KR20020008110A - 컴퓨터 시스템에서의 전력 소비 관리 방법 및 장치 - Google Patents

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피터 엔. 데트킨
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Abstract

컴퓨터 시스템의 적어도 일부에 의해 소비되는 전력에 대략적으로 비례하는 전기적 파라메터(VCC)가 측정된다. 이 측정은 컴퓨터 시스템의 일부에 의해 소비되는 전력이 임계치(150)에 도달하였는지 여부를 판단하는데 이용된다.

Description

컴퓨터 시스템에서의 전력 소비 관리 방법 및 장치{A METHOD AND APPARATUS FOR MANAGING POWER CONSUMPTION IN A COMPUTER SYSTEM}
소형 휴대형 전자 장치에서 중형 이동형 및 데스크톱형 시스템이나 대형 서버와 워크스테이션에 이르기까지 컴퓨터 시스템은 우리 사회 속에 점점 더 깊이 파고들고 있다. 컴퓨터 시스템은 통상 하나 이상의 프로세서를 포함한다. 프로세서는 명령을 실행하여 컴퓨터에서의 데이터 흐름을 조작하고 제어한다. 소비자를 위해 더욱 강력한 컴퓨터 시스템을 제공하기 위해서, 프로세서 설계자는 프로세서 동작 속도를 증가시키려고 지속적으로 노력하고 있다. 그러나 불행히도 프로세서 속도가 증가할수록 프로세서가 소비하는 전력도 증가하는 경향이 있다. 역사적으로 보면, 프로세서가 소비하는 전력은 2가지 요소에 의해 제한되어 왔다. 먼저, 전력 소비가 증가할수록 프로세서는 열을 더 발생시키는 경향이 있으며, 이는 열소산 문제를 일으킨다. 둘째, 전력 소비가 증가할수록 이동형 컴퓨터 시스템의 바테리 수명이 줄어들어 소비자에게 주는 매력이 떨어진다.
프로세서 및 컴퓨터 시스템 설계자는 이러한 문제를 처리하기 위한 많은 방법을 개발해 왔다. 예컨대, 프로세서 설계자는 전력 소비를 줄이는 특수 회로 설계 기법을 이용한다. 또한, 현대 컴퓨터 시스템은 특정 기간 중에는 필요하지 않은 시스템 부분은 셧다운되도록 설계되어 있다. 이들 기법들은 전력을 보존하며 바테리 수명 연장에 유용하다.
열 문제를 해결하기 위하여, 프로세서로부터 주위로 열을 소산시키기 위한 정교한 열 소산 시스템이 프로세서에 종종 부착된다. 일부 프로세서 패키지는 프로세서 온도를 모니터하는 열 센서를 포함한다. 프로세서 온도가 특정 임계를 초과하면 프로세서는 식을 때까지 저전력 모드에 있게 된다. 이와 같은 예방 조치들이 취해지지 않으면 프로세서는 그 자신의 열에 의해 스스로 파괴될 수 있다.
본 발명은 컴퓨터 시스템에 관한 것으로, 특히 고전력 상태에 응답하여 집적 회로가 소비하는 전력을 감소시킴으로써 컴퓨터 시스템에서 소비되는 전력을 제한하는 것에 관한 것이다.
컴퓨터 시스템에서의 소비 전력 관리 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따라서 적어도 컴퓨터 시스템의 일부에 의해 소비되는 전력에 근사적으로 비례하는 전기적 파라메터를 측정한다. 이 측정은 컴퓨터 시스템의 일부가 소비하는 전력이 어떤 임계에 도달했는지 여부를 판단하는데 이용된다. 본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 첨부 도면과 이하의 상세한 설명으로부터 명백해 질 것이다.
<도면의 간단한 설명>
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 구성된 컴퓨터 시스템,
도 1A는 도 1의 전원 장치 내의 스위칭 레귤레이터,
도 2A는 본 발명의 일 실시예에서 총 전력 소비 대 시간을 도시한 그래프도,
도 2B는 본 발명의 다른 실시예에서 총 전력 소비 대 시간을 도시한 그래프도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 구성된 프로세서를 포함하는 컴퓨터 시스템,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서의 전력 소비 감소 방법을 보여주는 플로우챠트,
도 5는 본 발명의 제1 실시예에서 도 4의 방법을 보여주는 플로우챠트,
도 6은 본 발명의 제2 실시예에서 도 2의 방법을 보여주는 플로우챠트,
도 7은 본 발명의 제3 실시예에서 도 4의 방법을 보여주는 플로우챠트.
