JP6042217B2 - 半導体装置、電子装置、及び半導体装置の制御方法 - Google Patents
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Description
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
はじめに、図1を参照して、発明者らが検討した比較例にかかる半導体装置の構成を説明する。比較例にかかる半導体装置は、CPU90及びクロック周波数制御回路CFCCを備える。
次に、比較例にかかる半導体装置の動作を説明する。クロック周波数制御回路CFCCは、CPU90のコア9にクロックCKを供給する。コア9は、クロックCKに基づいて処理を実行する。コア9は、コア9のアイドル状態を示すアイドル状態信号ISSを生成する。CPU90は、OS(Operating System)制御に従って、アイドル状態信号ISSに基づいて周波数制御信号FCSを生成する。周波数制御信号FCSは、クロックCKの設定周波数を示す。クロック周波数制御回路CFCCは、周波数制御信号FCSに基づいてクロックCKの周波数を制御する。
<無線通信端末の概要>
まず、図3A、3Bを参照して、実施の形態1に係る半導体装置が適用される電子装置として好適な無線通信端末の概要について説明する。図3A及び3Bは、無線通信端末500の構成例を示す外観図である。
図4を参照して、本実施の形態に係る半導体装置が搭載される無線通信装置600の構成について説明する。図4は、実施の形態1に係る無線通信装置600の構成例を示すブロック図である。無線通信装置600は、例えば、図3A、3Bに示した無線通信端末500の内部構成である。図4に示すように、無線通信装置600は、アプリケーションプロセッサ(ホストIC)601、ベースバンドプロセッサ602、RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)603、メインメモリ604、バッテリ605、電源制御回路PMC、表示部607、カメラ部608、操作入力部609、オーディオIC610、マイク611、スピーカ612、GPU(Graphics Processor Unit)613を含む。電源制御回路PMCは、例えば、パワーマネジメントIC(PMIC:Power Management Integrated Circuit)606である。
特に音声データについては、RFIC603は、ベースバンドプロセッサ602によって変調された送信音声データから送信RF信号を生成し、アンテナを介してこの送信RF信号を無線送信する(Up Link)。
他方、RFIC603は、アンテナを介して受信RF信号を無線受信し、受信RF信号から受信音声データを生成し、この受信音声データをベースバンドプロセッサ602に送信する(Down Link)。
他方、オーディオIC610は、マイク611で検出したアナログ信号である音声をアナログ/デジタル(A/D)変換して、ベースバンドプロセッサ602に出力する。より具体的には、オーディオIC610は、アナログ信号である音声からデジタル信号であるPCMデータを生成する。
図5を参照して、本実施の形態にかかる半導体装置であるアプリケーションプロセッサ601の構成について説明する。アプリケーションプロセッサ601は、例えば、LSI(Large Scale Integration)である。アプリケーションプロセッサ601は、CPU10、周波数調整回路(Frequency Regulating Circuit)FRC1、クロック周波数制御回路CFCC1を含む。CPU10は、コア1を含む。周波数調整回路FRC1は、テーブルT1を備える。テーブルT1は、コア1のパフォーマンス値とクロックCK1の周波数値を対応付けている。
