JP5605960B2 - 周波数変動を低減させて中央処理装置電力を制御するためのシステムおよび方法 - Google Patents

周波数変動を低減させて中央処理装置電力を制御するためのシステムおよび方法 Download PDF

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Description

関連出願
本出願は、参照により内容が本明細書に完全に組み込まれている、2009年12月16日に出願した「SYSTEM AND METHOD OF DYNAMICALLY CONTROLLING POWER IN CENTRAL PROCESSING UNIT」という名称の米国特許仮出願第61/286,979号の優先権を主張するものである。
PCD(ポータブルコンピューティングデバイス)は、いたるところに存在する。これらのデバイスには、セルラ電話機、PDA(携帯情報端末)、ポータブルゲームコンソール、パームトップコンピュータ、およびその他のポータブル電子デバイスが含まれ得る。これらのデバイスの一次機能に加えて、多くのデバイスは、周辺機能を含む。例えば、セルラ電話機は、セルラ電話通話を行う一次機能と、スチルカメラ、ビデオカメラ、GPS(全地球測位システム)ナビゲーション、ウェブブラウジング、電子メールを送受信すること、テキストメッセージを送受信すること、プッシュツートーク能力などの周辺機能とを含み得る。そのようなデバイスの機能が増大するにつれ、そのような機能をサポートするのに要求されるコンピューティング能力または処理能力も増大する。さらに、コンピューティング能力が増大するにつれ、そのコンピューティング能力を提供するプロセッサ、または複数のプロセッサを効果的に管理する、より大きな必要性が存在する。
したがって、必要とされているのは、CPU内の電力を制御する改良された方法である。
図において、同様の参照符号は、特に明記しない限り、様々な図面のすべてにわたって同様の部分を指す。
閉じられた位置におけるPCD(ポータブルコンピューティングデバイス)の第1の態様を示す前方平面図である。 開かれた位置におけるPCDの第1の態様を示す前方平面図である。 PCDの第2の態様を示すブロック図である。 処理システムを示すブロック図である。 CPU内の電力を動的に制御する方法の第1の態様を示す流れ図である。 CPU内の電力を動的に制御する方法の第2の態様の第1の部分を示す流れ図である。 CPU内の電力を動的に制御する方法の第2の態様の第2の部分を示す流れ図である。 CPU内の電力を動的に制御する方法の第2の態様の第3の部分を示す流れ図である。 経時的にプロットされたDCVS(動的クロックおよび電圧スケーリング)によって制御されるCPU周波数を示す例示的なグラフである。
「例示的」という語は、本明細書では、「例、実例、または例示の役割をする」を意味するように使用される。本明細書で「例示的」として説明されるいずれの態様も、必ずしも他の態様より好ましい、または有利であると解釈されるべきではない。
この説明において、「アプリケーション」という用語には、オブジェクトコード、スクリプト、バイトコード、マークアップ言語ファイル、およびパッチなどの実行可能なコンテンツを有するファイルが含まれることも可能である。さらに、本明細書で言及される「アプリケーション」には、開かれる必要がある可能性がある文書、またはアクセスされる必要がある他のデータファイルなどの、実行可能でない性質のファイルが含まれることも可能である。
「コンテンツ」という用語には、オブジェクトコード、スクリプト、バイトコード、マークアップ言語ファイル、およびパッチなどの実行可能なコンテンツを有するファイルが含まれることも可能である。さらに、本明細書で言及される「コンテンツ」には、開かれる必要がある可能性がある文書、またはアクセスされる必要がある他のデータファイルなどの、実行可能でない性質のファイルが含まれることも可能である。
この説明において使用される「構成要素」、「データベース」、「モジュール」、「システム」などの用語は、ハードウェア、ファームウェア、ハードウェアとソフトウェアの組合せ、ソフトウェア、または実行中のソフトウェアであるコンピュータ関連のエンティティを指すことを意図している。例えば、構成要素は、プロセッサ上で実行されているプロセス、プロセッサ、オブジェクト、実行可能ファイル、実行のスレッド、プログラム、および/またはコンピュータであることが可能であるが、以上には限定されない。例として、コンピューティングデバイス上で実行されているアプリケーションとそのコンピューティングデバイスがともに、構成要素であることが可能である。1つまたは複数の構成要素が、プロセス内、および/または実行のスレッド内に存在することが可能であり、さらに構成要素は、1つのコンピュータ上に局在化されること、および/または2つ以上のコンピュータの間に分散されることが可能である。さらに、これらの構成要素は、様々なデータ構造が格納されている様々なコンピュータ可読媒体から実行されることが可能である。これらの構成要素は、1つまたは複数のデータパケットを有する信号に従うなどして、ローカルプロセスおよび/または遠隔プロセスを介して通信することが可能である(例えば、1つの構成要素からのデータが、その信号によってローカルシステムまたは分散システムにおける別の構成要素と対話して、さらに/またはインターネットなどのネットワークを介して他のシステムと対話して)。
図1および図2を最初に参照すると、例示的なPCD(ポータブルコンピューティングデバイス)が示され、全体的に100で表されている。図示されるとおり、PCD100は、筐体102を含むことが可能である。筐体102は、上側筐体部分104と、下側筐体部分106とを含むことが可能である。図1は、上側筐体部分104がディスプレイ108を含む可能性があることを示す。或る特定の態様において、ディスプレイ108は、タッチスクリーンディスプレイであることが可能である。また、上側筐体部分104は、トラックボール入力デバイス110を含むことも可能である。さらに、図1に示されるとおり、上側筐体部分104は、電源オンボタン112と、電源オフボタン114とを含むことが可能である。図1に示されるとおり、PCD100の上側筐体部分104は、複数のインジケータライト116と、スピーカ118とを含むことが可能である。各インジケータライト116は、LED(発光ダイオード)であることが可能である。
