JP6334010B2 - 集積回路電力低減のためのマルチドメイン異種プロセス−電圧−温度追跡 - Google Patents

集積回路電力低減のためのマルチドメイン異種プロセス−電圧−温度追跡 Download PDF

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Description

[0001]本発明は、集積回路に関し、より具体的には、マルチドメイン異種プロセス−電圧−温度追跡を使用した電力低減のためのシステム及び方法に関する。
[0002]モバイル且つバッテリ電源式デバイスの使用の増加は、大規模な異種システムオンチップ集積回路(ScC)において電力消費を低減させることの重要性を増加させてきた。電力低減を達成するための技法の中でも、プロセス、温度及び電圧降下を追跡することに基づいて電源電圧を動的に調整することは、電源電圧を低減させることでSoCの動的な電力及び静的な電力の両方を大幅に低減させることができるため、極めて効率的である。
[0003]しかしながら、単一のダイ上に何百万ものトランジスタを有する大規模なSoCでは、独立した電圧レベルを有することができる幾つかの電源ドメイン(supply domain)が存在する。追加的に、SoCは、多数の異種デバイス、例えば、異なる閾値電圧(Vth)及びチャネル長を有するトランジスタ、を有することができ、デバイスの各タイプは、それ自体の性能及び電力属性を有する。Soc全体のための電源電圧を動的に調整することも、(1)高速及び高密度といった異なる技術ライブラリ実装形態、(2)電圧レギュレータの異なる構成を有する異なる電源ドメイン(例えば、スイッチングモード電源(SMPS)又は低ドロップアウト(LDO)レギュレータを使用した)、及び(3)異なる電源ドメイン及び独立した電力制御を各々有することができる様々なハードマクロ、の使用により、極めて困難であり得る。
[0004]従前のアプローチの制限には、高複雑度、新しい設計への適用しにくさ、コスト(電力及びチップ面積)及び性能の損失が含まれる。異種ハードマクロ及び技術ライブラリ実装形態を有するこれら全ての電源ドメインを追跡するための従前のアプローチは、プロセス電圧スケーリング(PVS)である。これは、ダイのプロセス条件を決定する典型的なアプローチである。これは、生産テスト中のFmax(最大動作周波数)ベクトルを使用したビニングに基づく。PVSの制限には、温度を追跡できないこと、テスト時間の高いコスト、プロセスビニングが粗粒であること、異種ドメイン及びハードマクロの追跡しにくさ、複雑なSoC上で良好なFmaxベクトルを決定することが極めて困難であること、及び、電源電圧上での基板レベル降下を補償することができないこと、が含まれる。
[0005]異種ハードマクロ及び技術ライブラリ実装形態を有するこれら全ての電源ドメインを追跡するための第2の従前のアプローチは、ダイプロセス条件(例えば、低速、通常、高速)を決定するために、幾つかのPVT(プロセス、電圧、温度)モニタが各電源ドメインに配置され、チップテスト中に読み取られることが可能なプロセスモニタを使用した開ループ電圧調整である。各電源ドメインについての適切な電圧は、これらプロセスモニタからの測定値に基づいて、テストプロセス中、(例えば、ヒューズを飛ばすことで)格納され得る。このアプローチは、PVSと比較して、より良いテスト時間及びより低い複雑度を有し、Fmaxベクトルを必要とせず、異種ドメインで使用されることができる。この第2の従前のアプローチの制限には、これがプロセス変動しか追跡することができないこと、故に、温度及び他のファクタについては追加のマージン(これは、デバイス性能を低減する)を必要とすること、が含まれる。
[0006]異種ハードマクロ及び技術ライブラリ実装形態を有するこれら全ての電源ドメインを追跡するための第3の従前のアプローチは、上記アプローチのプロセスモニタをPVTモニタと組み合わせ、SoCの動作中、電圧を動的に調整するために各電源ドメイン及び各デバイスタイプに対して中央コントローラを使用する。このアプローチは、追加の電源電圧調整により開ループアプローチの電力消費を低くすることができる。しかしながら、このアプローチは、各電力及び電源ドメイン内にPVTモニタを、各電源ドメイン又は準制御ドメインに対して及び各ライブラリ実装形態タイプに対して1つの中央コントローラを必要とする。これらの中央コントローラは、PVTモニタのデータを読み取り、このデータを解釈し、それらのドメインについての電圧推奨をアービタ(例えば、ハードウェア又はソフトウェアベースの電力管理集積回路(PMIC)コントローラ)に送る。
[0007]この第3のアプローチの制限には、各電源ドメイン及び各ライブラリ実装形態に対する複数の中央コントローラの使用による電力及び面積オーバーヘッドが含まれる。このオーバーヘッドは、複雑なSoC内の電源ドメインの数が大きいため、極めて大きくなり得る。オーバーヘッドは、電力節約を帳消しにし得る。そして、このアプローチもまた複雑である。例えば、異なる技術ライブラリ実装形態を有する、及び異なるデバイスタイプを有する単一の電源ドメインにおいて電源電圧を管理することすら困難である。
[0008]一態様では、集積回路内の回路の性能を測定するように構成された複数の性能センサと、ここにおいて、複数の性能センサのうちの少なくとも1つは、集積回路内の複数の電源ドメインの各々に接続される、複数の性能センサに結合され、且つ、複数の性能センサの各々から性能測定値を受けること、及び性能測定値の各々を複数のカテゴリのうちの1つに割り当てることを連続して行うことによって複数の性能センサからの性能測定値を収集することと、複数の電源ドメインの各々についてのターゲット電圧レベルを決定するために性能測定値を処理することとを行うように構成されたコア電力低減(CPR)コントローラモジュールとを含む集積回路が提供される。
[0009]一態様では、集積回路内の回路の性能を測定するように構成された複数の性能センサと、ここにおいて、複数の性能センサは、集積回路内の少なくとも1つの電源ドメインに接続され、複数の性能センサは、電源電圧と回路速度との間の異なる関係性を有する異種回路のためのセンサを含む、複数の性能センサに結合され、且つ、複数の性能センサの各々から性能測定値を受けること及び性能測定値の各々を複数のカテゴリのうちの1つに割り当てることを連続して行うことによって複数の性能センサからの性能測定値を収集することと、少なくとも1つの電源ドメインについてのターゲット電圧レベルを決定するために性能測定値を処理することとを行うように構成されたコア電力低減(CPR)コントローラモジュールとを含む集積回路が提供される。