次に、本実施の形態にかかる半導体装置であるアプリケーションプロセッサ601の動作を説明する。クロック周波数制御回路CFCC1は、CPU10のコア1にクロックCK1を供給する。コア1は、クロックCK1に基づいて処理を実行する。コア1は、コア1の動作状態を示す動作状態信号(Operation State Signal)OSS1を出力する。ここでは、動作状態信号OSS1は、コア1のパフォーマンスを示すパフォーマンスモニタ信号である。動作状態信号OSS1が示すパフォーマンスは、絶対値でもコア1の最大パフォーマンスに対する相対値でもよい。例えば、パフォーマンスの単位はMIPS(Million Instructions per Second)である。周波数調整回路FRC1は、テーブルT1及び動作状態信号OSS1に基づいて、クロックCK1の周波数を制御する。具体的には、周波数調整回路FRC1は、テーブルT1及び動作状態信号OSS1に基づいて、周波数制御信号FCS1を出力する。周波数制御信号FCS1は、クロックCK1の設定周波数を示す。クロック周波数制御回路CFCC1は、周波数制御信号FCS1に基づいてクロックCK1の周波数を制御する。
本実施形態によれば、周波数調整回路FRC1は、動作状態信号OSS1が示すコア1のパフォーマンスに基づいてクロックCK1の周波数を制御する。そのため、比較例に比べて周波数制御インターバルを短くすることができる。そのため、要求パフォーマンス(負荷)がダイナミックに変化する場合であっても、実行パフォーマンスを要求パフォーマンスに追従させることができる。その結果、コア1のアクティブ状態が引き延ばされない。アクティブ状態が引き延ばされないため、コア1の消費電力のベース部分が大きくなってしまうことが防がれる。したがって、消費電力を低減することができる。更に、実行パフォーマンスをダイナミックに変化する要求パフォーマンスに追従させることができるため、クロックCK1の設定周波数の下限を低い値に設定できる。
図7を参照して、テーブルT1は、レジスタ11、比較器12を含む。比較器12は、計算器13、パラメータテーブル14を含む。
次に、本実施の形態におけるテーブルT1の設定例を説明する。
次に、実施の形態1の変形例を説明する。本変形例では、コア1が出力する動作状態信号OSS1は、コア1のアイドル状態を示す。そのため、周波数調整回路FRC1の構成及び動作が上述した構成及び動作と異なっている。
次に、実施の形態2にかかる半導体装置であるアプリケーションプロセッサ601を説明する。実施の形態2にかかるアプリケーションプロセッサ601は、複数のCPUコアを含む。以下において、実施の形態1と共通する事項の説明は省略される場合がある。
図14を参照して、実施の形態2にかかる半導体装置であるアプリケーションプロセッサ601の構成について説明する。アプリケーションプロセッサ601は、CPU10及び20を含む。CPU10は、動作周波数とパフォーマンスが低い省電力CPUである。CPU20は、動作周波数とパフォーマンスが高い高性能CPUである。CPU10は、コア1及び2を含む。CPU20は、コア3及び4を含む。コア1〜4は、それぞれ、クロックCK1〜4に基づいて処理を実行する。
次に、本実施の形態にかかる半導体装置であるアプリケーションプロセッサ601の動作を説明する。
次に、本実施の形態におけるテーブルT1〜T4の設定例を説明する。
次に、実施の形態3にかかる半導体装置であるアプリケーションプロセッサ601を説明する。実施の形態3では、CPU20のコア3、4の動作電圧の制御が追加される。以下において、実施の形態2と共通する事項の説明は省略される場合がある。
図19を参照して、実施の形態3にかかる半導体装置であるアプリケーションプロセッサ601の構成について説明する。アプリケーションプロセッサ601は、CPU10及び20を含む。CPU10及び20の構成は実施の形態2と同様である。
次に、本実施の形態にかかる半導体装置であるアプリケーションプロセッサ601の動作を説明する。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。例えば、テーブルT1〜T4、T30、T40とは別の閾値と動作状態信号OSS1〜OSS4との比較に基づいて制御状態の切り替えを行ってもよい。
PMC 電源制御回路
601 アプリケーションプロセッサ
10、20 CPU