或る特定の態様において、図2に示されるとおり、上側筐体部分104は、下側筐体部分106に対して動くことが可能である。具体的には、上側筐体部分104は、下側筐体部分106に対してスライド可能であり得る。図2に示されるとおり、下側筐体部分106は、マルチボタンキーボード120を含むことが可能である。或る特定の態様において、マルチボタンキーボード120は、標準のQWERTYキーボードであることが可能である。マルチボタンキーボード120は、上側筐体部分104が下側筐体部分106に対して動かされると、あらわになることが可能である。図2は、PCD100が、下側筐体部分106上にリセットボタン122を含む可能性があることをさらに示す。
図3を参照すると、PCD(ポータブルコンピューティングデバイス)の例示的な、限定的でない態様が示され、全体的に320で表されている。図示されるとおり、PCD320は、マルチコアCPU324を含むオンチップのシステム322を含む。マルチコアCPU324は、第0のコア325と、第1のコア326と、第Nのコア327とを含むことが可能である。
図3に示されるとおり、ディスプレイコントローラ328およびタッチスクリーンコントローラ330が、マルチコアCPU324に結合される。オンチップのシステム322の外部にあるタッチスクリーンディスプレイ332が、ディスプレイコントローラ328およびタッチスクリーンコントローラ330に結合される。
図3は、ビデオエンコーダ334、例えば、PAL(位相反転線)エンコーダ、SECAM(順次カラーメモリ)エンコーダ、またはNTSC(全米テレビジョン放送方式標準化委員会)エンコーダが、マルチコアCPU324に結合されることをさらに示す。さらに、ビデオ増幅器336が、ビデオエンコーダ334およびタッチスクリーンディスプレイ332に結合される。また、ビデオポート338が、ビデオ増幅器336に結合される。図3に示されるとおり、USB(ユニバーサルシリアルバス)コントローラ340が、マルチコアCPU324に結合される。また、USBポート342が、USBコントローラ340に結合される。また、メモリ344およびSIM(加入者IDモジュール)カード346が、マルチコアCPU324に結合されることも可能である。さらに、図3に示されるとおり、デジタルカメラ348が、マルチコアCPU324に結合されることが可能である。或る例示的な態様において、デジタルカメラ348は、CCD(電荷結合素子)カメラまたはCMOS(相補性金属酸化膜半導体)カメラである。
図3にさらに示されるとおり、ステレオオーディオCODEC350が、マルチコアCPU324に結合されることが可能である。さらに、オーディオ増幅器352が、ステレオオーディオCODEC350に結合されることが可能である。或る例示的な態様において、第1のステレオスピーカ354、および第2のステレオスピーカ356が、オーディオ増幅器352に結合される。図3は、マイクロフォン増幅器358が、ステレオオーディオCODEC350に結合されることも可能であることを示す。さらに、マイクロフォン360が、マイクロフォン増幅器358に結合されることが可能である。或る特定の態様において、FM(周波数変調)ラジオチューナ362が、ステレオオーディオCODEC350に結合されることが可能である。また、FMアンテナ364が、FMラジオチューナ362に結合される。さらに、ステレオヘッドフォン366が、ステレオオーディオCODEC350に結合されることが可能である。
図3は、RF(無線周波数)トランシーバ368がマルチコアCPU324に結合されることが可能であることをさらに示す。RFスイッチ370が、RFトランシーバ368およびRFアンテナ372に結合されることが可能である。図3に示されるとおり、キーパッド374が、マルチコアCPU324に結合されることが可能である。また、マイクロフォンを有するモノラルヘッドセット376が、マルチコアCPU324に結合されることも可能である。さらに、振動デバイス378が、マルチコアCPU324に結合されることが可能である。また、図3は、電源380が、オンチップのシステム322に結合される可能性があることも示す。或る特定の態様において、電源380は、電力を要求するPCD320の様々な構成要素に電力を供給するDC(直流)電源である。さらに、或る特定の態様において、この電源は、充電可能なDCバッテリ、あるいはAC(交流)電源に接続されたAC/DC変圧器から導かれるDC電源である。
図3は、PCD320が、データネットワーク、例えば、ローカルエリアネットワーク、パーソナルエリアネットワーク、または他の任意のネットワークにアクセスするのに使用され得るネットワークカード388を含むことも可能であることをさらに示す。ネットワークカード388は、Bluetooth（登録商標）ネットワークカード、WiFiネットワークカード、PAN(パーソナルエリアネットワーク)カード、PeANUT(パーソナルエリアネットワーク超低電力技術)ネットワークカード、または当技術分野でよく知られている他の任意のネットワークカードであることが可能である。さらに、ネットワークカード388は、チップに組み込まれることが可能であり、すなわち、ネットワークカード388は、チップ内の完全なソリューションであってもよく、別個のネットワークカード388ではなくてもよい。
図3に示されるとおり、タッチスクリーンディスプレイ332、ビデオポート338、USBポート342、カメラ348、第1のステレオスピーカ354、第2のステレオスピーカ356、マイクロフォン360、FMアンテナ364、ステレオヘッドフォン366、RFスイッチ370、RFアンテナ372、キーパッド374、モノラルヘッドセット376、振動器378、および電源380は、オンチップのシステム322の外部にある。