컴퓨터 시스템 전력 소비는 현재 시스템을 동작시키는데 필요한 전력이 더 이상 시스템에 확실하게 공급될 수 없는 정도에 급속히 이르고 있다. 이것은 주로 전력 출구에 플러그가 꽂인 시스템에 포함된 하나 이상의 프로세서가 전력 출구가 전달할 수 있는 전력 이상의 전력을 과동작 기간 중에 소비할 수 있다는 사실에 기인한다. 이와 같은 상황 하에서 전력 출구를 보호하는 퓨즈나 회로 차단기가 시스템의 정상 동작 중에 오동작(즉, 끊어짐)할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따라서, 컴퓨터 시스템의 적어도 일부에 의해 소비되는 전력은 전압, 전류, 또는 전원 장치에서의 스위칭 신호의 듀티 사이클과 같은 소비 전력에 거의 비례하는 파라메터를 측정함으로써 모니터된다. 이러한 측정량들은 전력 제어기에 공급된다. 모니터되는 컴퓨터 시스템의 일부는 컴퓨터 시스템의 하나 이상의 프로세서 이외에도 예컨대 브리지(즉, "칩셋")나 비디오 단말기와 같이 상당한 량의 전력을 소비하는 기타 다른 집적 회로(IC)를 포함할 수 있다.
전력 제어기에 의해 결정된 소비 전력이 일단 임계치에 도달하면, 이 제어기에 의해 스로틀(throttle) 신호가 컴퓨터 시스템의 하나 이상의 IC에 전송된다. 이 하나 이상의 IC는 이 스로틀 신호의 수신에 응답하여 그 전력 소비를 감소시킨다. 예컨대 본 발명의 일 실시예에서 컴퓨터 시스템의 프로세서는 스로틀 신호의 수신에 응답하여 일관된 버스 주파수를 유지하면서 그 코어 주파수를 감소시킨다. 다른 실시예에서 프로세서는 스로틀 신호의 수신에 응답하여 하나 이상의 파이프라인의 전부 또는 일부를 정지시키거나 하나 이상의 파이프라인에 no-ops를 발생시킨다.
전력 소비 또는 이에 비례하는 어떤 값을 집적적으로 모니터함으로써 프로세서 부근의 열 센서 위치 선정 불량과 관련한 온도 측정 부정확을 피하게 된다. 그 외에도 고전력 상태 검출과 컴퓨터 시스템의 전력 소비 감소 간의 응답 시간이 열 센서 이용에 의한 고전력 상태 검출에 비해 상당히 개선된다. 여러가지 구성과 수단을 포함하는 본 발명의 실시예들에 대해 이하에서 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 구성된 멀티프로세서 컴퓨터 시스템이다. 프로세서(100, 101)에는 시스템 버스를 통해 1차 브리지(110)가 접속되어 있다. 브리지(110)는 프로세서들을 메인 메모리(115)에 접속시키고 프로세서들을 주변 버스를 통해 주변 장치(120, 130)에 접속시키는데 사용된다. 2차 브리지(125)는 외부 메모리(140)와 비디오 단말기(145)를 주변 버스에 접속시킨다.
도 1의 주변 장치(120, 130)는 오디오/비디오 생성기, 가속기 또는 분석기와 같은 오디오 및 비디오 입/출력 장치를 포함할 수 있다. 외부 메모리(140)는 하드 드라이브, 플로피 디스크, 테이프 드라이브, 기타 비휘발성 기계 판독가능 저장 매체를 포함할 수 있다. 비디오 단말기(145)는 음극선관(CRT)이나 액정 디스플레이(LCD)와 같은 평판 디스플레이와 같은 임의의 비디오 디스플레이 장치를 포함할 수 있다. 메인 메모리(115)는 다이나믹 RAM(DRAM), 스태틱 RAM(SRAM), 플래쉬 EPROM, 기타 고속 고용량 저장 매체를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서 도 1의 컴퓨터 시스템은 유니프로세서 시스템으로 변경될 수 있으며, 또는 2개 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.
도 1의 컴퓨터 시스템의 각 장치에는 전원(VCC)에 의해 전력이 공급되며, 이 전력은 측정 장치에 의해 모니터된다. 각 장치와 각 측정 장치에는 전력 제어기(150)가 접속되어 있다. 각 장치는 전력을 소비하는 하나 이상의 IC를 포함할 수 있음에 유의한다. 본 발명의 일 실시예에서 컴퓨터 시스템은 하나 이상의 독립적인 전원 장치를 포함하는데, 각각은 하나 이상의 IC에 전력을 공급한다. 측정 장치는 하나의 IC 또는 임의 수의 IC에 의해 소비되는 전력을 모니터할 수 있다. 본 발명의 더 간단한 실시예에서는 선택된 수의 IC에만 하나 이상의 측정 장치가 접속되어 그 선택된 IC들의 전력 소비를 모니터할 수 있다. 이 실시예에서는 모니터된 IC들이 컴퓨터 시스템에서 전력의 대부분을 소비하는 IC들인 것이 유리하게 될 수 있다. 예컨대 프로세서 A(100)와 프로세서 B(101)만에 의해 또는 그 외에도 브리지(110), 비디오 단말기(145), 및 외부 메모리(140)에 의해 소비된 전력만이 모니터될 수 있다. 그 외에도 전력 제어기(150)는 전체 또는 선택된 수만의 IC나 측정 장치에 접속될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 도 1의 전력 제어기(150)는 독립적인 조작이 가능한 IC이거나 다른 IC에 내장된 유니트이다. 예컨대 본 발명의 일 실시예에서 전력 제어기(150)는 컴퓨터 시스템의 브리지 또는 프로세서에 내장될 수 있다. 본 발명위 다른 실시예에서 전력 제어기는 후술할 기능을 구현하기 위하여 컴퓨터 시스템의 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어 코드이다.