[0010]一態様では、集積回路における電力を低減するために、複数の電源ドメインについての電源電圧を制御する際に使用するための方法が提供される。方法は、複数の異種性能センサを使用して複数の電源ドメインにおいて回路性能を測定することと、複数の異種性能センサの各々から性能測定値を受けること、及び性能測定値の各々を複数のカテゴリのうちの1つに割り当てることを連続して行うことによって性能測定値を収集することと、電源電圧についてのターゲットレベルを決定するために性能測定値を処理することと含む。
[0011]一態様では、集積回路内の回路の性能を感知するための複数の手段と、ここにおいて、性能を感知するための複数の手段のうちの少なくとも1つは、集積回路内の複数の電源ドメインの各々に接続され、性能を感知するための複数の手段は、電源電圧と回路速度との間の異なる関係性を有する異種回路のためのセンサを含む、性能を感知するための複数の手段の各々から性能測定値を受けること、及び性能測定値の各々を複数のカテゴリのうちの1つに割り当てることを連続して行うことによって、性能を感知するための複数の手段からの性能測定値を収集することと、複数の電源ドメインの各々についてのターゲット電圧レベルを決定するために性能測定値を処理することとを行うように構成された、複数の電源ドメインの電圧を制御するための手段とを含む装置が提供される。
[0012]本発明の他の特徴及び利点は、例によって、本発明の態様を例示する以下の説明から明らかであるべきである。
[0013]本発明の詳細は、その構造及び動作の両方について、一部は、同様の参照番号が同様の箇所を指す添付の図面の検討によって、収集され得る。
[0014]図1は、本明細書で開示される実施形態に係る、マルチドメイン異種プロセス−電圧−温度追跡を有する電子システムの機能ブロック図である。 [0015]図2は、本明細書で開示される実施形態に係る、マルチドメイン異種プロセス−電圧−温度追跡を有する集積回路のレイアウトを例示するブロック図である。 [0016]図3は、本明細書で開示される実施形態に係る、コア電力低減コントローラの機能ブロック図である。 [0017]図4は、本明細書で開示される実施形態に係る、性能センサの態様の機能ブロック図である。 [0018]図5は、図1のシステムの動作を例示する波形図である。 [0019]図6は、本明細書で開示される実施形態に係る、マルチドメイン異種プロセス−電圧−温度追跡のためのプロセスのフローチャートである。
発明の詳細な説明
[0020]添付の図面に関連して、以下に示される詳細な説明は、様々な構成の説明を意図しており、本明細書で説明される概念が実施され得る唯一の構成を表すことを意図したものではない。詳細な説明は、様々な概念の完全な理解を提供するために特定の詳細を含む。しかしながら、これらの概念がこれらの特定の詳細なしに実施され得ることは当業者には明らかになるであろう。幾つかの事例では、そのような概念を曖昧にしないために、周知の構造及び構成要素は、簡略化された形式で示される。
[0021]図1は、本明細書で開示される実施形態に係る、マルチドメイン異種プロセス−電圧−温度追跡を有する電子システムの機能ブロック図である。マルチドメインとは、独立した電圧レベルを有し得る複数の電源ドメインを使用するシステムを指す。異種とは、完全に異なる(disparate)タイプの回路を含むシステムを指す。プロセス−電圧−温度追跡とは、プロセス、電圧及び温度(これらは、回路性能に対する主な影響である)又は他の条件の変化を追跡するために、電源電圧のようなパラメータを調整するシステムを指す。システムは、1つ又は複数の集積回路を使用して実装され得る。システムは、例えば、モバイル電話で使用され得る。
[0022]システムは、システムのための動作的な機能を実行する様々なモジュールを含む。図1に例示される例となるシステムは、プロセッサモジュール120、グラフィックス処理ユニット(GPU)130、モデムモジュール140及びコアモジュール150を含む。プロセッサモジュール120は、一般のプログラマブル機能を提供することができ、グラフィックス処理ユニット130は、グラフィックス機能を提供することができ、モデムモジュール140は、例えば、ロングタームエボリューション(LTE(登録商標))又は符号分割多元接続(CDMA)プロトコルに準じたワイヤレス通信のような、通信機能を提供することができ、コアモジュール150は、他のモジュールによって提供されない様々な機能を提供することができる。
[0023]クロック生成モジュール113は、基準クロック入力を受け、1つ又は複数の1クロック信号を他のモジュールに供給する。クロック生成モジュール113は、様々な周波数においてクロック信号を供給するために、位相ロックドループ及び分周器を含み得る。クロック生成モジュール113は、コア電力低減コントローラモジュール111によって制御される周波数において他のモジュールにクロックを供給する。クロック生成モジュール113の機能のうちの全て又は一部は、クロック信号を使用する様々なモジュール内に位置し得る。
[0024]電力管理集積回路(PMIC)115は、システム内の他のモジュールに1つ又は複数の電圧を供給する。PMIC115は、スイッチング電圧レギュレータ及び低ドロップアウトレギュレータを含み得る。PMIC115は、別個の集積回路であり得る。PMIC115によって供給される電圧は、コア電力低減コントローラモジュール111によっても制御される。システムのモジュール(例えば、コアモジュール150)は、1つの電圧源、複数の電圧源を有し得、又は、複数モジュール(例えば、プロセッサモジュール120及びGPUモジュール130)は、共通の電圧源で動作し得る。追加的に、モジュールは、別の電源電圧から調整される電源電圧を使用するサブドメインを含み得る。例えば、サブドメイン電圧は、LDOレギュレータを使用してドメイン電圧から下方調整され得るか、サブドメイン電圧は、サブドメイン内の回路から電力を節約するためにオフにスイッチされ得る。
[0025]プロセッサモジュール120、グラフィックス処理ユニット130、モデムモジュール140及びコアモジュール150は、性能センサを含む。図1の例となるシステムでは、プロセッサモジュール120は、2つの性能センサ121,122を含み、グラフィックス処理ユニット130は、性能センサ131を含み、モデムモジュール140は、性能センサ141を含み、コアモジュール150は、2つの性能センサ151,152を含む。性能センサの各々は、回路速度を測定するための回路を含む。例えば、性能センサは、リング発振器の発振をカウントし得る。性能センサは、センサ内の回路の性能特性を測定する。集積回路内の回路の性能は、ロケーション、温度、電圧降下及び他のパラメータに伴って変動し得るが、性能センサによって測定される性能は、性能センサの近くの同様の回路の性能を推定するために使用され得る。