或る特定の態様において、本明細書で説明される方法ステップの1つまたは複数が、コンピュータプログラム命令としてメモリ344の中に格納されることが可能である。これらの命令は、本明細書で説明される方法を実行するためにマルチコアCPU324によって実行されることが可能である。さらに、マルチコアCPU324、メモリ344、またはマルチコアCPU324とメモリ344の組合せが、マルチコアCPU324のCPU、つまり、コア内の電力を動的に制御するために、本明細書で説明される方法ステップの1つまたは複数を実行するための手段の役割をすることが可能である。
図4を参照すると、処理システムが示され、全体的に400で表されている。或る特定の態様において、処理システム400は、図3に関連して前述したPCD320に組み込まれることが可能である。図示されるとおり、処理システム400は、マルチコアCPU(中央処理装置)402と、そのマルチコアCPU402に接続されたメモリ404とを含むことが可能である。マルチコアCPU402は、第0のコア410と、第1のコア412と、第Nのコア414とを含むことが可能である。第0のコア410は、第0の動的クロックと、第0の動的クロックの上で実行されるDCVS(電圧スケーリング)アルゴリズム416とを含むことが可能である。第1のコア412は、第1のコア412上で実行される第1のDCVSアルゴリズム417を含むことが可能である。さらに、第Nのコア414は、第Nのコア414上で実行される第NのDCVSアルゴリズム418を含むことが可能である。或る特定の態様において、各DCVSアルゴリズム416、417、418は、それぞれのコア410、412、414上で独立に実行されることが可能である。
さらに、図示されるとおり、メモリ404は、メモリ404上に格納されたオペレーティングシステム420を含むことが可能である。オペレーティングシステム420は、スケジューラ422を含むことが可能であり、さらにスケジューラ422は、第1の実行キュー424と、第2の実行キュー426と、第Nの実行キュー428とを含むことが可能である。また、メモリ404は、メモリ404上に格納された第1のアプリケーション430と、第2のアプリケーション432と、第Nのアプリケーション434とを含むことも可能である。
或る特定の態様において、アプリケーション430、432、434が、マルチコアCPU402内のコア410、412、414において処理されるべき1つまたは複数のタスク436をオペレーティングシステム420に送ることが可能である。タスク436は、単独のタスクとして、単独のスレッドとして、またはそのようなタスクとスレッドの組合せとして処理される、または実行されることが可能である。さらに、スケジューラ422が、マルチコアCPU402内で実行されるように、それらのタスク、スレッド、またはタスクとスレッドの組合せをスケジュールすることが可能である。加えて、スケジューラ422は、それらのタスク、スレッド、またはタスクとスレッドの組合せを実行キュー424、426、428の中に入れることが可能である。コア410、412、414が、コア410、412、414においてそれらのタスクおよびスレッドを処理するため、または実行するために、例えば、オペレーティングシステム420によって、命令されるとおりに、実行キュー424、426、428からそれらのタスク、スレッド、またはタスクとスレッドの組合せを取り出すことが可能である。
図4は、メモリ404が並列性モニタ440を格納して含むことが可能であることも示す。並列性モニタ440は、オペレーティングシステム420およびマルチコアCPU402に接続されることが可能である。具体的には、並列性モニタ440は、オペレーティングシステム420内のスケジューラ422に接続されることが可能である。
図5を参照すると、中央処理装置の電力を動的に制御する方法の第1の態様が示され、全体的に500で表されている。方法500は、ブロック502で、デバイスの電源がオンにされていると、以下のステップが実行されることが可能なDo Loopを開始することが可能である。
ブロック504で、電力コントローラ、例えば、DCVS(動的クロックおよび電圧スケーリング)アルゴリズムが、1つまたは複数のCPUを監視することが可能である。判定506で、電力コントローラが、CPUがアイドルであるかどうかを判定することが可能である。アイドルではない場合、方法500は、ブロック504に戻り、本明細書で説明されるとおり続くことが可能である。そうではなく、CPUがアイドルである場合、方法500は、ブロック508に進むことが可能であり、電力コントローラが、現在のアイドル状態の直前のビジーサイクル、すなわち、動作時間枠を点検することが可能である。ブロック510で、電力コントローラが、前のビジーサイクル中の合計の作業負荷を算出することが可能である。さらに、ブロック512で、電力コントローラが、前のビジーサイクル中に利用された動作周波数を点検することが可能である。
判定513に移ると、電力コントローラが、前のビジーサイクルが定常状態レベルで終わっているかどうかを判定することが可能である。定常状態レベルで終わっている場合、方法500は、ブロック516に進むことが可能であり、電力コントローラが、CPU周波数を定常状態値に設定することが可能である。その後、方法500は、判定518に進むことが可能である。判定518で、電力コントローラが、デバイスの電源がオフにされているかどうかを判定することが可能である。デバイスの電源がオフにされている場合、方法は、終了することが可能である。そうではなく、デバイスの電源がオンにされたままである場合、方法500は、ブロック504に戻ることが可能であり、方法500は、本明細書で説明されるとおり続くことが可能である。