도 1의 컴퓨터 시스템의 하나 이상의 측정 장치는 하나 이상의 IC에 의해 소비되는 전력에 거의 비례하는 파라메터를 측정함으로써 전력 소비를 모니터한다. 측정량들은 전력 제어기(150)에 공급된다. 예컨대 측정 장치는 전력, 전류 또는 전압을 측정할 수 있다. 전류 소비는 예컨대 유도(induction)를 측정하는 홀 효과(hall-effect) 센서에 의해 자기적으로(magnetically) 측정될 수 있다. 대안으로써, 저항값이 알려진 저항에 걸리는 전압 강하가 측정될 수 있다.
전원 장치가 스위칭 레귤레이터를 포함하는 실시예에서는 도 1의 관련 측정 장치에 의해 스위칭 신호의 하나 이상의 파라메터가 측정될 수 있다. 도 1A는 도 1의 전원 장치 내의 스위칭 레귤레이터이다. 도 1A에 도시된 바와 같이, 전력 출구로부터의 AC 전력 신호는 입력 회로(160)에 의해 정류, 필터링, 및 조정된다. 대안으로써, 2개 이상의 전원 장치가 직렬로 연결된 실시예에서는 회로(160)로의입력은 다른 전원 장치로부터의 DC 전력 신호가 될 수 있다. 이 대안 실시예에서는 전력 신호는 입력 회로(160)에 의해 정류될 필요가 없다.
입력 회로(160)로부터 도출된 고전압 DC 전력 신호는 펄스 폭 변조기(163)의 제어 하에 스위칭 트랜지스터(161, 162)에 의해 펄스 변조된다. 변조기(163)는 스위칭 신호를 트랜지스터들의 베이스에 공급하여 전력 신호 변조를 제어한다. 도출된 펄스형 전력 신호는 변압기(164)에 공급되며, 변압기 출력은 출력 회로(165)에 의해 정류, 필터링 및 조정된다. 도출된 DC 전력 신호(VCC)는 컴퓨터 시스템의 하나이상의 IC에 공급되고 펄스 폭 변조기(163)로 피드백된다. 이 피드백 신호는 변조기(163)에 의해 모니터되어 스위칭 신호의 펄스 폭을 조정한다. VCC가 원하는 출력 전압 이하로 떨어지면 변조기(163)는 펄스 폭을 증가시킨다. VCC가 원하는 출력 전압 이상으로 올라가면 변조기는 펄스 폭을 감소시킨다.
변조기(163)로부터 스위칭 트랜지스터(161 또는 162)의 베이스로 공급된 스위칭 신호의 하나 이상의 파라메터는 VCC출력에 접속된 IC에 의해 소비되는 전력 또는 전류에 비례할 수 있다. 예컨대 펄스 폭이나 듀티 사이클(이 둘다 여기서는 듀티 사이클이라 함)은 전력 소비에 비례할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 일 실시예에 따라서, 스위칭 신호의 듀티 사이클은 도 1의 관련 측정 장치에 의해 측정되고, 측정량들은 전력 제어기(150)에 공급된다. 듀티 사이클은 스위칭 트랜지스터들의 하나 또는 두개의 베이스에 공급된 스위칭 신호로부터 측정될 수 있다. 대안으로써, 펄스 폭 변조기(163)는 스위칭 신호의 듀티 사이클을 나타내는 별도의신호를 공급할 수 있다. 다른 실시예에서 스위칭 신호의 듀티 사이클은 스위칭 트랜지스터들로부터 변압기(164)로 공급된 펄스형 전력 신호의 듀티 사이클을 측정함으로써 간접적으로 측정된다.
다시 도 1을 참조로 설명하면, 측정 장치로부터의 측정량들은 전력 제어기(150)로 처리하기 위한 디지털 형태로 변환될 수 있다. 대안으로써, 전력 제어기(150)가 아날로그 회로를 포함한다면 측정량들은 아날로그 전류나 전압 레벨로 유지될 수 있다.
