JP5237739B2 - 情報処理装置 - Google Patents
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Description
本実施の形態による情報処理装置は、高い処理性能と同時に高い性能電力比を実現するために、多数の汎用プロセッサコア、専用プロセッサコアには低い電源電圧を印加し低周波数で動作させ、グローバルクロック、バス、メモリ、PLLのような発振回路(以下ではこれら4要素をまとめてグローバル系と呼ぶことにする)には高い電源電圧を印加し高周波数で動作させる方式を用いている。この方式を用いると、プロセッサコアの電源電圧を低くすることで、プロセッサコア1つあたりの性能電力比を電源電圧に対して2乗で改善することができる。ただし、周波数の低下に伴って処理性能もリニアに低下してしまうが、これに関しては多数のプロセッサコアを並列動作させることで絶対性能を確保することができる。さらに、多数のプロセッサコアが並列動作することで発生する多量のデータ通信は、グローバル系を高速動作させることでその通信性能を確保することができる。
図17は、本発明の実施の形態2による情報処理装置において、その構成の一例を示すブロック図である。図17の構成例は、図1の構成例と比較して、図1の発振器PLLの代わりに、高振幅・高周波数クロックCLKHの発振器PLLHと、低振幅・低周波数クロックCLKLの発振器PLLLとを個別に搭載している。PLLHには高電圧VDDHが供給され、PLLLには低電圧VDDLが供給される。PLLHとPLLLは、クロックコントローラCKCTLからのクロック制御信号ClkEnによって制御される。CLKHは高振幅、高周波数用のバッファ回路BUFHによって伝播され、CLKLは低振幅、低周波数用のバッファ回路BUFLによって伝播される。なお、BUFH,BUFLともに代表して1個のみを記載したが、BUFHはCLKHの伝播経路上に、そして、BUFLはCLKLの伝播経路上にいくら配置しても構わない。
図20は、本発明の実施の形態3による情報処理装置において、その構成の一例を示すブロック図である。SoCの面積に余裕があるのであれば、オンチップメモリモジュールを2つ(ON_MEM0,ON_MEM1)搭載することが可能になる。ON_MEM内部の電源結線を述べるため、代表してON_MEM0のみの内部を記述している。ON_MEM0の主な構成要素としてはバスインタフェースBSIFおよび分周器DIVを含むインタフェース部BIC2や、アドレスコントローラADRCおよびメモリセルアレイARYを含む記憶部MEMBなどがあるが、これ以外の要素から構成されていても構わない。ON_MEM0に供給される電源はVDDH,VDDLの2種類があるが、周波数変換とレベル変換を行うBSIF,DIVを含むインタフェース部BIC2には、VDDH,VDDLの2種類が供給され、ADRC,ARYを含む記憶部MEMBにはVDDLのみが供給される。BSIF,DIVは、例えば、図5と同様の構成を用いることができる。
図21は、本発明の実施の形態4による情報処理装置において、その構成の一例を示すブロック図である。SoCの面積に余裕があるのであれば、メモリコントローラを2つ(DBSC0,DBSC1)搭載することが可能になる。DBSC0,DBSC1は、例えば、図5と同様のバスインタフェースBSIFや分周器DIVを有するインタフェース部BIC3と、BSIFで電圧とレジスタ幅を変換された内部コマンド信号INT_CMDと内部データ信号INT_DATAを外部メモリOFF_MEM_DPへ外部コマンド信号EXT_CMDと外部データ信号EXT_DATAとして送受信するメモリアクセスコントローラMACCとを備える。このとき、MACCは外部メモリOFF_MEM_DPとのアクセス・レスポンスなどの各種レイテンシを吸収するためにバッファやFIFOなどの構造をとることもある。このようにすれば、PE,MODに加え、メモリコントローラ(メモリアクセスコントローラMACC)も低振幅、低周波数で動作できるようになるので、さらに低電力化が可能となる。