判定513に戻ると、前のビジーサイクルが定常状態で終わっていない場合、方法500は、判定514に移ることが可能であり、電力コントローラが、前のビジーサイクルが、例えば、作業負荷増加のために、周波数ジャンプを含んでいたかどうか、または最大限のパフォーマンスレベルにあるかどうかを判定することが可能である。周波数ジャンプを含んでいた場合、または最大限のパフォーマンスレベルにある場合、方法500は、ブロック517に進むことが可能であり、電力コントローラが、最長の正規化されたビジー周期をリセットすることが可能である。方法500は、ブロック520に進み、本明細書で説明されるとおり続くことが可能である。
判定514に戻ると、前のビジーサイクルが、周波数ジャンプを含まず、最大限のパフォーマンスレベルにもなかった場合、方法500は、ブロック520に進むことが可能であり、電力コントローラが、リセットされて以来、最長の正規化されたビジー周期を決定することが可能である。ブロック522で、電力コントローラが、最長のビジー周期が前回にリセットされた時点から始めて、使用されていたとした場合に周波数ジャンプをもたらさなかったであろう最小限の動作周波数を算出することが可能である。次に、電力コントローラは、前に算出された最小限の周波数にCPU周波数を設定し、さらにその最小限の周波数が前のCPU周波数と同一ではない場合、最長のビジー周期をリセットする。次に、方法500は、判定518に進むことが可能である。判定518で、電力コントローラが、デバイスの電源がオフにされているかどうかを判定することが可能である。デバイスの電源がオフにされている場合、方法は、終了することが可能である。そうではなく、デバイスの電源がオンにされたままである場合、方法500は、ブロック504に戻ることが可能であり、方法500は、説明されるとおり続くことが可能である。
或る特定の態様において、方法500は、定常状態と、遷移状態とを含むことが可能である。判定513が、定常状態と遷移状態の間の遷移を制御するのに使用されることが可能である。定常状態と遷移状態の間で遷移する能力を有することは、周波数の過度な変動を低減することが可能である。さらに、方法500は、自己調整型であると考えられることが可能であり、さらに動的な時間枠サイズをもたらすことが可能である。
図6を参照すると、中央処理装置の電力を動的に制御する方法の第2の態様が示され、全体的に600で表されている。ブロック602で始まり、CPU(中央処理装置)が、アイドル状態に入ることが可能である。ブロック604で、電力コントローラ、例えば、DCVS(動的クロックおよび電圧スケーリング)アルゴリズムが、StartIdleTime(アイドル開始時刻)をCurrentTime(現在の時刻)と等しく設定することが可能である。さらに、ブロック606で、電力コントローラが、EndIdleTime(アイドル終了時刻)からStartIdleTime(アイドル開始時刻)を引くことによって、BusyTime(ビジー時間)を算出することが可能である。
ブロック608で、CPUが、SWFI(ソフトウェア割込み待ち)状態に入ることが可能である。ブロック610で、CPUが、SWFI状態を抜けることが可能である。ブロック612に移ると、電力コントローラが、EndIdleTime(アイドル終了時刻)をCurrentTime(現在の時刻)と等しく設定することが可能である。判定614で、電力コントローラが、前のビジーサイクルの最高のCPU周波数が定常状態周波数より高いかどうかを判定することが可能である。定常状態周波数より高くはない場合、方法600は、終了することが可能である。定常状態周波数より高い場合、方法600は、図7の判定702に進むことが可能である。
図7の判定702で、電力コントローラが、前のビジーサイクルが周波数ジャンプを含んでいたかどうか、または最大限のパフォーマンスレベルにあるかどうかを判定することが可能である。周波数ジャンプを含んでいた場合、または最大限のパフォーマンスレベルにある場合、方法は、ブロック704に進むことが可能であり、電力コントローラが、BusyTimeAtMax(最大限のCPU周波数におけるビジー時間)、すなわち、CPUが完全なビジー周期中に最大限の周波数で実行されていたとした場合、CPUがどれだけの時間、ビジーであったことになるかを算出することが可能である。BusyTimeAtMaxは、正規化された値である。つまり、BusyTimeAtMaxは、単一のパフォーマンスレベル、例えば、最大限の周波数に正規化される。
BusyTimeAtMaxは、以下の式を使用して算出されることが可能である。すなわち、
MaxCPUFreq
BusyTimeAtMax=Σ(BusyTimeAtFreq[N]*(N/MaxCPUFreq))
N=MinCPUFreq
ただし、
BusyTimeAtFreq[N]=周波数Nで前のビジーサイクル中にCPUがビジーであった合計の時間、
MaxCPUFreq=最大限のCPU周波数、および
MinCPUFreq=最小限のCPU周波数である。
例えば、前のビジーサイクルが、2ms(2ミリ秒)であり、CPUが、1GHz(1ギガヘルツ)の最大限の周波数で1ms(1ミリ秒)を費やし、100MHz(100メガヘルツ)の公称周波数で1ミリ秒を費やした場合、BusyTimeAtMaxは、1.1msである。
ブロック706に移ると、電力コントローラが、周波数ジャンプを全くもたらさなかったであろうCPUFreq(CPU周波数)を算出することが可能である。具体的には、電力コントローラは、周波数ジャンプを解消したであろう最低のCPU周波数を算出することが可能である。このことは、遷移フィルタによって計算される各CPU周波数に関するスラック予算を計算すること、およびそのスラック予算が、遷移フィルタに周波数ジャンプをさせないようにするのに十分であるかどうかを判定することによって、判定される。
この判定は、CPUFreqをMinCPUFreq(最小限のCPU周波数)と等しく設定し、次に、或る条件が満たされるまでDo Loopを実行することによって行われることが可能である。その条件が満たされないたびに、CPUFreqは、MaxCPUFreq(最大限のCPU周波数)に達するまで、値1だけ増加されることが可能である(CPUFreq=CPUFreq+1)。その条件は、以下のとおりである。すなわち、
