KR20160044467A - 전력 신호 인터페이스 - Google Patents

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KR20160044467A
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Abstract

시스템 온 칩 집적회로(2) 등의 데이터 처리장치를 사용하여 신호를 전송하는 에너지 관리 메카니즘이 제공된다. 처리회로(6, 8, 10)는 에너지 관리회로(4)와 통신하는 소비자 에너지 인터페이스 회로(14, 16, 18)에 접속된다. 통신이 되는 에너지 관리신호들은, 행해지고 있는 처리 연산들과 무관한 소비전력의 레벨을 표시하는 정적 소비전력 신호와, 행해지고 있는 처리 연산들에 의존하는 동적 소비전력의 레벨을 표시하는 동적 소비전력 신호를 포함한다.

Description

전력 신호 인터페이스{POWER SIGNAL INTERFACE}
본 발명은 데이터 처리 시스템 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 데이터 처리장치 내부의 부품들 사이에서 전력 파라미터들의 신호전송에 관한 것이다.
다수의 기능 블록들을 포함하는 시스템 온 칩 집적회로를 제공하는 것이 알려져 있다. 이들 기능 블록들은, 예를 들어, 범용 프로세서, 무선 통신 블록, 메모리, 신호 처리부 등을 포함한다. 이와 같은 집적회로가 엄격한 전력 제약 내에서 동작하는 것이 필요한 일이 많다는 것도 알려져 있다. 예를 들어, 동작 전압이 너무 낮게 떨어지지 않도록 하기 위해 소모되는 피크 전력이 제한된다. 일정한 기간에 걸쳐 소모되는 평균 전력에 대해서도 제약이 존재하여, 예를 들어, 에너지 하비스팅(energy harvesting)으로부터 공급받고 있는 에너지에 대해 "손익평형을 맞추거나(break even)" 허용가능한 배터리 수명을 보장한다. 서로 다른 기능 블록들을 서로 다른 동작 상태들 내에 배치하여 전력을 저감하는 것이 얼리 알려진 관행이므로, 에너지 관리에 대한 요구사항은 더 복잡하다. 예를 들어, 일부의 기능 블록들은 사용되지 않을 때 정적 전력 절약 모드로 들어가는 한편, 다른 기능 블록들은 가혹하게 사용되고 비교적 다량의 전력을 소모하고 있는 상태로 유지된다. 발생할 수 있는 다수의 다른 동작 환경들은 사전에 모델화(예측)하기 곤란하며, 시스템 온 칩 집적회로가 그것의 소비전력을 관리함에 있어서 그 자신의 형태 상태에 응답할 수 있어야 한다.
일면에 따르면, 본 발명은, 데이터 처리장치로서,
처리 연산들을 행하도록 구성된 처리회로와,
상기 처리회로에 접속되고, 에너지 관리회로와 에너지 관리신호들을 통신하도록 구성된 소비자(consumer) 에너지 인터페이스 회로를 구비하고,
상기 에너지 관리신호들은,
(i) 상기 처리회로에 의해 행해진 처리 연산들과 무관한 상기 데이터 처리장치의 정적 소비전력의 레벨을 표시하는 정적 소비전력 신호와,
(ii) 상기 데이터 처리장치에 의해 행해진 처리 연산들에 의존하는 상기 데이터 처리장치의 동적 소비전력의 레벨을 표시하는 동적 소비전력 신호를 포함하는, 데이터 처리장치를 제공한다.