図22は、本発明の実施の形態5による情報処理装置において、そのチップレイアウトの一例を示す概略図である。図22において、太い実線は低電圧の電源幹線のうちモジュール界面に配置されるものを示し、斜線は高電圧の電源幹線のうちモジュール界面に配置されるものを示す。低電圧の電源幹線は、プロセッサコア毎に各プロセッサコアの周囲に沿って配置され、高電圧の電源幹線は、当該プロセッサコアを取り囲むように配置されたバスに沿って配置されるのが特徴となっている。
ALU 演算器
ARBD 調停ブロック
ARY メモリセルアレイ
BIC インタフェース部
BS バス
BSIF バスインタフェース
BUFH,BUFL バッファ回路
CACHE キャッシュ
CKCTL クロックコントローラ
CMD コマンド生成ブロック
CPUL 演算部
DBSC メモリコントローラ
DIV 分周器
DREG データレジスタ
INSTDEC 命令デコーダ
LS レベルシフタ
LSBF レベルシフタ兼バッファブロック
MACC メモリアクセスコントローラ
MEMB 記憶部
MOD モジュール
OFF_MEM オフチップメモリ
OMEM 外部メモリ
ON_MEM オンチップメモリ
PE プロセッサコア
PLL,PLLL,PLLH 発振器
SEL 選択ブロック
SYN クロック同期ブロック
Claims (22)
- 第1プロセッサコアと、
第2プロセッサコアと、
前記第1プロセッサコア及び前記第2プロセッサコアが共通に接続されるバスとを有し、
前記第1プロセッサコアは、演算を行うための第1演算部を有し、
前記第2プロセッサコアは、演算を行うための第2演算部を有し、
前記バスには、前記第1演算部に供給される最も高い電圧の電源よりも高い電圧の電源が供給され、かつ前記第2演算部に供給される最も高い電圧の電源よりも高い電圧の電源が供給され、
前記バスには、前記第1演算部に供給される最も高い周波数のクロックよりも高い周波数のクロックが供給され、かつ前記第2演算部に供給される最も高い周波数のクロックよりも高い周波数のクロックが供給され、
前記第1プロセッサコアは、前記バスと前記第1演算部との間のデータの入出力を行うための第1インタフェース部をさらに有し、
前記第2プロセッサコアは、前記バスと前記第2演算部との間のデータの入出力を行うための第2インタフェース部をさらに有し、
前記第1演算部には、第1電源及び第1クロックが供給され、
前記第2演算部には、第2電源及び第2クロックが供給され、
前記バスには、前記第1電源及び前記第2電源よりも高い電圧の第3電源が供給され、かつ前記第1クロック及び前記第2クロックよりも高い周波数の第3クロックが供給され、
前記第1インタフェース部には、前記第1電源及び前記第3電源が供給され、かつ前記第1クロック及び前記第3クロックが供給され、
前記第2インタフェース部には、前記第2電源及び前記第3電源が供給され、かつ前記第2クロック及び前記第3クロックが供給されることを特徴とする情報処理装置。 - 請求項1記載の情報処理装置において、
前記第1クロックの第1周期において、前記バスは、前記第1プロセッサコアとの間で複数回のデータの転送を行うことが可能であり、
前記第2クロックの第1周期において、前記バスは、前記第2プロセッサコアとの間で複数回のデータの転送を行うことが可能であることを特徴とする情報処理装置。 - 請求項1記載の情報処理装置において、
前記第1プロセッサコアは、第1の時刻において、前記バスと前記第1プロセッサコアの間の第1データ転送を要求するための第1データ転送要求信号を前記バスに送信し、
前記第2プロセッサコアは、前記第1の時刻において、前記バスと前記第2プロセッサコアの間の第2データ転送を要求するための第2データ転送要求信号を前記バスに送信し、
前記バスは、第2の時刻において前記第1データ転送を行い、