(((MaxCPUFreq*slackBudget)/(MaxCPUFreq-CPUFreq))*SteadyStateAdjustment)<=(BusyTimeAtMax*(MaxCPUFreq/CPUFreq))
ただし、
MaxCPUFreq=最大限のCPU周波数、
slackBudget=試験されている現在のCPUFreqに関して、より高いCPU周波数にジャンプする遷移応答フィルタ期限、
CPUFreq=ジャンプを解消するように試験されている現在のCPU周波数、
SteadyStateAdjustment=定常状態フィルタ設計のために要求される調整、および
BusyTimeAtMax=最大限のCPU周波数(前述のとおり算出される)においてCPUがどれだけの時間、動作していたかの正規化された値である。
その条件が満たされると、CPU周波数は、その条件を満たす前述のCPUFreqに設定されることが可能である。ブロック708から712に移ると、電力コントローラが、本明細書で説明されるエネルギー最小化アルゴリズムの状態を初期化することが可能である。具体的には、ブロック708で、電力コントローラが、LastLowerTime(前回のより低い時刻)をEndIdleTime(アイドル終了時刻)と等しく設定することが可能である。ブロック710で、電力コントローラが、MaxBusyTimeAtMax(最大限における最大限のビジー時間)を0に設定することが可能である。次に、ブロック712で、電力コントローラが、TotalBusyTime(合計のビジー時間)を0に設定することが可能である。その後、方法600は、終了することが可能である。
判定702に戻ると、前のビジーサイクルが周波数ジャンプを含まず、最大限のパフォーマンスレベルにもなかった場合、方法は、図8のブロック802に進むことが可能であり、方法600は、本明細書で説明されるとおり続くことが可能である。
ブロック802で、電力コントローラが、前述したのと同一の式を使用してBusyTimeAtMax(最大限におけるビジー時間)を算出することが可能である。その後、判定804で、電力コントローラが、BusyTimeAtMaxがMaxBusyTimeAtMax(最大限のCPUにおける最大限のビジー時間)より大きいかどうかを判定することが可能である。BusyTimeAtMaxがMaxBusyTimeAtMaxより大きい場合、方法600は、ブロック806に進むことが可能であり、電力コントローラが、MaxBusyTimeAtMaxをBusyTimeAtMaxと等しく設定することが可能である。次に、方法800は、ブロック808に移ることが可能である。判定804で、BusyTimeAtMaxがMaxBusyTimeAtMaxより大きくはない場合、方法800は、ブロック808に直接に移ることが可能である。
ブロック808で、電力コントローラが、TotalBusyTime(合計のビジー時間)にBusyTime(ビジー時間)を加算することによって、TotalBusyTime(現在までの合計のビジー時間)を算出することが可能である。ブロック810で、電力コントローラが、ブロック706に関連して前述したのと同一のDo Loopを使用してNonJumpingFrequency(ジャンプしない周波数)を算出することが可能である。ブロック812に移ると、電力コントローラが、EnergySavingFrequency(エネルギー節約周波数)を算出することが可能である。或る特定の態様において、EnergySavingFrequencyは、エネルギー消費を節約するためにCPUが設定されるべき最低の周波数(ブロック810で計算されたレベルから始めて)である。この態様において、システムは、周波数が前回に下げられて以来、少なくともその時間にわたって、ジャンプする必要はないという想定が行われることが可能である。また、その同じ期間の直後に、ジャンプが行われるという想定が行われることが可能である。また、このステップは、クロック切換えオーバーヘッドおよびスケジューリングオーバーヘッドも含む。
或る特定の態様において、現在のCPU周波数において消費されるエネルギーの量が、算出される。その値は、DCVSFloorEnergyとして示されることが可能である。次に、CPU周波数が、せいぜい1%(1パーセント)のクロック切換えオーバーヘッドを有する値、または現在のパフォーマンスレベルより少ないエネルギーしか使用しない値が見出されるまで、上げられることが可能である。或る特定の態様において、1%(1パーセント)という値は、恣意的であり、省かれることが可能である。
CPU周波数が、現在のCPU周波数未満であり、かつelapsedTime(経過時間)が、clockSwithOverhead掛ける2掛ける100未満である間、システムは、前のビジーサイクルと全く同じ作業負荷を経験するために、そのCPU周波数でどれだけの時間、実行されるべきかを算出することが可能である。その値は、DCVSJFloorBusyTimeとして示されることが可能であり、さらに以下の式を使用して算出されることが可能である。すなわち、
DCVSJFloorBusyTime=(totalBusyTime*CPUFreq/currentCPUFreq)+(clockSwithOverhead*2)
また、システムは、前のビジーサイクルと同一の作業負荷で、そのCPUFreqにおいてCPUが消費することになるエネルギーの量を算出することが可能である。判定814に移ると、電力コントローラが、EnergySavingFrequencyが現在のCPUFrequency未満であるかどうかを判定することが可能である。現在のCPUFrequency未満である場合、方法600は、図7のブロック708に戻ることが可能であり、方法600は、本明細書で説明されるとおり続くことが可能である。現在のCPUFrequency未満ではない場合、方法600は、終了することが可能である。