[0026]性能センサは異種であり、即ち、それらは、異なるタイプの回路(回路速度と電源電圧との間の異なる関係性を有するもの)についての測定値を提供する。例えば、プロセッサモジュール120内の性能センサ121は、高速トランジスタを使用して構築された回路についての測定値を提供し得、プロセッサモジュール120内の性能センサ122は、低漏洩トランジスタを使用して構築された回路についての測定値を提供し得る。別の例の場合、コアモジュール150内の性能センサ151及び性能センサ152が、異なる電源ドメインにおいて動作する回路についての測定値を提供し得る。
[0027]コア電力低減コントローラモジュール111は、一般に、電子システムにおける電力を低減するように動作する。コア電力低減コントローラモジュール111は、コアモジュール150と「コア」という用語を共有するが、コア電力低減モジュール111の影響は、コアモジュール150に制限されない。追加的に、コア電力低減モジュール111は、電子システムの他の特性に影響を及ぼすように動作し得、例えば、コア電力低減モジュール111は、電子システムの動作周波数を増加させるように動作し得る。
[0028] コア電力低減モジュール111は、例示される実施形態では、システム内のこれらのモジュールによって使用されるクロック周波数及び電源電圧を制御する。コア電力低減コントローラモジュール111は、例えば、プロセッサモジュール120によって選択される動作モードに基づいて周波数及び電圧を制御し得る。コア電力低減コントローラモジュール111は、対応するモジュール内の性能センサからの性能測定値に基づいて電源電圧を決定することができる。コア電力低減コントローラモジュール111は、電源電圧を、それらが、選択された動作周波数に必要な最小電圧に等しくなるように、又はわずかだけ超える(例えば、10mV)ように決定することができる。
[0029]他の実施形態では、コア電力低減コントローラモジュール111は、電源電圧だけ又はクロック周波数だけを制御し得る。コア電力低減コントローラモジュール111は、代替的又は追加的に、他のシステムパラメータを制御し得る。例えば、コア電力低減コントローラモジュール111は、トランジスタのボディーバイアス(適応的なボディーバイアシング)又は温度(冷却)を制御し得る。
[0030]従前のシステムは、異なるドメイン及びタイプの回路に対して、動的な電圧制御で動作していたか、又は複数のコントローラを使用していた。これらのシステムは、開発するのに複雑であり、例えば、電圧電源が、所与の動作条件に必要とされるよりも高い電圧に設定されることにより、過度電力を消費し得る。
[0031]本明細書で説明されるシステム及び方法は、大規模なSoCで使用される異種ハードマクロ、デバイス及びセルライブラリを有する多数の電源ドメインにおいて性能を追跡するために効率的な(例えば、低電力及び少領域)手段を提供する。電源ドメインの各々についての電圧レベルを決定するために、SoC中に散らばっている性能センサ(又は、プロセス−電圧−温度(PVT)センサ)からの測定値が収集され、処理される。本技法は柔軟であり、異なる電源ドメイン(power supply domain)及びタイプの回路を有するSoCでの使用に容易に適応されることができる。
[0032]図2は、本明細書で開示される実施形態に係る、マルチドメイン異種プロセス−電圧−温度追跡を有する集積回路のレイアウトを例示する図である。集積回路は、図1の電子システムを実装するために使用され得る。集積回路は、例えば、相補型金属酸化膜半導体(CMOS)プロセスを使用して製造され得る。
[0033]図2の集積回路は、この集積回路のエッジに沿って位置する4つの周辺ブロック210(210a、210b、210c及び210d)を含む。集積回路は、プロセッサモジュール220、グラフィックス処理モジュール230及びモデムモジュール240を含み、これらは、集積回路の内部にある大きなブロックである。図1のシステム内のコアモジュール150によって提供されるもののような集積回路の他の機能は、集積回路の残りの(「コア」)領域250全体に広がっているだろう。図2の実施形態では、コア電力低減コントローラモジュール225は、集積回路の残りの領域250において実装される。
[0034]集積回路はまた、集積回路領域全体にわたって、離間した複数の性能センサ261を含む。図2は、24個の性能センサを例示するが、集積回路実装形態は、何百もの性能センサを含み得る。性能センサは、スキャンチェーンの状態にコア電力低減コントローラモジュール225に接続される。性能センサは、ジグザグパターンでチェーンされ得る。追加的に、モジュールのための性能センサのチェーンは、連続的(又は、大部分が連続的)であり得、そのため、モジュールは、パワーダウンされ得、それらの性能センサは、ブロックとしてバイパスされる。例えば、プロセッサモジュール220内の性能センサは、グラフィックス処理モジュール230内の性能センサのスキャンチェーンの出力をコア電力低減コントローラモジュール225に直接結合することによってバイパスされ得る。性能センサ261内の回路又は他の回路は、ブロックのバイパスを実行し得る。個々の性能センサもまたバイパスされ得る。
[0035]図3は、本明細書で開示される実施形態に係る、コア電力低減(CPR)コントローラモジュール325のブロック図である。CPRコントローラモジュールは、図1のシステム内のコア電力低減コントローラモジュール111及び図2の集積回路内のコア電力低減コントローラモジュール225を実装するために使用され得る。
[0036]CPRコントローラモジュールは、性能センサと通信するためにセンサインターフェースモジュール335を含む。性能センサとの通信は、様々なセンサモードに対して制御(例えば、どのタイプの測定値が測られることとなるか、又はセンサをバイパスすることとなるか)を提供することと、それらセンサから性能測定値を受けることとを含む。センサインターフェースモジュール335は、例えば、有限状態マシンを使用して実装され得る。
[0037]カテゴリ識別子/マッピングモジュール(category identifier/mapping module)333は、センサインターフェースモジュール335を介して受けた各センサ測定値についてカテゴリを決定する。これらカテゴリは、特定タイプのセンサ又は電源ドメインに関する。例えば、第1の電源ドメインにおける高速ライブラリからのセルについての性能測定値と、第1の電源ドメインにおける高密度ライブラリからのセルについての性能測定値とは、別個のカテゴリ(バケットと呼ばれることがある)で保持される。追加的に、第1の電源ドメインにおける高速ライブラリからのセルについての性能測定値と、第2の電源ドメインにおける高速ライブラリからのセルについての性能測定値とは、別個のカテゴリで保持される。カテゴリへのマッピングは、例えば、スキャンチェーン上のセンサのセンサ識別子又はロケーションに基づき得る。