前記バスは、前記第2の時刻とは異なる第3の時刻において前記第2データ転送を行い、
前記第1の時刻、前記第2の時刻及び前記第3の時刻は、前記第1クロックの1周期の範囲内にあり、
前記第1の時刻、前記第2の時刻及び前記第3の時刻は、前記第2クロックの1周期の範囲内にあることを特徴とする情報処理装置。 - 請求項3記載の情報処理装置において、
前記第2の時刻は、前記第3の時刻より早く、
前記第1プロセッサコア及び前記第2プロセッサコアには、優先度が設定され、
前記第1プロセッサコアの優先度は、前記第2プロセッサコアの優先度よりも高いことを特徴とする情報処理装置。 - 請求項1記載の情報処理装置において、
前記第1インタフェース部は、前記バスに第1データ転送要求信号を送信し、前記バスより前記第1データ転送要求信号に対応するアクノリッジ信号を受信するための第1コマンド生成ブロックをさらに有し、
前記第2インタフェース部は、前記バスに第2データ転送要求信号を送信し、前記バスより前記第2データ転送要求信号に対応するアクノリッジ信号を受信するための第2コマンド生成ブロックをさらに有し、
前記第1コマンド生成ブロック及び前記第2コマンド生成ブロックには、前記第3クロックが供給されることを特徴とする情報処理装置。 - 請求項1記載の情報処理装置において、
前記第1インタフェース部は、前記第1電源及び前記第1クロックが供給される第1レジスタと、前記第3電源及び前記第3クロックが供給される第2レジスタとを具備する第1バスインタフェースをさらに有し、
前記第2レジスタは、前記バスとの間はnビット幅(nは自然数)で接続され、前記第1レジスタとの間は、mビット幅(mはnより大きい自然数)で接続され、
前記第2レジスタは、前記バスから受信する複数分のデータを蓄え、前記第1レジスタに送信することを特徴とする情報処理装置。 - 請求項6記載の情報処理装置において、
前記第2レジスタから前記第1レジスタに送信されるデータは、前記第1クロックに同期して送信されることを特徴とする情報処理装置。 - 請求項6記載の情報処理装置において、
前記第1バスインタフェースは、第1データの振幅を第2データの振幅に変換し前記第2データの振幅を前記第1データの振幅に変換するための第1レベルシフタをさらに有し、
前記第2レジスタは、前記第1レベルシフタを経由して前記第1レジスタに前記第2データを送信することを特徴とする情報処理装置。 - 請求項6記載の情報処理装置において、
前記第1レジスタを制御するための第1コマンド生成ブロックと、
前記第2レジスタを制御するための第2コマンド生成ブロックとをさらに有し、
前記第1レジスタには前記第1クロックが供給され、前記第2レジスタには前記第3クロックが供給されることを特徴とする情報処理装置。 - 請求項9記載の情報処理装置において、
前記第1コマンド生成ブロックからの第1命令の振幅を前記第2コマンド生成ブロックが生成する命令の振幅に変換し、前記第2コマンド生成ブロックからの第2命令を前記第1コマンド生成ブロックが生成する命令の振幅に変換する第2レベルシフタをさらに有し、
前記第1コマンド生成ブロックと前記第2コマンド生成ブロックとの間の通信は、前記第2レベルシフタを介して行われることを特徴とする情報処理装置。 - 請求項1記載の情報処理装置において、
前記第1演算部に前記第1クロックを供給し、前記第2演算部に前記第2クロックを供給するための第1発振回路と、
前記バス、前記第1インタフェース部及び前記第2インタフェース部に前記第3クロックを供給するための第2発振回路とをさらに有することを特徴とする情報処理装置。 - 請求項11記載の情報処理装置において、
前記第1プロセッサコアは、前記第1クロックと前記第3クロックの間の位相を合わせるための第1クロック同期ブロックをさらに有し、
前記第2プロセッサコアは、前記第2クロックと前記第3クロックの間の位相を合わせるための第2クロック同期ブロックをさらに有することを特徴とする情報処理装置。 - 請求項1記載の情報処理装置において、