전력 제어기(150)는 도 1의 컴퓨터 시스템의 하나 이상의 측정 장치로부터 측정량들을 모아 관련 IC를 포함하는 컴퓨터 시스템의 일부에 의해 소비되는 총 전력을 계산한다. 대안으로써, 전력 제어기(150)는 컴퓨터 시스템의 일부에 의해 소비되는 총 전력에 비례하는 전류, 전압 또는 듀티 사이클과 같은 임의 값의 합계를 계산할 수 있다. 소비된 총 전력이 임계치에 도달하거나 소비된 총 전력에 비례하는 어떤 값의 합계가 임계치에 도달하면, 제어기(150)는 컴퓨터 시스템의 하나 이상의 IC에 스로틀 신호를 전송한다. IC는 스로틀 신호의 수신에 응답하여 그 전력 소비를 감소시킨다. 간단화를 위해, 지금까지 사용된 용어 "전력"은 실제 전력뿐만 아니라 전류, 전압, 듀티 사이클 또는 전력에 비례하는 기타 다른 측정량도 포함하는 것으로 한다.
스로틀 신호를 수신하여 그 전력 소비를 감소시키는 IC들은 여러가지 다른 방식으로 도 1의 전력 제어기(150)에 의해 선택될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 전력 제어기(150)는 컴퓨터 시스템에서 전력의 대부분을 소비하는 하나 이상의 IC에 스로틀 신호를 전송한다. 예컨대 이 실시예에서 스로틀 신호는 프로세서(100 또는 101) 중 어느 하나 또는 둘다에 전송될 수 있다. 다른 실시예에서 전력 제어기(150)는 컴퓨터 시스템의 동작에 영향을 적게 미치는 하나 이상의 IC에 스로틀 신호를 전송한다. 예컨대 이 실시예에서 스로틀 신호는 비디오 단말기(145)나 외부 메모리(140)에 전송될 수 있다. 이 실시예의 다른 예로서, 스로틀 신호는 주변 장치(120 또는 130)가 무동작 상태에 있거나 프로세서(100 또는 101) 내의 명령을 니어 텀 실행(near term execution)할 필요가 없다면 그 주변 장치들 중 하나 또는 모두에 전송될 수 있다.
도 2A는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 1의 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부에 대한 총 전력 소비 대 시간을 보여주는 그래프이다. 그래프에서 위로 치솟은 스파이크 부분은 컴퓨터 시스템의 하나 이상의 IC, 통상적으로는 프로세서들에 의한 과동작 기간을 나타낸다. 전력 제어기에 설정된 상한 임계치는 도 2A의 그래프에서 상한선으로 나타나 있다. 이 임계치는 전력 제어기 내에 영구히 설정되거나 소프트웨어 또는 하드웨어 제어를 통해 시스템 설계자나 시스템 사용자에 의해 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상한은 도 2A에 나타난 상수값이다. 이 상수값은 전력 출구의 퓨즈나 회로 차단기가 끊어지기 전에 컴퓨터 시스템이 꽂아지는 전력 출구로부터 컴퓨터 시스템에 의해 확실히 소비될 수 있는 근사 최대 전력과 관련될 수 있다. 이 값은 예컨대 컴퓨터의 기본 입/출력 시스템(BIOS)에 저장된 설정을 변경함으로써 바뀌어질 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서 임계치는 엄격이 소비 총 전력의 함수라기 보다는 소비 총전력과 시간의 함수이다. 예컨대 어떤 전력 출구들은 회로 차단기가 끊어지기 전에 일정 기간 동안 고전력 상태를 유지할 수 있다. 이 경우 총전력값은 일정 기간 동안 적분되어 전력 출구의 총전력 전달 사양과 관련된 임계치와 비교될 수 있다. 이 예에서 전력 스파이크는 일정 기간 동안 허용될 수 있다.
일단 임계치에 도달하면, 전력 제어기는 컴퓨터 시스템의 하나 이상의 IC에 스로틀 신호를 전송한다. 어떤 IC가 이 스로틀 신호에 응답하여 그 소비 전력을 줄이면, 전력 제어기에 의해 계산되는 총전력은 도 2A에 나타난 바와 같이 줄어든다.
도 2A의 실시예에서, 일단 트리거되고 나면 전력 제어기에 의해 계산되는 총전력 소비가 하한선으로 표시된 하한 임계치에 도달할 때까지 스로틀 신호가 연속적으로 발생된다. 일단 이 하한 임계치에 도달되면 스로틀 신호 발생이 중지될 수 있고, 응답시 IC는 정상 동작을 재개시한다. 본 실시예에 따라서 하한 임계치는 상한 임계치와 하한 임계치 간의 전력 변동 발생을 줄이기 위한 히스테리시스를 제공하기 위해 선택된 소정값으로 설정될 수 있다. 이 하한 임계치는 전력 제어기 내에 결선(hard wired)되거나 스로틀 신호를 수신하는 IC 내에 결선될 수 있다. 대안으로써 하한 임계치는 예컨대 전력 변동을 줄이기 위해 사용자에 의해 변경가능하며 또는 컴퓨터 시스템 내에서 자동으로 조정될 수 있다.