[0038]測定前処理モジュール331は、これら測定値の初期処理を実行することができる。例えば、ワーストケースの測定値が決定されることができる。これら測定値がリング発振器のカウントであるとき、測定前処理モジュール331は、ワーストケースの(最も遅い)測定値である最小値だけを保持し得る。前処理することは、各カテゴリについてのカテゴリ性能測定値を生成するために、カテゴリ単位で実行される。前処理することは、測定値がスキャンされている間に実行され得る。これは、測定値の収集が完了した後、(例えば、多くの測定値を1つのワーストケース値に低減することで)、測定値の分析を早め、処理量を低減することができる。
[0039]CPRプロセッサモジュール337は、前処理された測定値を受け、各電源ドメインについてのターゲット電圧レベルを決定する。次に、ターゲット電圧レベルは、出力電圧を調整するために、例えば、PMICにシグナリングされる。プロセッサは、例えば、1ドメイン又は1カテゴリあたり1つの処理スレッドで、マルチスレッド化され得る。CPRプロセッサ機能は、他のモジュール、例えば、図1のシステム内のプロセッサモジュール120又は図2の集積回路内のプロセッサモジュール220によって提供され得る。
[0040]CPRプロセッサモジュール337は、測定結果の多くの異なる分析を実行することができる。CPRプロセッサモジュール337は、例えば、複数のタイプのデバイス又はライブラリセルを有する1つの電源ドメインについて、2つ以上のタイプの性能測定値の結果を集約(aggregate)し、そのドメインについての電圧に関して単一の決定を提供することができる。CPRプロセッサモジュール337は、同時に、複数のドメインについての電圧レベル(異種回路を有する電源ドメインを含む)を決定し得る。例えば、CPRプロセッサモジュール337は、親ドメイン及び子サブドメインについての電圧を制御することができる。子サブドメインは、親ドメインから、例えば、LDOレギュレータによって準調整される。CPRプロセッサモジュール337は、各ドメインについての電圧を決定するために、親ドメイン及び子ドメインからの測定結果を集約することができる。
[0041]図4は、本明細書で開示される実施形態に係る、性能センサの態様の機能ブロック図である。性能センサは、図1の性能センサ(121,122,131,141,151,152)及び図2の性能センサ261を実装するために使用され得る。性能センサは、入力インターフェース401上では、スキャンチェーン上の先行の性能センサ(又はCPRコントローラモジュール)から信号を受け、出力インターフェース402上では、スキャンチェーン上の後続の性能センサ(又はCPRコントローラモジュール)に信号を供給する。図4の実施形態では、各インターフェースは、モード信号、イネーブル信号、クロック信号及び2ビットデータ信号を含む。他の実施形態では、より広い又はより狭いデータ信号が使用され得る。
[0042]図4の性能センサは、例えば、周波数が回路性能を示す出力を生成するようにリング発振器を動作させることによって、回路性能を測定するための1つ又は複数の回路を有する測定モジュール430を含む。測定モジュール430は、異なるタイプの回路、例えば、異なるトランジスタタイプ又は異なるタイプのセルライブラリを有する回路の性能を測定し得る。
[0043]性能センサは、性能センサに対して制御論理を提供する制御モジュール425を含む。制御モジュール425は、測定モジュール430からの出力の発振をカウントするためのカウンタを含み得る。カウンタは、測定モジュール430内の発振器の周波数を測定するために、既知の時間期間の間、カウントすることができる。
[0044]制御モジュール425は、入力インターフェース410上で受けた信号を復号する。制御モジュール425は、例えば、モード(例えば、アイドル、測定、シフトアウト結果又はバイパス化)を、そのモードの値とイネーブル信号とに基づいて制御することができる。制御モジュール425はまた、例えば、測定結果を供給するために、出力インターフェース402上で信号を制御する。
[0045]インターフェース信号は、信号のタイミング要件が容易に満たされ得るようにソース同期タイミングを使用する。入力データ信号は、クロック信号の立ち上がりエッジでフリップフロップ443,444にラッチされる。出力データ信号は、クロック信号の立ち下がりエッジでフリップフロップ453,454にラッチされることで、クロック信号の立ち下がりエッジで遷移する。故に、クロック信号に対するデータ信号のセットアップ及び保持時間は、クロック周期の約2分の1である。性能センサがバイパスされているとき、マルチプレクサ462,463は、データ出力信号を直接駆動するために、データ入力信号を選択する。バッファ441,442,445は、入力インターフェース401上で、モード信号、イネーブル信号及びクロック信号を受け、出力インターフェース402上で対応する信号を駆動する。バッファ441,442,445は、性能センサのチェーンにおける各ロケーションにおいて、インターフェース信号間の本質的に同じタイミング関係性を維持するのを助ける。
[0046]性能センサの一部は、異なる電源ドメインで動作し得る。例えば、測定モジュール430は、特定の性能センサが位置するモジュールの電源電圧に接続され得、性能センサの他の部分は、性能センサの全てに共通である電源電圧上にあることができる。そして、性能センサは、それが位置している機能モジュールへの何れの接続も有することなく動作することができる。
[0047]図5は、図2の集積回路を使用して実装され得、且つ、図3のCPRコントローラモジュール325及び図4のC性能センサを使用し得る図1のシステムの動作を例示する波形図である。図5では、CPR測定データ収集分析サイクルが示される。
[0048]時間インターバル511中、性能センサは、性能を測定している。例えば、制御モジュール425内のカウンタは、測定期間の持続時間に、測定モジュール430内のリング発振器の発振をカウントすることができる。測定時間インターバル511は、例えば、実行されるべき測定のタイプを示すための性能センサへのコマンドが先行し得る。図5に示されるように、電源電圧VDDは、例えば、その電源電圧から電流を引き込む様々な回路の電流引き込みの変化により、ある時間にわたってその公称値の周りを動き得る。測定時間インターバル511にわたって性能センサを動作させることで、測定値は、その時間インターバルの電圧の平均値を提供する。