前記バス、前記第1インタフェース部及び前記第2インタフェース部に前記第3クロックを供給するための第1発振回路をさらに有し、
前記第1インタフェース部は、前記第3クロックを前記第1クロックに変換して前記第1演算部に供給するための第1分周器を有し、
前記第2インタフェース部は、前記第3クロックを前記第2クロックに変換して前記第2演算部に供給するための第2分周器を有することを特徴とする情報処理装置。 - 請求項1記載の情報処理装置において、
前記バスとの間のデータの入出力を行うための第3インタフェース部と、データを記憶するための記憶部とを具備するオンチップメモリをさらに有し、
前記記憶部には、前記第1電源及び前記第1クロックが供給され、
前記第3インタフェース部には、前記第3電源及び前記第3クロックが供給されることを特徴とする情報処理装置。 - 請求項1記載の情報処理装置において、
前記バスとの間のデータの入出力を行うための第4インタフェース部と、前記情報処理装置の外部のメモリと通信を行うための通信部を有するメモリコントローラをさらに有し、
前記通信部には、前記第1電源及び前記第1クロックが供給され、
前記第4インタフェース部には、前記第3電源及び前記第3クロックが供給されることを特徴とする情報処理装置。 - 請求項1記載の情報処理装置において、
第1、第2及び第3電源線をさらに有し、
前記第1プロセッサコア及び前記第2プロセッサコアは、前記バスに面して配置され、
前記第1電源線は、前記第1プロセッサコアに沿って配置され、前記第1プロセッサコアに前記第1電源を供給し、
前記第2電源線は、前記第2プロセッサコアに沿って配置され、前記第2プロセッサコアに前記第2電源を供給し、
前記第3電源線は、前記バスに沿って配置され、前記バスに前記第3電源を供給することを特徴とする情報処理装置。 - 第1プロセッサコアと、
第2プロセッサコアと、
前記第1プロセッサコア及び前記第2プロセッサコアが共通に接続されるバスとを有し、
前記第1プロセッサコアは、演算を行うための第1演算部を有し、
前記第2プロセッサコアは、演算を行うための第2演算部を有し、
前記第1演算部には、第1クロックが供給され、
前記第2演算部には、第2クロックが供給され、
前記バスには、前記第1クロック及び前記第2クロックより周波数の高い第3クロックが供給され、
前記第1クロックの1周期の間に、前記バスと前記第1プロセッサコアとの間で複数回のデータの入出力を行い、
前記第2クロックの1周期の間に、前記バスと前記第2プロセッサコアとの間で複数回のデータの入出力を行い、
前記第1プロセッサコアは、前記バスと前記第1演算部との間のデータの入出力を行うための第1インタフェース部をさらに有し、
前記第2プロセッサコアは、前記バスと前記第2演算部との間のデータの入出力を行うための第2インタフェース部をさらに有し、
前記第1演算部には、第1電源が供給され、
前記第2演算部には、第2電源が供給され、
前記バスには、前記第1電源及び前記第2電源よりも電圧の高い第3電源が供給され、
前記第1インタフェース部には、前記第1電源及び前記第3電源が供給され、かつ前記第1クロック及び前記第3クロックが供給され、
前記第2インタフェース部には、前記第2電源及び前記第3電源が供給され、かつ前記第2クロック及び前記第3クロックが供給されることを特徴とする情報処理装置。 - 請求項17記載の情報処理装置において、
前記第1プロセッサコアは、第1の時刻において、前記バスと前記第1プロセッサコアの間の第1データ転送を要求するための第1データ転送要求信号を前記バスに送信し、
前記第2プロセッサコアは、前記第1の時刻において、前記バスと前記第2プロセッサコアの間の第2データ転送を要求するための第2データ転送要求信号を前記バスに送信し、
前記バスは、第2の時刻において前記第1データ転送を行い、