본 발명은, 에너지를 소모하는 처리회로가 에너지 관리신호들을 에너지 관리회로와 통신하는 소비자 에너지 인터페이스를 구비하고 이들 에너지 관리신호가 정적 소비전력 신호 및 동적 소비전력 신호 모두를 포함할 때, 전력 제어의 정밀도 및 효율이 향상된다는 것을 인식하고 있다. 정적 소비전력 신호는, 처리회로에 의해 행해지고 있는 처리 연산들에 무관한 해당 처리회로의 정적 소비전력의 레벨의 표시를 에너지 관리회로에 제공할 수 있다(예를 들어, 정적 전력 신호는 처리회로 내부의 누설전류에 기인하여 소모된 전력을 표시해도 된다). 정적 소비전력 신호는 현재의 정적 모드를 반영하도록 변경되어도 되는데, 예를 들어 클록 정지(clocked stopped) 대 전력 게이트를 들 수 있다. 동적 소비전력 신호는 처리회로에 의해 수행된 처리 연산들에 의존하는 동적 소비전력의 레벨을 표시한다. 이와 같은 동적 소비전력은 현재 행해지고 잇는 처리 연산들의 속성에 의존하여 변동될 수도 있으며, 이와 같은 정보를 사용하여 동적 소비전력신호를 변경할 수 있다(예를 들어, 활성도(activity)는 캐시 적중/부적중 비율(cache hit/miss rate), 로드/스토어 대 연산 명령 비율(load/store versus arithmetic instruction rate), 인에이블된 클록 게이트들의 백분율 등에 의해 특징지어질 수 있다). 에너지 관리회로는 이들 2가지 다른 소비전력 신호를 사용하여, 전체적인 장치 내부의 에너지 분포 및 소모를 정밀하고도 효율적으로 관리한다.
일부 실시예에서, 정적 소비전력 신호는, 장치가 처리연산을 행하고 있지 않을 때 채용될 수 있는 복수의 모드들 중에서 선택된 한 개에 따라 변경될 수 있다. 이들 모드는, 장치의 신호들이 인 시튜(in situ)로 유지되어 상태 신호들을 복귀시킬 필요가 없이 처리를 재개할 수 있는 스탠바이 모드(예를 들어, 정적 프로세서 내부에서 클록이 정지된다). 장치의 상태 신호들이 장치 내부의 상태 보유회로(state retention circuit)(예를 들어, 벌룬 래치(balloon latch)들)에 보존되어 상태 보유회로로부터 상태 신호들을 복구함으로써 장치가 처리를 재개할 수 있는 상태 보유 모드, 및 장치의 상태 신호들이 더 이상 장치 내부에 기억되지 않고 장치의 전력 공급이 게이트 오프되는 전력 차단(power-down) 모드 중에서 적어도 한 개를 포함할 수 있다. 이들 서로 다른 모드들의 정적 거동은 그것과 관련된 서로 다른 레벨들의 소비전력을 갖게 되고, 이것이 에너지 관리회로로 되돌려지는 전적 소비전력 신호에 반영될 수 있다. 장치의 나머지의 상태에 의존하여, 정적 모드를 벗어날 처리를 다시 시작하는 것과 관련된 대기시간에 대해 소모된 에너지의 균형을 맞출 때 이들 정적 모드들 중에서 다른 한 개가 바람직할 수도 있다.
누설 등의 정적 소비전력이 보통 온도에 대해 강한 의존성을 갖는다는 것을 알 수 있다. 그러나, 정적 소비전력 신호가 동작 온도에 무관하게 될 때 시스템이 유리하게 단순화될 수 있다. 에너지 관리신호는, 전체인 장치에 대한 동작 온도를 취득할 수 있으며, 이 인자가 발생되어 에너지 관리회로로 송신되기 전에 이 인자를 고려하기 위한 정적 소비전력 신호의 발생을 요구하지 않고도 필요한 교정을 행할 수 있다. 에너지 제약을 받는 집적회로 내부의 온도는 보통 집적회로에 걸쳐 균일하므로, 소비 전력 신호 데이터의 각각의 송신자가 그 자신의 온도를 별도로 측정하는 것을 필요로 하는 것보다는 온도의 집중화된 측정이 더 효율적이다.
동적 소비전력 신호는 처리회로 내부의 처리 연산들에 의해 소모된 전력의 예측값을 표시한다. 실제로는, 소모된 실제 전력 량은, 온도, 동작 전압, 클록 주파수 및 처리 프로세스 변동에 의존하여 변할 수 있다. 그러나, 전술한 것과 같이, 동적 소비전력 신호의 각각의 송신자가 이들 파라미터를 개별적으로 측정하고 교정하도록 요구하는 것보다는 이와 같은 칩 전체의 효과(chip-wide effect)를 중앙에서 교정하는 것이 더 효율적이다.