[0049]時間インターバル515中、測定が完了した後、測定結果が性能センサからCPRコントローラモジュールにスキャンされる。図3に関連して説明したように、測定結果がスキャンされている間、それらは、カテゴライズされ、前処理が実行される。結果が、スキャンされ、カテゴライズされ、及び前処理された後、これらの結果は、各電源ドメインについてのターゲット電圧レベルを決定するために分析される。ターゲット電圧レベルが現在の電圧レベルとは異なる場合、CPRコントローラモジュールは、対応する変化を引き起こし得る。
[0050]時間インターバル516中、測定値がCPRコントローラへとスキャンされ、処理された後、CPRコントローラ及び性能センサは、アイドル状態を維持し得る。次いで、別のCPR測定−データ収集−分析サイクルが、測定時間インターバル521から開始する。
[0051]図6は、本明細書で開示される実施形態に係る、マルチドメイン異種プロセス−電圧−温度追跡のためのプロセスのフローチャートである。プロセスは、CPR測定−データ収集−分析サイクルごとに実行され得る。プロセスのステップは、例えば、図1の電子システムを使用して実行され、図2の集積回路で実行され、図3のCPRコントローラを使用して実行され、図4の性能センサを使用して実行される。
[0052]ステップ605では、性能センサは、回路性能を測定する。性能センサは、複数の電源ドメインに位置し、異種タイプの回路を測定する。
[0053]プロセスは、性能測定値を連続して収集するために、各性能センサに対してステップ610、620及び630を順に行う。ステップ610では、例えば、性能測定値が性能センサのチェーンからシフトされながら、測定値が受けられる。ステップ630では、測定値は、カテゴリ(バケット)に割り当てられる。カテゴリは、特定の電源ドメイン及び回路タイプに関し得る。ステップ640では、測定値は、例えば、各カテゴリについてワーストケースの値の実行中のタリーを保つために、前処理される。前処理することは、測定値をマスキング(分析から排除する)することを含むことができる。
[0054]ステップ650では、プロセスは、例えば、受けた測定値のカウントとセンサの数とを比較することに基づいて、受けるべきより多くの測定値があるかどうかをチェックする。より多くの測定値が存在する場合、プロセスは、ステップ610に戻り、存在しない場合、電源ドメインについてのターゲット電圧レベルを決定するために、ステップ660において、バケットが処理される。
[0055]ステップ660では、プロセスは、示されたターゲット電圧レベルを決定するために、各カテゴリについての測定値を評価し得る。例えば、プロセスは、各カテゴリについての性能測定値の(ステップ640からの)ワーストケースの値を、ターゲット性能値と比較して、そのカテゴリについての測定値が、関連する電源ドメインについての電圧レベルが増加されるべきであることを示すか、減少されるべきであることを示すか、又は現在の値で維持されるべきであることを示すか、を決定し得る。ターゲット性能値は、所望の性能に基づいて選ばれることができる。ターゲット性能値は、例えば、関連する回路タイプに基づいて、カテゴリごとに異なることができる。次に、プロセスは、電源ドメインについてのターゲット電圧レベルを決定するために、これら電源ドメインの各々におけるカテゴリについての示されたターゲット電圧レベルをマージする。
[0056]マルチドメイン異種プロセス−電圧−温度追跡のためのプロセスは、例えば、ステップを追加、省略、並び替え、又は変えることで修正され得る。追加的に、複数のステップは同時に実行され得る。
[0057]本発明の実施形態が特定の実施形態に関して上述されたが、本発明の多くの変形例が見込まれる。例えば、様々な構成要素の数は増加され、又は減少され得、電源電圧を決定するモジュール及びステップは、周波数、別のシステムパラメータ又はパラメータの組み合わせを決定するように変更され得る。追加的に、様々な実施形態の特徴は、上述されたものとは異なる組み合わせで組み合わせられ得る。
[0058]当業者は、本明細書で開示された実施形態に関連して説明された、実例となる様々なブロック及びモジュールが、様々な形式で実装され得ることを認識するだろう。幾つかのブロック及びモジュールは、概してそれらの機能性の観点から上で説明されている。そのような機能性が実装される方法は、システム全体に課せられる設計制約に依存する。当業者は、特定の用途ごとに様々な方法で、上で説明された機能性を実装することができるが、このような実装の決定は本発明の適用範囲からの逸脱の原因になるとして解釈されるべきではない。加えて、モジュール、ブロック又はステップ内の機能のグループ化は、説明を容易にするためのものである。特定の機能又はステップは、本発明から逸脱することなく、1つのモジュール又はブロックから動かされ得るか、複数のモジュール又はブロックにわたって分散され得る。
[0059]本明細書で開示された実施形態に関連して説明された実例となる様々な論理ブロック、回路及びモジュールは、汎用プロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)又は他のプログラマブル論理デバイス、ディスクリートゲート又はトランジスタ論理、ディスクリートハードウェア構成要素又は本明細書で説明された機能を行うよう設計されたそれらの任意の組み合わせで実装又は実行されることができる。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサであり得るが、代替的に、プロセッサは、任意のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ又はステートマシンであることができる。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例えば、DSPと、1つのマイクロプロセッサ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアに連結した1つ又は複数のマイクロプロセッサ又は任意の他のそのような構成との組み合わせとして実装されることができる。
[0060]本明細書で開示された実施形態に関連して説明されたアルゴリズム又は方法のステップは、直接ハードウェアで、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールで、又は両者の組み合わせで具現化されることができる。ソフトウェアモジュールは、RAMメモリ、フラッシュメモリ、ROMメモリ、EPROMメモリ、EEPROM(登録商標)メモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、CD−ROM又は任意の他の形式の記憶媒体内に存在することができる。例示的な記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み出し、記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合されることができる。代替的に、記憶媒体は、プロセッサに一体化されることができる。プロセッサ及び記憶媒体はASIC内に存在することができる。
