセッサであって、
   前記周波数と、前記電源電圧と、前記電源回路の電源効率とによって規定される、単位データ処理に対する消費エネルギがその最小値を含む所定範囲内の値となるように、前記クロック発振器が供給する周波数及び前記電源回路が供給する電源電圧を制御する
   ことを特徴とするプロセッサ。
2. 前記プロセッサは、前記周波数と前記電源電圧と前記電源回路の電源効率とに基づいて、前記単位データ処理に対する消費エネルギを算出する手段と、
   前記消費エネルギがその最小値を含む所定範囲内の値となるように、前記クロック発振器が供給する周波数及び前記電源回路が供給する電源電圧を制御する手段と
   を備えたことを特徴とする請求項１記載のプロセッサ。
3. 前記プロセッサは、前記周波数と前記電源電圧と前記電源回路の電源効率とによって規定される消費エネルギと、所定のデータ処理とを関連づけて格納するテーブルが記録された記憶手段と、
   該記憶手段に格納されたテーブルに基づき、前記消費エネルギがその最小値を含む所定範囲内の値となるように、前記クロック発振器が供給する周波数及び前記電源回路が供給する電源電圧を制御する手段と
   を備えたことを特徴とする請求項１記載のプロセッサ。
4. 前記プロセッサは、前記周波数と前記電源電圧と前記電源回路の電源効率とによって規定される消費エネルギがその最小値を含む所定範囲内の値となるように、前記クロック発振器が供給する周波数及び前記電源回路が供給する電源電圧の値を設定する第１の動作モードと、第１の動作モードと異なる第２の動作モードとを有することを特徴とする請求項１記載のプロセッサ。
5. 前記プロセッサは、前記電源回路に接続される電池の状態をモニタし、前記電池の状態に応じて前記動作モードを切替える、ことを特徴とする請求項４記載のプロセッサ。
6. 前記プロセッサは、前記第１の動作モードにおいて設定される周波数及び電源電圧の値を前記電源回路の温度に応じて変更する、ことを特徴とする請求項４記載のプロセッサ。
7. 前記プロセッサは、ダウンロード処理、静止画の表示処理、撮影した画像の記録処理等の所定の処理を行うときにのみ前記第１の動作モードで動作する、ことを特徴とする請求項４記載のプロセッサ。
8. クロック発振器と、
   電源回路と、
   請求項１ないし７のいずれか１つに記載のプロセッサと
   を含むことを特徴とする電子情報機器。
9. クロック発振器から供給されるクロック信号の周波数で動作するとともに、電源回路から供給される電源電圧で動作し、前記クロック信号の周波数及び前記電源電圧を制御可能なプロセッサの駆動方法であって、
   前記周波数と、前記電源電圧と、前記電源回路の電源効率とによって規定される、単位データ処理に対する消費エネルギが最小値又はその最小値を含む所定範囲内の値となるように、前記クロック発振器が供給する周波数及び前記電源回路が供給する電源電圧を制御する
   ことを特徴とするプロセッサの駆動方法。

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