前記バスは、前記第2の時刻とは異なる第3の時刻において前記第2データ転送を行い、
前記第1の時刻、前記第2の時刻及び前記第3の時刻は、前記第1クロックの1周期の範囲内にあり、
前記第1の時刻、前記第2の時刻及び前記第3の時刻は、前記第2クロックの1周期の間にあることを特徴とする情報処理装置。 - 請求項17記載の情報処理装置において、
前記第1プロセッサコアは、前記バスと前記第1演算部との間のデータの入出力を行うための第1インタフェース部をさらに有し、
前記第2プロセッサコアは、前記バスと前記第2演算部との間のデータの入出力を行うための第2インタフェース部をさらに有し、
前記第1インタフェース部は、前記バスから受信する複数回分のデータを蓄え、前記第1演算部に送信し、
前記第2インタフェース部は、前記バスから受信する複数回分のデータを蓄え、前記第2演算部に送信することを特徴とする情報処理装置。 - 第1プロセッサコアと、
第2プロセッサコアと、
前記第1プロセッサコア及び前記第2プロセッサコアが共通に接続されるバスとを有し、
前記第1プロセッサコアは、演算を行うための第1演算部と、前記バスと前記第1演算部との間のデータの入出力を行うための第1インタフェース部とを有し、
前記第2プロセッサコアは、演算を行うための第2演算部と、前記バスと前記第2演算部との間のデータの入出力を行うための第2インタフェース部とを有し、
前記第1演算部には、第1クロックが供給され、
前記第2演算部には、第2クロックが供給され、
前記バスには、前記第1クロック及び前記第2クロックより周波数の高い第3クロックが供給され、
前記第1インタフェース部は、前記バスに第1データ転送要求を送信し、前記バスから前記第1データ転送要求に対応する第1アクノリッジ信号を受信し、その後前記第1データ転送要求に対応する第1データ転送を行い、
前記第2インタフェース部は、前記バスに第2データ転送要求を送信し、前記バスから前記第2データ転送要求に対応する第2アクノリッジ信号を受信し、その後前記第2データ転送要求に対応する第2データ転送を行い、
前記第1データ転送要求の送信、前記第1アクノリッジ信号の受信及び前記第1データ転送は、前記第1クロックの1周期の間に行われ、
前記第2データ転送要求の送信、前記第2アクノリッジ信号の受信及び前記第2データ転送は、前記第2クロックの1周期の間に行われ、
前記第1演算部には、第1電源が供給され、
前記第2演算部には、第2電源が供給され、
前記バスには、前記第1電源及び前記第2電源よりも電圧の高い第3電源が供給され、
前記第1インタフェース部には、前記第1電源及び前記第3電源が供給され、かつ前記第1クロック及び前記第3クロックが供給され、
前記第2インタフェース部には、前記第2電源及び前記第3電源が供給され、かつ前記第2クロック及び前記第3クロックが供給されることを特徴とする情報処理装置。 - 請求項20記載の情報処理装置において、
前記第1プロセッサコアは、第1の時刻において、前記第1データ転送要求信号を前記バスに送信し、
前記第2プロセッサコアは、前記第1の時刻において、前記第2データ転送要求信号を前記バスに送信し、
前記バスは、第2の時刻において前記第1データ転送を行い、
前記バスは、前記第2の時刻とは異なる第3の時刻において前記第2データ転送を行い、
前記第1の時刻、前記第2の時刻及び前記第3の時刻は、前記第1クロックの1周期の範囲内にあり、
前記第1の時刻、前記第2の時刻及び前記第3の時刻は、前記第2クロックの1周期の間にあることを特徴とする情報処理装置。 - 請求項20記載の情報処理装置において、
前記第1インタフェース部は、前記バスから受信する複数回分のデータを蓄え、前記第1演算部に送信し、
前記第2インタフェース部は、前記バスから受信する複数回分のデータを蓄え、前記第2演算部に送信することを特徴とする情報処理装置。
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