[0061]開示された実施形態についての以上の説明は、当業者が本発明を製造又は使用できるように提供されている。これらの実施形態に対する様々な変更は、当業者には容易に明らかであり、本明細書で説明された包括的な原理は、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、他の実施形態に適用され得る。故に、本明細書において提示された説明及び図面が、本発明の現時点における好ましい実施形態を表し、よって、本発明によって広く想定される主題を代表することは理解されるべきである。本発明の範囲が、当業者に自明となり得る他の実施形態を完全に包含すること及び相当して本発明の範囲が添付の特許請求の範囲以外のものによって限定されないことは更に理解される。
以下に本願発明の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[C1]
集積回路であって、
前記集積回路内の回路の性能を測定するように構成された複数の性能センサと、ここにおいて、前記複数の性能センサのうちの少なくとも1つは、前記集積回路内の複数の電源ドメインの各々に接続される、
前記複数の性能センサに結合されたコア電力低減(CPR)コントローラモジュールと、
を備え、前記CPRコントローラモジュールは、
前記複数の性能センサの各々から性能測定値を受信すること、及び
複数のカテゴリのうちの1つに前記性能測定値の各々を割り当てること
を連続して行うことで、前記複数の性能センサからの前記性能測定値を収集することと、
前記複数の電源ドメインの各々についてのターゲット電圧レベルを決定するために前記性能測定値を処理することと
を行うように構成される、集積回路。
[C2]
前記複数の性能センサは、スキャンチェーンの状態で前記CPRコントローラモジュールに結合される、C1に記載の集積回路。
[C3]
前記CPRコントローラモジュールは、
前記複数の性能センサと通信するように構成されたセンサインターフェースモジュールと、
前記複数の性能センサの各々に関連付けられた前記複数のカテゴリのうちの1つのカテゴリを識別するように構成されたカテゴリ識別子/マッピングモジュールと、
前記複数のカテゴリの各々についてカテゴリ性能測定値を生成するように構成された測定前処理モジュールと、
前記複数の電源ドメインの各々についての前記ターゲット電圧レベルを決定するために、前記カテゴリ性能測定値を処理するように構成されたCPRプロセッサモジュールと
を備える、C2に記載の集積回路。
[C4]
前記スキャンチェーンは、前記複数の性能センサのうちの少なくとも1つのブロックに対するバイパスを含む、C2に記載の集積回路。
[C5]
前記複数の性能センサは、電源電圧と回路速度との間の異なる関係性を有する異種回路のためのセンサを含む、C1に記載の集積回路。
[C6]
前記異種回路は、異なるトランジスタタイプを使用する回路を含む、C5に記載の集積回路。
[C7]
前記異種回路は、異なるセルライブラリを使用する回路を含む、C5に記載の集積回路。
[C8]
前記複数のカテゴリは、前記複数の電源ドメインの各々についてのカテゴリを含む、C1に記載の集積回路。
[C9]
前記複数の性能センサは、電源電圧と回路速度との間の異なる関係性を有する異種回路のためのセンサを含み、前記複数のカテゴリは、異種回路の各タイプついてのカテゴリを更に含む、C8に記載の集積回路。
[C10]
集積回路であって、
前記集積回路内の回路の性能を測定するように構成された複数の性能センサと、ここにおいて、前記複数の性能センサは、前記集積回路内の少なくとも1つの電源ドメインに接続され、前記複数の性能センサは、電源電圧と回路速度との間の異なる関係性を有する異種回路のためのセンサを含む、
前記複数の性能センサに結合されたコア電力低減(CPR)コントローラモジュールと、
を備え、前記CPRコントローラモジュールは、
前記複数の性能センサの各々から性能測定値を受けること、及び
複数のカテゴリのうちの1つに前記性能測定値の各々を割り当てること
を連続して行うことによって、前記複数の性能センサからの前記性能測定値を収集することと、
前記少なくとも1つの電源ドメインについてのターゲット電圧レベルを決定するために、前記性能測定値を処理することと
を行うように構成される、集積回路。
[C11]
前記複数の性能センサは、スキャンチェーンの状態で前記CPRコントローラモジュールに結合される、C10に記載の集積回路。
[C12]
前記CPRコントローラモジュールは、
前記複数の性能センサと通信するように構成されたセンサインターフェースモジュールと、
前記複数の性能センサの各々に関連付けられた前記複数のカテゴリのうちの1つのカテゴリを識別するように構成されたカテゴリ識別子/マッピングモジュールと、
前記複数のカテゴリの各々についてカテゴリ性能測定値を生成するように構成された測定前処理モジュールと、
前記少なくとも1つの電源ドメインについての前記ターゲット電圧レベルを決定するために、前記カテゴリ性能測定値を処理するように構成されたCPRプロセッサモジュールと
を備える、C11に記載の集積回路。
[C13]
前記スキャンチェーンは、前記複数の性能センサのうちの少なくとも1つのブロックに対するバイパスを含む、C11に記載の集積回路。
[C14]
前記異種回路は、異なるトランジスタタイプを使用する回路を含む、C10に記載の集積回路。
[C15]
前記異種回路は、異なるセルライブラリを使用する回路を含む、C10に記載の集積回路。
[C16]
前記複数のカテゴリは、異種回路の各タイプについてのカテゴリを含み、前記CPRプロセッサモジュールは、前記少なくとも1つの電源ドメインについての前記ターゲット電圧レベルを決定する際に使用するために、前記カテゴリ性能測定値をマージするように更に構成され、C12に記載の集積回路。
[C17]
集積回路において電力を低減するために、複数の電源ドメインについての電源電圧を制御する際に使用するための方法であって、
複数の異種性能センサを使用して、前記複数の電源ドメインにおいて回路性能を測定することと、
前記複数の異種性能センサの各々から性能測定値を受信すること、及び
複数のカテゴリのうちの1つに前記性能測定値の各々を割り当てること
を連続して行うことによって、前記性能測定値を収集することと、
前記電源電圧についてのターゲットレベルを決定するために前記性能測定値を処理することと
を備える方法。
[C18]
前記異種性能センサは、電源電圧と回路速度との間の異なる関係性を有する異なる回路タイプの前記性能を測定する、C17に記載の方法。