전술한 칩 전체의 파라미터를 교정하는 것과 대조적으로, 일부 실시예에서는, 동적 소비전력 신호가 장치 내부의 검출된 처리 활성도의 레벨에 의존하여 변경되어도 된다. 처리 연산들을 행하고 있는 처리회로에 의해 소모된 전력은 이들 처리 연산의 속성에 근거하여 상당히 변경된다. 처리회로는, 그것이 현재 행하고 있는 활성도들의 종류의 표시(들)를 취득하고, 이 정보를 사용하여 송신되는 동적 소비 전력신호를 수정하도록 구성됨으로써, 이들 처리 연산과 관련된 동적 소비전력을 표시함에 있어서 더 정밀하게 될 수도 있다. 일례로서, 처리 연산들이 단순히 NOP 루프이면, 연산적으로 복잡한 처리 연산들의 밀집한 스트림과 고속의 로드/스토어 연산들을 행하고 있는 처리 연산들이 비해 비교적 적은 전력이 소모된다.
동적 소비전력 신호는 장치에 의해 행해진 연산들의 모드에 의존하여 변경되어도 된다. 이와 같은 모드는 비교적 대략적으로 결정되지만, 동적 전력 신호에 있어서 향상된 레벨의 정밀도를 제공한다. 일례로서, 무선 통신을 행하는 회로의 경우에는, 신호를 송신할 때에 비해 신호를 수신할 때 소모되는 전력에 상당한 차이가 존재할 수 있으므로, 수신/송신 모드 표시를 사용하여 동적 소비전력 신호의 정밀도를 증가시킬 수 있다.
정적 소비전력 신호와 동적 소비전력 신호는 소비자로부터 에너지 관리회로로 송신된다. 전달되는 에너지 관리신호는, 에너지 관리회로로부터 처리회로를 포함하는 장치로 송신되고 이 장치에 할당된 전력 레벨을 표시하는 할당신호를 포함해도 된다. 시스템은 전체적으로 제한된 전력 예산(power budget) 내에서 동작하고, 에너지 관리회로는 전체적인 시스템의 서로 다른 구성요소들 사이에서 이 전력 예산의 할당을 제어한다. 따라서, 할당신호는 처리회로를 포함하는 장치에 제공되어, 이 장치의 동작 모드를 제어하는데 사용될 수 있는데, 예를 들면, 수신된 할당신호에 의존하여 처리 연산들을 행하는 처리회로에 대한 클록 주파수가 조정되어 이들 처리 연산에 할당된 전력 예산 내에서 머물 수 있다.
에너지 관리신호들이 넓은 가능한 범위에 걸쳐 뻗는 전력 레벨들을 신뢰할 수 있게 표시할 수 있는 것이 바람직하다. 따라서, 일부 실시예에서는, 에너지 관리신호들이 대수적으로 인코딩된 전력 레벨을 사용하고 (에를 들어, 대수 인코딩과 결합한) 전력 레벨의 온도계 인코딩(thermometer encoding)을 더 사용한다. 일부 실시예들에서는 동적 및 정적 소비전력 신호에 대해 다른 인코딩 형태를 사용할 수도 있다. 대수적 접근방법은 선형 서브 항(sub-term)들을 생성할 필요와 관련된 오버헤드를 갖는데, 이들 서브 항들은 그후 로드 변환 전에 합산되고, 그후 에너지 관리자에 의해 사용하기 전에 로드 항이 다시 선형 항으로 변환될 필요가 있다.
아마도 서로 다른 기관들에 의해 제공되는 서로 다른 처리회로 사이에서 설계 사용을 단순화하기 위해, 바람직한 실시예들에서는, 정적 소비전력 신호 및 동적 소비전력 신호가 장치의 소비전력의 절대 레벨을 표시하려고 시도한다(이와 같은 절대 레벨은 전술한 온도, 동작 전압, 프로세스 변동 등의 효과의 교정을 필요로 할 수 있지만, 적어도 전체적인 레벨에서 소모된 전력의 더 추상적인 분수 또는 다른 표시에 비해서는 절대적인 소비전력을 표시하도록 시도한다).