1〜4 コア
11 レジスタ
13、15 計算器
FRC1〜FRC4 周波数調整回路
CFCC1〜CFCC4 クロック周波数制御回路
ATR1 動作率(Active Time Ratio)
CK1〜CK4 クロック
OSS1〜OSS4 動作状態信号
SW11〜SW15、SW21〜SW25 切り替え要求
T1〜T4、T30、T40 テーブル
UP3、UP4 電圧アップ要求
DW3、DW4 電圧ダウン要求
NV 通常電圧
ODV オーバードライブ電圧
Claims (17)
- 以下を含む半導体装置:
(a)第1CPUコア;
(b)第1テーブルを備える第1周波数調整回路;
(c)前記第1CPUコアに第1クロックを供給する第1クロック周波数制御回路;
(d)第2CPUコア;
(e)第2テーブルを備える第2周波数調整回路;
(f)第2クロック周波数制御回路、
ここで前記第1CPUコアは、前記第1CPUコアの動作状態を示す第1動作状態信号を出力し、
前記第1周波数調整回路は、前記第1テーブル及び前記第1動作状態信号に基づいて前記第1クロックの周波数を制御し、
前記第2CPUコアは、前記第2CPUコアの動作状態を示す第2動作状態信号を出力し、
前記第1周波数調整回路は、前記第1動作状態信号に基づいて第1切り替え要求を出力し、
前記第2周波数調整回路は、前記第1切り替え要求に基づいて、前記第2クロック周波数制御回路に前記第2CPUコアへの第2クロックの供給を開始させ、前記第2テーブル及び前記第2動作状態信号に基づいて前記第2クロックの周波数を制御する。 - 請求項1に記載の半導体装置であって、
ここで前記第1周波数調整回路は、第3テーブルを更に備え、
前記第1周波数調整回路は、前記第1切り替え要求を出力するときに、前記第1クロックの周波数を前記第1テーブル及び前記第1動作状態信号に基づいて制御する第1クロック第1変動制御状態から前記第1クロックの周波数を第1固定値に制御する第1クロック第1固定制御状態へ切り替わり、
前記第2周波数調整回路は、前記第2動作状態信号に基づいて、前記第2クロックの周波数を前記第2テーブル及び前記第2動作状態信号に基づいて制御する第2クロック第1変動制御状態から前記第2クロックの周波数を第2固定値に制御する第2クロック第1固定制御状態へ切り替わり、前記第2クロック第1変動制御状態から前記第2クロック第1固定制御状態へ切り替わるときに第2切り替え要求を出力し、
前記第1周波数調整回路は、前記第2切り替え要求に基づいて、前記第1クロック第1固定制御状態から前記第1クロックの周波数を前記第3テーブル及び前記第1動作状態信号に基づいて制御する第1クロック第2変動制御状態へ切り替わり、前記第1クロック第1固定制御状態から前記第1クロック第2変動制御状態へ切り替わるときに電源制御回路に電圧アップ要求を出力し、
前記電源制御回路は、前記電圧アップ要求に基づいて、前記第1CPUコアに供給する動作電圧を第1電圧に制御する通常電圧制御状態から前記動作電圧を前記第1電圧より高い第2電圧に制御するオーバードライブ電圧制御状態に切り替わる。 - 請求項1に記載の半導体装置であって、
ここで前記第1周波数調整回路は、前記第1切り替え要求を出力するときに、前記第1クロックの周波数を前記第1テーブル及び前記第1動作状態信号に基づいて変動制御する第1クロック第1変動制御状態から前記第1クロックの周波数を第1固定値に固定制御する第1クロック第1固定制御状態へ切り替わる。 - 請求項3に記載の半導体装置であって、
ここで前記第1固定値は、前記第1テーブルに基づいて設定可能な最大値である。 - 請求項3又は4に記載の半導体装置であって、
ここで前記第2周波数調整回路は、前記第1切り替え要求を受けて、前記第2クロックの周波数を前記第2テーブル及び前記第2動作状態信号に基づいて変動制御する第2クロック第1変動制御状態となる。 - 請求項5に記載の半導体装置であって、
ここで前記第1動作状態信号は、前記第1CPUコアのパフォーマンスを示し、
前記第1テーブルは、パフォーマンスと周波数の対応付けを行い、