도 2B는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 1의 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부에 대한 총전력 소비 대 시간을 나타낸 그래프이다. 도 2B의 그래프는 도 2B의 실시예에 있어서는 스로틀 신호가 일단 트리거되고 나면 이 신호는 소정 기간(200) 동안 연속적으로 발생된다는 점만 제외하고는 도 2A의 그래프와 유사하다. 이 소정 기간(200)이 경과하고 나면 스로틀 신호 발생이 중지되고 , 응답시 IC는 정상 동작을 재개시한다. 이 실시예에 따라서 이 소정 기간은 총전력 소비 변동의 발생을 줄이도록 선택될 수 있다. 이 소정 기간(200)은 전력 제어기 내에 결선되거나 스로틀 신호를 수신하는 IC 내에 결선될 수 있다. 대안으로써 소정 기간(200)은 예컨대 전력 변동을 줄이기 위해 사용자에 의해 변경가능하며 또는 컴퓨터 시스템 내에서 자동으로 조정될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 구성된 프로세서(310)를 포함하는 컴퓨터 시스템이다. 시스템 클록(301)과 스로틀 신호 라인은 프로세서(310)의 클록 동기화기(311)에 접속되어 있다. 프로세서(310)는 버스 인터페이스(312)와, 파이프라인(313)을 가진 코어를 포함한다. 버스 인터페이스(312)와 파이프라인(313)은 클록 동기화기(311)로부터 각자의 클록 신호를 수신한다. 버스 인터페이스(312)의 동기화부(314)는 파이프라인(313)의 입력 및 출력에 접속되어 있고 시스템 버스(320)를 통해 다른 IC들과 데이터 통신한다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 도 3의 클록 동기화기(311)는 시스템 클록(301)을 수신하고 이 시스템 클록 주파수에 제1 비율을 곱해서 버스 인터페이스(312)에 공급되는 버스 주파수를 발생시킨다. 버스(320)에 접속된 다른 IC들(미도시)은 이 버스 주파수에서 프로세서(310)와 통신한다. 클록 동기화기(311)도 시스템 클록 주파수에 제2 비율을 곱해서 코어 주파수라 불리는 훨씬 더 높은 주파수를 발생시킨다. 코어 주파수는 파이프라인(313)에 공급된다. 파이프라인(313)은 이 코어 주파수에서 동작한다. 동기화부(314)는 코어 주파수에서는 파이프라인(313)과 그리고 버스 주파수에서는 버스 인터페이스(312)와 데이터 통신하는 동기화 로직을 포함한다.
도 3의 클록 동기화기(311)가 스로틀 신호를 수신하면 시스템 클록 주파수에 제3 비율을 곱해서 원래의 코어 주파수보다 낮은 코어 주파수를 발생시킨다. 이 감소된 코어 주파수는 파이프라인(313)에 공급되고, 이 파이프라인은 이 감소된 코어 주파수에서 동작한다. 스로틀 신호의 발생이 중지되면 시스템 클록 주파수에 제2 비율을 곱하고 이에 따라 도출된 높은 코어 주파수를 파이프라인(313)에 인가함으로써 코어 주파수는 원래값으로 증가된다. 이 코어 주파수의 곱셈 연산 중에 버스 인터페이스(312)에 공급된 버스 주파수는 일정하게 유지된다. 따라서 프로세서(310)의 동작 주파수(코어 주파수)가 스로틀 신호에 응답하여 조정되어도 프로세서(310)는 일정한 버스 주파수에서 버스(320)에 접속된 다른 IC들과 통신하므로 컴퓨터 시스템은 방해를 받지 않고 동작을 계속한다.