本明細書で説明される方法ステップは、必ずしも説明される順序で実行されなくてもよいことを理解されたい。さらに、「その後」、「すると」、「次に」などの語は、ステップの順序を限定することを意図していない。これらの語は、単に、方法ステップの説明において読者を案内するために使用される。さらに、本明細書で説明される方法は、PCD(ポータブルコンピューティングデバイス)上で実行可能であるものとして説明される。PCDは、モバイル電話デバイス、携帯情報端末デバイス、スマートブックコンピューティングデバイス、ネットブックコンピューティングデバイス、ラップトップコンピューティングデバイス、デスクトップコンピューティングデバイス、または以上の組合せであることが可能である。
或る特定の態様において、DCVSアルゴリズムは、電力消費量を低減しながらも、満足の行くシステムパフォーマンスをもたらそうとして、CPU負荷/アイドル時間を測定するとともに、作業負荷の跡を追うようにCPUクロック周波数を動的に調整する機構である。作業負荷が変化するにつれ、CPUスループットの変化は、作業負荷の変化の跡を追うが、必然的に遅れもする。残念ながら、このことは、DCVSアルゴリズムが、十分に迅速には作業負荷の跡を追わない可能性があるので、作業負荷がQoS(サービス品質)要件を有する場合に問題を生じさせる可能性がある。さらに、タスクが失敗する可能性がある。このパフォーマンス(QoS)問題は、遷移パフォーマンス期限、すなわち、より高いパフォーマンスレベルへの明示的なパニックを導入することで解決されることが可能であるが、このことは、定常状態CPU周波数と遷移CPU周波数の間で遷移する際に生じる周波数変動のために、電力の実際の増加をもたらす可能性がある。
本明細書で説明されるシステムおよび方法は、遷移状態パフォーマンスレベルと定常状態パフォーマンスレベルの間の遷移を管理するのに使用されることが可能である。さらに、本明細書で説明されるシステムおよび方法は、変動を大幅に小さくすることが可能である。その結果、消費される正味電力量の大幅な節約が存在することが可能である。図9に示されるとおり、本明細書で説明されるシステムおよび方法は、過度の変動なしに動的なCPU電力制御を提供する。
QoS期限および/または明示的なパニックによる過度の周波数変動の問題を回避するために、本方法は、定常状態と遷移状態の遷移、すなわち、より高いパフォーマンスレベルへの明示的なパニックを制御することが可能なエネルギー最小化アルゴリズムを導入する。本明細書で説明されるエネルギー最小化方法、またはエネルギー最小化アルゴリズムは、遷移応答保証によってもたらされる最大限のパフォーマンスレベル、すなわち、より高いパフォーマンスレベルへの明示的なジャンプと、より低い定常状態パフォーマンスレベルの間のジャンプを効果的に管理することが可能である。
その2つのレベルの間でジャンプが全く存在しない状態で、エネルギー最小化アルゴリズムは、CPUパフォーマンスレベルを単に定常状態値に設定することができる。このため、本明細書で説明される方法は、どのようにパフォーマンスレベルを最もエネルギー効率の良い仕方で定常状態レベルに下げるべきかを決定することが可能である。さらに、これらの方法は、遷移パルス、すなわち、より高い周波数への明示的なパニックが完了した時点から、パフォーマンスレベルが、定常状態レベルによって示されるレベルに再び下げられるまで、パフォーマンスレベルを能動的に管理することが可能である。一般に、パフォーマンスレベルは、周波数(パフォーマンスレベル)の前回の低下以来、経験されたばかりの全く同一のアイドル/ビジープロファイルが繰り返された場合、より高いパフォーマンスレベルへのジャンプを必要とする可能性を解消する離散的なステップで下げられることが可能である。例えば、遷移パルスが、最大限のクロック周波数へのジャンプをもたらす場合、次のアイドル周期において、本明細書で説明されるエネルギー最小化方法は、パフォーマンスレベルを、そのジャンプを解消することになるレベルに設定することが可能である。相次ぐ各アイドル周期で、コントローラが、前回の周波数低減が行われた時点から全く同一のアイドル/ビジープロファイルが繰り返されるものと想定して、エネルギーを節約することになったであろう定常状態パフォーマンスレベル以上の最も低い周波数を算出することが可能である。
或る特定の態様において、本明細書で説明される方法は、より高いパフォーマンスレベルから定常状態レベルに周波数を低下させる他のアプローチを利用してもよい。例えば、ステップは、時間であることが可能であり、ステップは、線形であることが可能であり、ステップは、非線形であることが可能であり、毎秒のジャンプ数に基づくローパスフィルタが使用されることが可能であり、あるいは以上の任意の組合せが使用されることが可能である。
さらに、本明細書で説明されるシステムおよび方法は、QoS期限、またはより高いパフォーマンスレベルへの明示的なパニックの存在にもかかわらず、過度の周波数変更が行われ得ないことを確実にすることが可能である。したがって、電力消費量が大幅に低減されることが可能である。
1つまたは複数の例示的な態様において、説明される機能は、ハードウェアで、ソフトウェアで、ファームウェアで、または以上の任意の組合せで実施されることが可能である。ソフトウェアで実施される場合、それらの機能は、マシン可読媒体、すなわち、コンピュータ可読媒体などのコンピュータプログラム製品上に格納される、またはそのようなコンピュータプログラム製品上の1つまたは複数の命令もしくはコードとして伝送されることが可能である。コンピュータ可読媒体には、1つの場所から別の場所にコンピュータプログラムを移すことを円滑にする任意の媒体を含め、コンピュータ記憶媒体と通信媒体の両方が含まれる。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスされることが可能である任意の利用可能な媒体であることが可能である。例として、限定としてではなく、そのようなコンピュータ可読媒体は、RAM、ROM、EEPROM、CD-ROMまたは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージまたは他の磁気ストレージデバイス、あるいは命令またはデータ構造の形態で所望されるプログラムコードを伝送する、または格納するのに使用されることが可能であり、さらにコンピュータによってアクセスされることが可能である他の任意の媒体を備えることが可能である。