前記第1周波数調整回路は、前記第1動作状態信号が示す前記第1CPUコアのパフォーマンスの値が前記第1テーブルにおけるパフォーマンスの値の最大値より大きい場合、前記第1切り替え要求を出力する。 - 請求項5又は6に記載の半導体装置であって、
ここで前記第2動作状態信号は、前記第2CPUコアのパフォーマンスを示し、
前記第2テーブルは、パフォーマンスと周波数の対応付けを行い、
前記第2周波数調整回路は、前記第2動作状態信号が示す前記第2CPUコアのパフォーマンスの値が前記第2テーブルにおけるパフォーマンスの値の最小値より小さい場合、第3切り替え要求を出力する。 - 請求項7に記載の半導体装置であって、
ここで前記第1周波数調整回路は、前記第3切り替え要求を受けて、前記第1クロックの周波数を前記第1固定値に固定制御する前記第1クロック第1固定制御状態から前記第1クロックの周波数を前記第1テーブル及び前記第1動作状態信号に基づいて変動制御する前記第1クロック第1変動制御状態へ切り替わる。 - 請求項7又は8に記載の半導体装置であって、
ここで前記第2周波数調整回路は、前記第3切り替え要求を出力するときに、前記第2クロック周波数制御回路に前記第2CPUコアへの前記第2クロックの供給を停止させる。 - 請求項1乃至5の何れかに記載の半導体装置であって、
ここで前記第1動作状態信号は、前記第1CPUコアのパフォーマンスを示し、
前記第1テーブルは、パフォーマンスと周波数を対応付ける。 - 請求項1乃至5の何れかに記載の半導体装置であって、
ここで前記第1動作状態信号は、前記第1CPUコアのアイドル状態を示し、
前記第1周波数調整回路は、前記第1動作状態信号に基づいて、前記第1CPUコアの単位時間当たりの動作期間又はアイドル期間を計算する期間計算器を更に備え、
前記第1テーブルは、単位時間当たりの動作期間又はアイドル期間と周波数を対応付ける。 - 請求項1乃至5の何れかに記載の半導体装置であって、
ここで前記第1テーブルは以下を含む:
(i)第1パラメータの第1値と第2パラメータの第2値の組合せ、前記第1パラメータの第3値と前記第2パラメータの第4値の組合せを格納するレジスタ;
(ii)前記第1値と前記第2値の組合せ、前記第3値と前記第4値の組合せを補間する前記第1パラメータの第5値と前記第2パラメータの第6値の組合せを計算する補間計算器、
前記第1動作状態信号は前記第1パラメータの値を示し、又は、前記第1周波数調整回路は前記第1動作状態信号に基づいて前記第1パラメータの値を算出し、
前記第2パラメータは前記第1クロックの周波数である。 - 請求項1乃至12の何れかに記載の半導体装置であって、
ここで前記第1CPUコアの動作周波数とパフォーマンスは、前記第2CPUコアの動作周波数とパフォーマンスよりも低い。 - 以下を含む電子装置:
(a)半導体装置、
ここで前記半導体装置は以下を含む:
(i)第1CPUコア;
(ii)第1テーブルを備える第1周波数調整回路;
(iii)前記第1CPUコアに第1クロックを供給する第1クロック周波数制御回路;
(iv)第2CPUコア;
(v)第2テーブルを備える第2周波数調整回路;
(vi)第2クロック周波数制御回路、
前記第1CPUコアは、前記第1CPUコアの動作状態を示す第1動作状態信号を出力し、
前記第1周波数調整回路は、前記第1テーブル及び前記第1動作状態信号に基づいて前記第1クロックの周波数を制御し、
前記第2CPUコアは、前記第2CPUコアの動作状態を示す第2動作状態信号を出力し、
前記第1周波数調整回路は、前記第1動作状態信号に基づいて第1切り替え要求を出力し、
前記第2周波数調整回路は、前記第1切り替え要求に基づいて、前記第2クロック周波数制御回路に前記第2CPUコアへの第2クロックの供給を開始させ、前記第2テーブル及び前記第2動作状態信号に基づいて前記第2クロックの周波数を制御する。 - 以下を更に含む請求項14に記載の電子装置:
(b)前記第1CPUコアに動作電圧を供給する電源制御回路、
ここで前記第1周波数調整回路は、第3テーブルを更に備え、