도 3의 프로세서(310)의 코어 동작 주파수가 감소되면 프로세서(310)에 의해 소비되는 전력이 감소된다. 본 발명의 일 실시예에 따라서, 스로틀 신호에 응답하여 클록 동기화기(311) 내에서 2개의 곱셈 비율 간에 신속하게 스위칭함으로써 프로세서(310)의 코어 주파수들 간의 신속한 전이가 이루질 수 있다. 높은 코어 주파수와 낮은 코어 주파수 간에 여러가지 곱셈 비율을 단계적으로 적용함으로써 코어 주파수들 간의 더 느리고 부드러운 전이가 이루어질 수 있다. 신속한 주파수전이는 전력 제어기에 의한 고저력 상태 검출에 대해 양호한 반응 시간을 주는데 바람직할 수 있다. 느린 주파수 전이는 전원 장치 과도 현상을 줄이는데 바람직할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라서, 주파수 전이 속도는 총전력 소비 변동의 발생을 줄이기 위해 선택될 수 있다. 주파수 전이 속도는 예컨대 전력 변동을 줄이기 위해 프로세서 내에 결선되거나, 사용자에 의해 변경되거나, 컴퓨터 시스템 내에서 자동으로 조정될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 스로틀 신호의 발생에 응답하여 도 3의 프로세서(310)는 파이프라인(313)의 전부 또는 일부를 정지시킨다. 파이프라인의 정지(동결 또는 중지라고도 함)는 프로세서 정지 동안에 실행되는 명령어가 거의 없기 때문에 프로세서의 전력 소비를 크게 줄인다. 대안으로써, 정지된 파이프라인, 또는 파이프라인 일부에 공급된 클록은 턴 오프된다. 파이프라인 정지는 스로틀 신호의 발생 해제시 해제된다. 정지는 프로세서(310) 내의 모든 파이프라인이 정지되는 전역적(global)이거나 선택된 파이프라인만이 정지되는 국지적(local)일 수 있다. 국지적 정지가 실시되는 실시예에서는 어느 파이프라인 또는 파이프라인의 어느 부분이 정지되는가 하는 것은 프로세서 설계자에 의해 결정되며 프로세서 내로 결선된다. 대안으로써, 이 결정은 사용자에 의해 변경되거나 프로세서에 의해 자동으로 선택될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 스로틀 신호의 발생에 응답하여 도 3의 프로세서(310)는 파이프라인(313)에 no-op들을 발생시킨다. no-op는 실행 시 프로세서에 의한 서비스 또는 동작을 거의 요구하지 않으므로 프로세서는 대부분의 다른 명령을 실행하는데 요구되는 전력에 비해 no-op를 실행하는데 적은 전력(예컨대 절반 이하)이 요구된다. 대안으로써, no-op를 실행하고 있는 파이프라인 또는 파이프라인 일부에 공급된 클록은 턴 오프된다. 프로그램 코드의 통상적인 명령들은 스로틀 신호의 발생 해제시에 파이프라인에 다시 발생된다. 본 발명의 일 실시예에서, no-op들과 명령들의 혼합은 스로틀 신호의 발생시에 파이프라인에 발생된다. no-op들과 명령들 간의 상대적 혼합은 프로세서 설계자에 결정될 수 있으며 프로세서 내로 결선될 수 있다. 대안으로써, 이 결정은 사용자에 의해 변경되거나 프로세서에 의해 자동으로 선택될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서의 전력 소비 감소 방법을 나타낸 플로우챠트이다. 단계(400)에서 프로세서가 소비하는 전력, 또는 전력에 비례하는 파라메터가 측정된다. 이 전력은 측정 장치에 의해 측정될 수 있으며, 그 값은 전력 제어기에 디지털 또는 아날로그 형태로 공급된다. 예컨대 전류계는 프로세서가 소비하는 전류 측정량을 전력 제어기에 공급할 수 있다. 다음, 단계(405)에서 전력 제어기는 전력이 상한 임계치에 도달하였는지 여부를 판단한다. 전력이 그 임계치에 도달하지 않았다면 단계(400)에서 정상 동작이 계속된다. 그러나 전력이 그 임계치에 도달하였다면 단계(410)에서 프로세서에 의해 소비되고 있는 전력량이 감소된다. 이 감소는 전력 제어기로부터 프로세서로 전송된 스로틀 신호에 응답할 수 있다.
다음, 도 4의 단계(415)에서 전력 제어기는 전력이 하한 임계치에 도달하였는지 여부를 판단한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 전력 제어기는 대안으로써 또는 추가적으로 단계(410)에서의 전력 소비 감소 이후에 소정 기간이 경과하였는지 여부를 판단한다. 경과하지 않았다면 경과하였다고 판단할 때까지 단계(410)에서 전력 소비가 계속 감소된다(또는 다른 실시예에서 감소된 상태를 계속 유지한다). 전력이 하한 임계치에 도달하였거나 소정 기간이 경과하였다면 단계(420)에서 정상 동작이 재개시되고 단계(400)로 되돌아 간다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에서 도 4의 방법을 나타낸 플로우챠트이다. 단계(500)에서 프로세서 코어는 높은 코어 주파수에서 동작되고, 프로세서는 버스 주파수에서 동작하는 버스를 통해 컴퓨터 시스템의 다른 IC들과 통신한다. 다음, 단계(505)에서 프로세서가 스로틀 신호를 수신하였는지 여부가 판단된다. 이 스로틀 신호는 컴퓨터 시스템 전체 또는 일부에 의해 소비된 총전력이 임계치에 도달하였다고 판단하면 전력 제어기에 의해 프로세서에 전송될 수 있다. 프로세서가 스로틀 신호를 수신하지 않았다면(또는 발생 중지된 스로틀 신호를 수신하였다면) 높은 코어 주파수에서 프로세서의 정상 동작이 계속된다. 그러나 프로세서가 스로틀 신호를 수신하였다면 단계(510)에서 프로세서의 코어 주파수는 감소된다. 버스는 원래의 버스 주파수에서 동작하느 버스를 통해 컴퓨터 시스템의 다른 IC들과 통신을 계속한다.