また、任意の接続が、コンピュータ可読媒体と適切に呼ばれる。例えば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、より対線、DSL(デジタル加入者線)、あるいは赤外線、電波、およびマイクロ波などのワイヤレス技術を使用して、ウェブサイト、サーバ、または他の遠隔ソースから伝送される場合、その同軸ケーブル、光ファイバケーブル、より対線、DSL、あるいは赤外線、電波、およびマイクロ波などのワイヤレス技術が、媒体の定義に含められる。本明細書で使用されるディスク(Disk)およびディスク(Disc)には、CD(コンパクトディスク)、レーザディスク、光ディスク、DVD(デジタルバーサタイルディスク)、フロッピー（登録商標）ディスク、およびブルーレイディスクが含まれ、ただし、ディスク(Disk)は、通常、データを磁気的に再現するのに対して、ディスク(Disc)は、データを、レーザを使用して光学的に再現する。また、以上の媒体の組合せも、コンピュータ可読媒体の範囲に含められなければならない。
選択された態様が、図示され、詳細に説明されてきたが、添付の特許請求の範囲によって規定される、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、様々な代替および変更が行われ得ることが理解されよう。
100、320 ポータブルコンピューティングデバイス
102 筐体
104 上側筐体部分
106 下側筐体部分
108 ディスプレイ
110 トラックボール入力デバイス
112 電源オンボタン
114 電源オフボタン
116 インジケータライト
118 スピーカ
120 マルチボタンキーボード
122 リセットボタン
322 オンチップのシステム
324、402 マルチコアCPU
325、326、327、410、412、414 CPUコア
328 ディスプレイコントローラ
330 タッチスクリーンコントローラ
334 ビデオエンコーダ
336 ビデオ増幅器
338 ビデオポート
340 USBコントローラ
342 USBポート
344、404 メモリ
346 SIMカード
348 デジタルカメラ
350 ステレオオーディオCODEC
352 オーディオ増幅器
354、356 ステレオスピーカ
358 マイクロフォン増幅器
360 マイクロフォン
362 ラジオチューナ
364 アンテナ
366 ステレオヘッドフォン
368 トランシーバ
370 スイッチ
372 アンテナ
374 キーパッド
376 モノラルヘッドセット
378 振動デバイス
380 電源
388 ネットワークカード
400 処理システム
402 マルチコアCPU
404 メモリ
410、412、414 CPUコア
416、417、418 アルゴリズム
420 オペレーティングシステム
422 スケジューラ
424、426、428 実行キュー
430、432、434 アプリケーション
436 タスク
440 並列性モニタ

Claims (28)

  1. 中央処理装置(CPU)内の電力を動的に制御する方法であって、
    アイドル状態に入るステップと、
    前記アイドル状態中、前記アイドル状態の直前の、前のビジーサイクルにおいて発生した作業負荷に応答して前記CPUの動作周波数における変化を点検して、前記CPUの定常状態周波数を超える高CPU周波数へのCPU周波数ジャンプを前記前のビジーサイクルが含んでいたかどうかを判定するステップと、
    前記前のビジーサイクルがCPU周波数ジャンプを含んでいたと判定されたときには、前記作業負荷の存在下で前記CPU周波数ジャンプを防止するのに十分な前記定常状態周波数を超える最小動作周波数を決定するステップと、
    次のビジーサイクルのCPU周波数を、決定された前記最小動作周波数に設定するステップと、
    を備える方法。
  2. 前記前のビジーサイクル中の合計の作業負荷を算出するステップをさらに備える請求項1に記載の方法。
  3. 前記アイドル状態の直前の、前のビジーサイクルにおいて発生した作業負荷に応答して前記CPUの動作周波数における変化を点検するステップは、
    前記前のビジーサイクルが定常状態レベルで終わっているかどうかを判定するステップをさらに備える請求項2に記載の方法。
  4. 前記前のビジーサイクルが前記定常状態レベルで終わっている場合、前記次のビジーサイクルに関するCPU周波数を定常状態値に設定するステップをさらに備える請求項3に記載の方法。
  5. 前記前のビジーサイクルが前記定常状態レベルで終わっていない場合、前記前のビジーサイクルが最大限のパフォーマンスレベルで終わっているかどうかを判定するステップをさらに備える請求項3に記載の方法。
  6. 前記前のサイクルが前記定常状態レベルで終わっている場合、最長のビジー周期をリセットするステップをさらに備える請求項5に記載の方法。
  7. 前回のリセット以来、最長の正規化されたビジー周期を決定するステップをさらに備える請求項6に記載の方法。
  8. 中央処理装置(CPU)と、
    アイドル状態に入るための手段と、
    前記アイドル状態中、前記アイドル状態の直前の、前のビジーサイクルにおいて発生した作業負荷に応答して前記CPUの動作周波数における変化を点検して、前記CPUの定常状態周波数を超える高CPU周波数へのCPU周波数ジャンプを前記前のビジーサイクルが含んでいたかどうかを判定する手段と、
    前記前のビジーサイクルがCPU周波数ジャンプを含んでいたと判定されたときには、前記作業負荷の存在下で前記CPU周波数ジャンプを防止するのに十分な前記定常状態周波数を超える最小動作周波数を決定する手段と、
    次のビジーサイクルのCPU周波数を、決定された前記最小動作周波数に設定する手段と、
    を備えるデバイス。