前記第1周波数調整回路は、前記第1切り替え要求を出力するときに、前記第1クロックの周波数を前記第1テーブル及び前記第1動作状態信号に基づいて制御する第1クロック第1変動制御状態から前記第1クロックの周波数を第1固定値に制御する第1クロック第1固定制御状態へ切り替わり、
前記第2周波数調整回路は、前記第2動作状態信号に基づいて、前記第2クロックの周波数を前記第2テーブル及び前記第2動作状態信号に基づいて制御する第2クロック第1変動制御状態から前記第2クロックの周波数を第2固定値に制御する第2クロック第1固定制御状態へ切り替わり、前記第2クロック第1変動制御状態から前記第2クロック第1固定制御状態へ切り替わるときに第2切り替え要求を出力し、
前記第1周波数調整回路は、前記第2切り替え要求に基づいて、前記第1クロック第1固定制御状態から前記第1クロックの周波数を前記第3テーブル及び前記第1動作状態信号に基づいて制御する第1クロック第2変動制御状態へ切り替わり、
前記電源制御回路は、前記第1周波数調整回路が前記第1クロック第1変動制御状態のとき及び前記第1クロック第1固定制御状態のときに前記動作電圧を第1電圧に制御し、
前記第1周波数調整回路が前記第1クロック第2変動制御状態のときに前記動作電圧を前記第1電圧より高い第2電圧に制御する。 - 以下を含む半導体装置の制御方法:
ここで前記半導体装置は以下を含む:
(i)第1CPUコア;
(ii)第1テーブルを備える第1周波数調整回路;
(iii)前記第1CPUコアに第1クロックを供給する第1クロック周波数制御回路;
(iv)第2CPUコア;
(v)第2テーブルを備える第2周波数調整回路;
(vi)第2クロック周波数制御回路、
(a)前記第1CPUコアは、前記第1CPUコアの動作状態を示す第1動作状態信号を出力し;
(b)前記第1周波数調整回路は、前記第1テーブル及び前記第1動作状態信号に基づいて前記第1クロックの周波数を制御し;
(c)前記第1周波数調整回路は、前記第1動作状態信号に基づいて第1切り替え要求を出力し;
(d)前記第2周波数調整回路は、前記第1切り替え要求に基づいて、前記第2クロック周波数制御回路に前記第2CPUコアへの第2クロックの供給を開始させ、
(e)前記第2CPUコアは、前記第2CPUコアの動作状態を示す第2動作状態信号を出力し;
(f)前記第2周波数調整回路は、前記第2テーブル及び前記第2動作状態信号に基づいて前記第2クロックの周波数を制御する。 - 以下を更に含む請求項16に記載の制御方法:
ここで前記第1周波数調整回路は、第3テーブルを更に備え、
(g)前記第1周波数調整回路は、前記第1切り替え要求を出力するときに、前記第1クロックの周波数を前記第1テーブル及び前記第1動作状態信号に基づいて制御する第1クロック第1変動制御状態から前記第1クロックの周波数を第1固定値に制御する第1クロック第1固定制御状態へ切り替わり;
(h)前記第2周波数調整回路は、前記第2動作状態信号に基づいて、前記第2クロックの周波数を前記第2テーブル及び前記第2動作状態信号に基づいて制御する第2クロック第1変動制御状態から前記第2クロックの周波数を第2固定値に制御する第2クロック第1固定制御状態へ切り替わり;
(i)前記第2周波数調整回路は、前記第2クロック第1変動制御状態から前記第2クロック第1固定制御状態へ切り替わるときに第2切り替え要求を出力し;
(j)前記第1周波数調整回路は、前記第2切り替え要求に基づいて、前記第1クロック第1固定制御状態から前記第1クロックの周波数を前記第3テーブル及び前記第1動作状態信号に基づいて制御する第1クロック第2変動制御状態へ切り替わり;
(k)前記第1周波数調整回路は、前記第1クロック第1固定制御状態から前記第1クロック第2変動制御状態へ切り替わるときに電源制御回路に電圧アップ要求を出力し;
(l)前記電源制御回路は、前記電圧アップ要求に基づいて、前記第1CPUコアに供給する動作電圧を第1電圧に制御する通常電圧制御状態から前記動作電圧を前記第1電圧より高い第2電圧に制御するオーバードライブ電圧制御状態に切り替わる。
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