다음, 도 5의 단계(515)에서 프로세서로의 스로틀 신호의 발생이 해제되었는지 여부가 판단된다. 스로틀 신호의 발생이 해제될 때까지 주파수는 단계(510)에서의 감소 상태로 유지된다. 단계(515)에서 스로틀 신호의 발생이 해제되면 단계(520)에서 프로세서는 높은 코어 주파수에서 정상 동작을 재개시하고단계(500)으로 되돌아 간다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에서 도 4의 방법을 나타낸 플로우챠트이다. 단계(600)에서 프로세서는 프로세서 파이프라인을 통해 명령들은 연속적으로 발생하고 그 명령들을 실행함으로써 동작된다. 프로세서가 소비하는 전력은 이 동작 중에 연속적으로 측정되고 전력 제어기에 의해 모니터된다. 다음, 단계(605)에서 전력 제어기는 전력이 상한 임계치에 도달하였는지 여부를 판단한다. 전력이 상한 임계치에 도달하지 않았다면 프로세서의 정상 동작이 계속된다. 그러나 전력이 상한 임계치에 도달하였다면 단계(610)에서 프로세서 파이프라인의 전부 또는 일부가 정지되어 프로세서의 전력 소비를 감소시킨다.
다음, 도 6의 단계(615)에서 전력 제어기는 전력이 하한 임계치에 도달하였는지 여부를 판단하거나, 대안으로써 단계(610)에서의 파이프라인의 정지 이후에 소정 기간이 경과하였는지 여부를 판단할 수 있다. 파이프라인은 전력이 하한 임계치에 도달하거나 소정 기간이 경과할 때까지 단계(610)에서 계속하여 정지해 있다. 하한 임계치에 도달하거나 소정 기간이 경과하면 단계(620)에서 정상 동작이 재개시되며(예컨대 파이프라인의 정지가 해제되고) 단계(600)으로 되돌아 간다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에서 도 4의 방법을 나타낸 플로우챠트이다. 단계(700)에서 프로세서는 프로세서 파이프라인을 통해 명령들은 연속적으로 발생하고 그 명령들을 실행함으로써 동작된다. 프로세서가 소비하는 전력은 이 동작 중에 연속적으로 측정되고 전력 제어기에 의해 모니터된다. 다음, 단계(705)에서 전력 제어기는 전력이 상한 임계치에 도달하였는지 여부를 판단한다. 전력이 상한임계치에 도달하지 않았다면 프로세서의 정상 동작이 계속된다. 그러나 전력이 상한 임계치에 도달하였다면 단계(710)에서 no-op들이 프로세서 파이프라인 내에 삽입되어 프로세서의 전력 소비를 감소시킨다.
다음, 도 7의 단계(715)에서 전력 제어기는 전력이 하한 임계치에 도달하였는지 여부를 판단하거나, 대안으로써 단계(710)에서의 파이프라인 내로의 no-op들의 삽입 이후에 소정 기간이 경과하였는지 여부를 판단할 수 있다. 전력이 하한 임계치에 도달하거나 소정 기간이 경과할 때까지 단계(710)에서 no-op들의 파이프라인 내로의 삽입이 계속된다. 하한 임계치에 도달하거나 소정 기간이 경과하면 단계(720)에서 정상 동작이 재개시되며(예컨대 정상 명령 흐름이 파이프라인 내로 다시 발생되고) 단계(700)으로 되돌아 간다.
지금까지 특정한 예시적인 실시예들을 통해 본 발명을 설명하였다. 그러나 당업자에게는 본 발명의 본질과 범위로부터 벗어남이 없이 이 들 실시예들을 여러가지로 소정 및 변형할 수 있음은 명백할 것이다. 따라서 본 명세서와 도면은 한정적 의미가 아니라 예시적인 의미로 간주되어야 한다.

Claims (21)

  1. 컴퓨터 시스템에서의 전력 소비 관리 방법에 있어서,
    컴퓨터 시스템의 적어도 일부에 의해 소비되는 전력에 대략적으로 비례하는 파라메터를 측정하는 단계; 및
    컴퓨터 시스템의 상부 일부에 의해 소비되는 전력이 임계치에 도달하였는지 여부를 판단하기 위하여 상기 측정을 이용하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템에서의 소비 전력 관리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 컴퓨터 시스템의 상부 일부에 의해 소비되는 전력이 임계치에 도달하였다면 스로틀(throttle) 신호를 전송하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템에서의 소비 전력 관리 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 스로틀 신호를 수신하는 집적 회로(IC)에 응답하여 컴퓨터 시스템의 상기 일부에 의해 소비되는 전력을 감소시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템에서의 소비 전력 관리 방법.