[C19]
前記異なる回路タイプは、異なるトランジスタタイプを使用する回路を含む、C18に記載の方法。
[C20]
前記異なる回路タイプは、異なるセルライブラリを使用する回路を含む、C18に記載の方法。
[C21]
前記複数のカテゴリは、前記複数の電源ドメインの各々についてのカテゴリを含む、C17に記載の方法。
[C22]
前記複数のカテゴリは、前記異なる回路タイプについてのカテゴリを含む、C18に記載の方法。
[C23]
前記性能測定値を収集することは、前記性能測定値を連続して受けつつ、前記複数のカテゴリの各々についてのカテゴリ性能測定値を生成するための前記性能測定値の前処理を含み、前記電源電圧についてのターゲットレベルを決定するために前記性能測定値を処理することは、前記複数の電源ドメインのそれぞれ1つに関連付けられた前記カテゴリ性能測定値をマージすることを含む、C17に記載の方法。
[C24]
前記カテゴリ性能測定値は、前記複数のカテゴリの前記それぞれ1つについての前記性能測定値のワーストケースの測定値を含む、C23に記載の方法。
[C25]
前記性能測定値を処理することは、マルチスレッド処理を使用して実行される、C17に記載の方法。
[C26]
装置であって、
集積回路内の回路の性能を感知するための複数の手段と、ここにおいて、前記性能を感知するための複数の手段のうちの少なくとも1つは、前記集積回路内の複数の電源ドメインの各々に接続され、前記性能を感知するための複数の手段は、電源電圧と回路速度との間の異なる関係性を有する異種回路のためのセンサを含む、
前記複数の電源ドメインの電圧を制御するための手段と、ここで、前記複数の電源ドメインの電圧を制御するための手段は、
前記性能を感知するための複数の手段の各々から性能測定値を受けること、及び
複数のカテゴリのうちの1つに前記性能測定値の各々を割り当てること
を連続して行うことで、前記性能を感知するための複数の手段からの前記性能測定値を収集することと、
前記複数の電源ドメインの各々についてのターゲット電圧レベルを決定するために前記性能測定値を処理することと
を行うように構成される、装置。
[C27]
前記性能を感知するための複数の手段は、スキャンチェーンにおいて前記電圧を制御するための手段に結合される、C26に記載の装置。
[C28]
前記電圧バイアスを更新するための手段は、
前記性能を感知するための複数の手段と通信するように構成されたセンサインターフェースモジュールと、
前記性能を感知するための複数の手段の各々に関連付けられた前記複数のカテゴリのうちの1つのカテゴリを識別するように構成されたカテゴリ識別子/マッピングモジュールと、
前記複数のカテゴリの各々についてカテゴリ性能測定値を生成するように構成された測定前処理モジュールと、
前記複数の電源ドメインの各々についての前記ターゲット電圧レベルを決定するために、前記カテゴリ性能測定値を処理するように構成されたプロセッサモジュールと
を備える、C27に記載の装置。
[C29]
前記異種回路は、異なるトランジスタタイプを使用する回路及び異なるセルライブラリを使用するセルを含む、C26に記載の装置。
[C30]
前記複数のカテゴリは、前記複数の電源ドメインの各々についてのカテゴリ及び異種回路の各タイプについてのカテゴリを含む、C26に記載の装置。

Claims (27)

  1. 集積回路であって、
    前記集積回路内の回路の性能を測定するように構成された複数の性能センサと、ここにおいて、前記複数の性能センサのうちの少なくとも1つは、前記集積回路内の複数の電源ドメインの各々に接続される、
    前記複数の性能センサに結合されたコア電力低減(CPR)コントローラモジュールと、
    を備え、前記CPRコントローラモジュールは、
    前記複数の性能センサの各々から性能測定値を受ること、及び
    前記複数の電源ドメインの各々についてのカテゴリを含む複数のカテゴリのうちの1つに前記性能測定値の各々を割り当てること
    を連続して行うことで、前記複数の性能センサからの前記性能測定値を収集することと、
    カテゴリ毎にカテゴリ性能測定値を生成するためにカテゴリ毎に前記性能測定値の各々を前処理することと、
    前記カテゴリ性能測定値に基づいて前記複数の電源ドメインの各々についてのターゲット電圧レベルを決定するために前記性能測定値を処理することと
    を行うように構成される、集積回路。
  2. 前記複数の性能センサは、スキャンチェーンの状態で前記CPRコントローラモジュールに結合される、請求項1に記載の集積回路。
  3. 前記CPRコントローラモジュールは、
    前記複数の性能センサと通信するように構成されたセンサインターフェースモジュールと、
    前記複数の性能センサの各々に関連付けられた前記複数のカテゴリのうちの1つのカテゴリを識別するように構成されたカテゴリ識別子/マッピングモジュールと、
    前記複数のカテゴリの各々についてカテゴリ性能測定値を生成するように構成された測定前処理モジュールと、
    前記複数の電源ドメインの各々についての前記ターゲット電圧レベルを決定するために、前記カテゴリ性能測定値を処理するように構成されたCPRプロセッサモジュールと
    を備える、請求項2に記載の集積回路。
  4. 前記スキャンチェーンは、前記複数の性能センサのうちの少なくとも1つのブロックに対するバイパスを含む、請求項2に記載の集積回路。
  5. 前記複数の性能センサは、電源電圧と回路速度との間の異なる関係性を有する異種回路のためのセンサを含む、請求項1に記載の集積回路。
  6. 前記異種回路は、異なるトランジスタタイプを使用する回路を含む、請求項5に記載の集積回路。
  7. 前記異種回路は、異なるセルライブラリを使用する回路を含む、請求項5に記載の集積回路。
  8. 前記複数の性能センサは、電源電圧と回路速度との間の異なる関係性を有する異種回路のためのセンサを含み、前記複数のカテゴリは、異種回路の各タイプついてのカテゴリを更に含む、請求項に記載の集積回路。
  9. 集積回路であって、
    前記集積回路内の回路の性能を測定するように構成された複数の性能センサと、ここにおいて、前記複数の性能センサは、前記集積回路内の少なくとも1つの電源ドメインに接続され、前記複数の性能センサは、電源電圧と回路速度との間の異なる関係性を有する異種回路のためのセンサを含む、
    前記複数の性能センサに結合されたコア電力低減(CPR)コントローラモジュールと、
    を備え、前記CPRコントローラモジュールは、
    前記複数の性能センサの各々から性能測定値を受けること、及び
    対応する前記性能測定値に関連付けられた回路タイプに従って複数のカテゴリのうちの1つに前記性能測定値の各々を割り当てること、ここにおいて、前記複数のカテゴリは、前記複数の電源ドメインの各々についてのカテゴリを含む、