  9. 前記前のビジーサイクル中の合計の作業負荷を算出するための手段をさらに備える請求項8に記載のデバイス。
  10. 前記アイドル状態の直前の、前のビジーサイクルにおいて発生した作業負荷に応答して前記CPUの動作周波数における変化を点検する手段は、
    前記前のビジーサイクルが定常状態レベルで終わっているかどうかを判定するための手段をさらに備える請求項9に記載のデバイス。
  11. 前記前のビジーサイクルが前記定常状態レベルで終わっている場合、前記次のビジーサイクルに関するCPU周波数を定常状態値に設定するための手段をさらに備える請求項10に記載のデバイス。
  12. 前記前のビジーサイクルが前記定常状態レベルで終わっていない場合、前記前のビジーサイクルが最大限のパフォーマンスレベルで終わっているかどうかを判定するための手段をさらに備える請求項10に記載のデバイス。
  13. 前記前のサイクルが前記定常状態レベルで終わっている場合、最長のビジー周期をリセットするための手段をさらに備える請求項12に記載のデバイス。
  14. 前回のリセット以来、最長の正規化されたビジー周期を決定するための手段をさらに備える請求項13に記載のデバイス。
  15. アイドル状態に入るステップと、
    前記アイドル状態中、前記アイドル状態の直前の、前のビジーサイクルにおいて発生した作業負荷に応答してCPUの動作周波数における変化を点検して、前記CPUの定常状態周波数を超える高CPU周波数へのCPU周波数ジャンプを前記前のビジーサイクルが含んでいたかどうかを判定するステップと、
    前記前のビジーサイクルがCPU周波数ジャンプを含んでいたと判定されたときには、前記作業負荷の存在下で前記CPU周波数ジャンプを防止するのに十分な前記定常状態周波数を超える最小動作周波数を決定するステップと、
    次のビジーサイクルのCPU周波数を、決定された前記最小動作周波数に設定するステップと、
    を含む動作を実施するためのプロセッサ実行可能命令で構成されたプロセッサを備えるデバイス。
  16. 前記プロセッサは、前記前のビジーサイクル中の合計の作業負荷を判定するステップを実施するためのプロセッサ実行可能命令で構成された、請求項15に記載のデバイス。
  17. 前記プロセッサは、
    前記アイドル状態の直前の、前のビジーサイクルにおいて発生した作業負荷に応答して前記CPUの動作周波数における変化を点検するステップが、前記前のビジーサイクルが定常状態レベルで終わっているかどうかを判定するステップを含むように動作を実施するためのプロセッサ実行可能命令で構成される、
    請求項16に記載のデバイス。
  18. 前記プロセッサは、前記前のビジーサイクルが前記定常状態レベルで終わっている場合、前記次のビジーサイクルに関するCPU周波数を定常状態値に設定するステップをさらに含む動作を実施するためのプロセッサ実行可能命令で構成される、請求項17に記載のデバイス。
  19. 前記プロセッサは、前記前のビジーサイクルが前記定常状態レベルで終わっていない場合、前記前のビジーサイクルが最大限のパフォーマンスレベルで終わっているかどうかを判定するステップをさらに含む動作を実施するためのプロセッサ実行可能命令で構成される、請求項17に記載のデバイス。
  20. 前記プロセッサは、前記前のサイクルが前記定常状態レベルで終わっている場合、最長のビジー周期をリセットするステップをさらに含む動作を実施するためのプロセッサ実行可能命令で構成される、請求項19に記載のデバイス。
  21. 前記プロセッサは、前回のリセット以来、最長の正規化されたビジー周期を決定するステップをさらに含む動作を実施するためのプロセッサ実行可能命令で構成される、請求項20に記載のデバイス。
  22. アイドル状態に入るための少なくとも1つの命令と、
    前記アイドル状態中、前記アイドル状態の直前の、前のビジーサイクルにおいて発生した作業負荷に応答してCPUの動作周波数における変化を点検して、前記CPUの定常状態周波数を超える高CPU周波数へのCPU周波数ジャンプを前記前のビジーサイクルが含んでいたかどうかを判定するための少なくとも1つの命令と、
    前記前のビジーサイクルがCPU周波数ジャンプを含んでいたと判定されたときには、前記作業負荷の存在下で前記CPU周波数ジャンプを防止するのに十分な前記定常状態周波数を超える最小動作周波数を決定するための少なくとも1つの命令と、
    次のビジーサイクルのCPU周波数を、決定された前記最小動作周波数に設定するための少なくとも1つの命令と、
    を備えるメモリ媒体。
  23. 前記前のビジーサイクル中の合計の作業負荷を算出するための少なくとも1つの命令をさらに備える請求項22に記載のメモリ媒体。
  24. 前記アイドル状態の直前の、前のビジーサイクルにおいて発生した作業負荷に応答して前記CPUの動作周波数における変化を点検するための少なくとも1つの命令が、
    前記前のビジーサイクルが定常状態レベルで終わっているかどうかを判定するための少なくとも1つの命令をさらに備える請求項23に記載のメモリ媒体。
  25. 前記前のビジーサイクルが前記定常状態周波数で終わっている場合、前記次のビジーサイクルに関するCPU周波数を定常状態値に設定するための少なくとも1つの命令をさらに備える請求項24に記載のメモリ媒体。
  26. 前記前のビジーサイクルが前記定常状態レベルで終わっていない場合、前記前のビジーサイクルが最大限のパフォーマンスレベルで終わっているかどうかを判定するための少なくとも1つの命令をさらに備える請求項24に記載のメモリ媒体。
  27. 前記前のサイクルが前記定常状態レベルで終わっている場合、最長のビジー周期をリセットするための少なくとも1つの命令をさらに備える請求項26に記載のメモリ媒体。
  28. 前回のリセット以来、最長の正規化されたビジー周期を決定するための少なくとも1つの命令をさらに備える請求項27に記載のメモリ媒体。
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