  4. 제3항에 있어서, 컴퓨터 시스템의 상기 일부에 의해 소비되는 전력을 감소시키는 단계는 상기 IC에 공급된 클록 주파수나 전압을 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템에서의 소비 전력 관리 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 측정 단계는 프로세서에 접속된 전원 장치에서 스위칭 신호의 듀티 사이클을 측정하는 단계를 포함하고, 상기 전력 감소 단계는 상기 스로틀 신호를 수신하는 프로세서에 응답하여 상기 프로세서에 의해 소비되는 전력을 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템에서의 소비 전력 관리 방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 측정 단계는 전력을 공급하는 전원 장치에서 스위칭 신호의 듀티 사이클을 측정하는 단계를 포함하고, 상기 전력 감소 단계는 상기 스로틀 신호에 응답하여 컴퓨터 시스템의 동작에 영향을 적게 미치는 IC에 의해 소비되는 전력을 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템에서의 소비 전력 관리 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 측정 장치는 컴퓨터 시스템의 상기 일부에 접속된 전원 장치에서 스위칭 신호의 듀티 사이클을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템에서의 소비 전력 관리 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 측정 단계는 전력을 공급하는 전원 장치에서 스위칭 신호의 듀티 사이클을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템에서의 소비 전력 관리 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 측정 이용 단계는 컴퓨터 시스템의 상기 일부에 의해 소비되는 전력이 일정값으로 미리 정해진 임계치에 도달하였는지 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템에서의 소비 전력 관리 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 측정 이용 단계는 컴퓨터 시스템의 상기 일부에 의해 소비되는 전력이 시간 함수로서 계산되는 임계치에 도달하였는지 여부를 판단하는 단계를 포함하는것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템에서의 소비 전력 관리 방법.
  11. 컴퓨터 시스템에 의해 소비되는 전력을 제한하는 방법에 있어서,
    컴퓨터 시스템의 제1 부분에 의해 소비되는 전력에 비례하는 제1 파라메터를 측정하는 단계;
    컴퓨터 시스템의 제2 부분에 의해 소비되는 전력에 비례하는 제2 파라메터를 측정하는 단계;
    적어도 상기 제1 및 제2 파라메터를 결합시키는 연산이 임계치에 도달한 경우에 컴퓨터 시스템의 집적 회로(IC)에 스로틀 신호를 전송하는 단계; 및
    상기 신호의 수신에 응답하여 상기 IC에 의해 소비되는 전력을 감소시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템의 소비 전력 제한 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 연산이 사용자 정의값으로 미리 정해진 임계치에 도달했는지 여부를 판단하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템의 소비 전력 제한 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 연산이 시간 함수로서 계산되는 임계치에 도달했는지 여부를 판단하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템의 소비 전력 제한 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 컴퓨터 시스템은 상기 제1 부분은 제1 프로세서이고 상기 제2 부분은 제2 프로세서인 멀티프로세서 컴퓨터 시스템인 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템의 소비 전력 제한 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 제1 파라메터 측정 단계는 컴퓨터 시스템의 상기 제1 부분에 접속된 제1 전원 장치의 스위칭 신호의 듀티 사이클을 측정하는 단계를 포함하고, 상기 제2 파라메터 측정 단계는 컴퓨터 시스템의 상기 제2 부분에 접속된 제2 전원 장치의 스위칭 신호의 듀티 사이클을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템의 소비 전력 제한 방법.
  16. 컴퓨터 시스템에 의해 소비되는 전력을 공급하는 전원 장치;
    상기 전원 장치에 접속되어, 전력에 대략적으로 비례하는 파라메터의 값을측정하는 측정 장치; 및
    상기 값을 이용하여 계산된 량이 임계치에 도달한 경우에 컴퓨터 시스템의 집적 회로(IC)에 스로틀 신호를 전송하는 제어기
    를 포함하는 컴퓨터 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 IC는 프로세서인 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템.
  18. 제16항에 있어서, 상기 파라메터는 상기 전원 장치의 스위칭 신호의 듀티 사이클인 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템.
  19. 제16항에 있어서, 상기 제어기는 컴퓨터 시스템의 브리지(bridge)에 내장된 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템.
  20. 제16항에 있어서, 상기 임계치는 컴퓨터 시스템에 의해 소비될 수 있는 근사 최대 전력과 관련된 값으로 미리 정해진 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템.
  21. 제16항에 있어서, 상기 임계치는 시간 함수인 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템.
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