    を連続して行うこと、前記複数の性能センサからの前記性能測定値を収集することと、
    カテゴリ毎にカテゴリ性能測定値を生成するためにカテゴリ毎に前記性能測定値の各々を前処理することと、
    前記カテゴリ性能測定値に基づいて前記少なくとも1つの電源ドメインについてのターゲット電圧レベルを決定するために、前記性能測定値を処理することと
    を行うように構成される、集積回路。
  10. 前記複数の性能センサは、スキャンチェーンの状態で前記CPRコントローラモジュールに結合される、請求項に記載の集積回路。
  11. 前記CPRコントローラモジュールは、
    前記複数の性能センサと通信するように構成されたセンサインターフェースモジュールと、
    前記複数の性能センサの各々に関連付けられた前記複数のカテゴリのうちの1つのカテゴリを識別するように構成されたカテゴリ識別子/マッピングモジュールと、
    前記複数のカテゴリの各々について前記カテゴリ性能測定値を生成するように構成された測定前処理モジュールと、
    前記少なくとも1つの電源ドメインについての前記ターゲット電圧レベルを決定するために、前記カテゴリ性能測定値を処理するように構成されたCPRプロセッサモジュールと
    を備える、請求項10に記載の集積回路。
  12. 前記複数のカテゴリは、異種回路の各タイプについてのカテゴリを含み、前記CPRプロセッサモジュールは、前記少なくとも1つの電源ドメインについての前記ターゲット電圧レベルを決定する際に使用するために、前記カテゴリ性能測定値をマージするように更に構成され、請求項11に記載の集積回路。
  13. 前記スキャンチェーンは、前記複数の性能センサのうちの少なくとも1つのブロックに対するバイパスを含む、請求項10に記載の集積回路。
  14. 前記異種回路は、異なるトランジスタタイプを使用する回路を含む、請求項に記載の集積回路。
  15. 前記異種回路は、異なるセルライブラリを使用する回路を含む、請求項に記載の集積回路。
  16. 集積回路において電力を低減するために、複数の電源ドメインについての電源電圧を制御する際に使用するための方法であって、
    複数の異種性能センサを使用して、前記複数の電源ドメインにおいて回路性能を測定することと、
    前記複数の異種性能センサの各々から性能測定値を受信すること、及び
    対応する前記性能測定値に関連付けられた回路タイプおよび電源ドメインに従って複数のカテゴリのうちの1つに前記性能測定値の各々を割り当てること、ここにおいて、前記複数のカテゴリは、前記複数の電源ドメインの各々についてのカテゴリを含む、
    を連続して行うこと、前記性能測定値を収集することと、
    前記性能測定値を連続して受けつつ、カテゴリ毎にカテゴリ性能測定値を生成するためにカテゴリ毎に前記性能測定値の各々を前処理することと、
    前記カテゴリ性能測定値に基づいて前記電源電圧についてのターゲットレベルを決定するために前記性能測定値を処理することと
    を含む方法。
  17. 前記異種性能センサは、電源電圧と回路速度との間の異なる関係性を有する異なる回路タイプの前記回路性能を測定する、請求項16に記載の方法。
  18. 前記異なる回路タイプは、異なるトランジスタタイプを使用する回路を含む、請求項17に記載の方法。
  19. 前記異なる回路タイプは、異なるセルライブラリを使用する回路を含む、請求項17に記載の方法。
  20. 前記複数のカテゴリは、前記異なる回路タイプの各々についてのカテゴリを含む、請求項17に記載の方法。
  21. 前記電源電圧についてのターゲットレベルを決定するために前記性能測定値を処理することは、前記複数の電源ドメインのそれぞれ1つに関連付けられた前記カテゴリ性能測定値をマージすることを含む、請求項16に記載の方法。
  22. 前記カテゴリ性能測定値は、前記複数のカテゴリの前記それぞれ1つについての前記性能測定値のワーストケースの測定値を含む、請求項21に記載の方法。
  23. 前記性能測定値を処理することは、マルチスレッド処理を使用して実行される、請求項16に記載の方法。
  24. 装置であって、
    集積回路内の回路の性能を感知するための複数の手段と、ここにおいて、前記性能を感知するための複数の手段のうちの少なくとも1つは、前記集積回路内の複数の電源ドメインの各々に接続され、前記性能を感知するための複数の手段は、電源電圧と回路速度との間の異なる関係性を有する異種回路のためのセンサを含む、
    前記複数の電源ドメインの電圧を制御するための手段と、ここで、前記複数の電源ドメインの電圧を制御するための手段は、
    前記性能を感知するための複数の手段の各々から性能測定値を受けること、及び
    対応する前記性能測定値に関連付けられた回路タイプおよび電源ドメインに従って複数のカテゴリのうちの1つに前記性能測定値の各々を割り当てること、ここにおいて、前記複数のカテゴリは、前記複数の電源ドメインの各々についてのカテゴリ及び異種回路の各タイプについてのカテゴリを含む、
    を連続して行うことで、前記性能を感知するための複数の手段からの前記性能測定値を収集することと、
    カテゴリ毎にカテゴリ性能測定値を生成するためにカテゴリ毎に前記性能測定値の各々を前処理することと、
    前記カテゴリ性能測定値に基づいて前記複数の電源ドメインの各々についてのターゲット電圧レベルを決定するために前記性能測定値を処理することと
    を行うように構成される、装置。
  25. 前記性能を感知するための複数の手段は、スキャンチェーンの状態で前記電圧を制御するための手段に結合される、請求項24に記載の装置。
  26. 前記電圧を制御するための手段は、
    前記性能を感知するための複数の手段と通信するように構成されたセンサインターフェースモジュールと、
    前記性能を感知するための複数の手段の各々に関連付けられた前記複数のカテゴリのうちの1つのカテゴリを識別するように構成されたカテゴリ識別子/マッピングモジュールと、
    前記複数のカテゴリの各々についてカテゴリ性能測定値を生成するように構成された測定前処理モジュールと、
    前記複数の電源ドメインの各々についての前記ターゲット電圧レベルを決定するために、前記カテゴリ性能測定値を処理するように構成されたプロセッサモジュールと
    を備える、請求項25に記載の装置。
  27. 前記異種回路は、異なるトランジスタタイプを使用する回路及び異なるセルライブラリを使用するセルを含む、請求項24に記載の装置。
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