시스템의 서로 다른 부분들이 서로 다른 시기에 서로 다른 동작 모드 및 서로 다른 전력 상태들에 있을 수 있으므로, 소비자 에너지 인터페이스와 에너지 관리회로 사이에 비동기 요구-확인 핸드셰이킹(handshaking)을 사용하면 에너지 관리신호들의 통신이 간단해지고 더 강건해진다(robust).
또 다른 일면에 따르면, 본 발명은, 데이터 처리장치로서,
처리 연산들을 행하는 처리수단과,
에너지를 관리하는 에너지 관리수단과 에너지 관리신호들을 통신하는 소비자 에너지 인터페이스 수단을 구비하고,
상기 에너지 관리신호들은,
(i) 상기 처리수단에 의해 행해진 처리 연산들과 무관한 상기 데이터 처리장치의 정적 소비전력의 레벨을 표시하는 정적 소비전력 신호와,
(ii) 상기 처리수단에 의해 행해진 처리 연산들에 의존하는 상기 데이터 처리장치의 동적 소비전력의 레벨을 표시하는 동적 소비전력 신호를 포함하는, 데이터 처리장치를 제공한다.
상호보완적인 국면에 따르면, 본 발명은, 적어도 한 개의 데이터 처리장치의 소비전력을 관리하는 에너지 관리회로로서,
상기 적어도 한 개의 데이터 처리장치와 에너지 관리신호들을 통신하도록 구성된 관리자 에너지 인터페이스 회로를 구비하고,
상기 에너지 관리신호들은,
(i) 상기 데이터 처리장치 내부의 처리회로에 의해 행해진 처리 연산들과 무관한 상기 데이터 처리장치의 정적 소비전력의 레벨을 표시하는 정적 소비전력 신호와,
(ii) 상기 처리회로에 의해 행해진 처리 연산들에 의존하는 상기 데이터 처리장치의 동적 소비전력의 레벨을 표시하는 동적 소비전력 신호를 포함하는, 에너지 관리회로를 제공한다.
소모된 전력을 관리하는 에너지 관리회로는, 보통 데이터 처리장치와 동일한 집적회로 상에 형성되지만, 필수적인 것은 아니다. 이와 같은 에너지 관리회로는, 전술한 것과 같이 에너지 관리신호들을 전달하는 관리자 에너지 엔터페이스 회로를 구비한다.
에너지 관리회로는, 전술한 칩 전체의 효과를 보상/교정하도록 구성된 에너지 콘트롤러 회로를 구비하는 것이 바람직하다. 따라서, (예를 들어, 온 칩 처리 특징화(characterization) 블록에 의해 검출되는) 동작 온도, 동작 전압 및 제조 프로세스 변동을 포함하는 변수들에 대해 정적 소비전력 및 동적 소비전력 모두가 교정된다. 더구나, 동적 소비전력은 해당 동적 전력신호와 관련된 처리회로의 현재의 동작 주파수를 고려하도록 교정되어도 된다.
전술한 교정을 용이하게 하기 위해, 에너지 콘트롤러 회로는, 온도 및/또는 동작 전압에 따라 정적 및/또는 동적 소비전력이 변동하는 비율의 한 개 이상을 표시하는 데이터를 기억해도 된다. 이들 비율은 동적 및 정적 연산에 대해 다르고, 칩마다 다를 수 있으므로, 이들 비율을 측정하여 에너지 콘트롤러 회로가 액세스 가능한 프로그래머블 기억장치 내부에 기억할 수 있다.
에너지 콘트롤러 회로는 에너지 관리신호들을 사용하여 이들 에너지 관리신호들을 제공한 처리회로를 포함하는 장치의 동작 파라미터들 중에서 한 개 이상을 변경하도록 구성해도 된다. 에너지 콘트롤러 회로는, 예를 들어, 동작 클록 신호의 주파수, 연산들을 처리하는 동안 사용된 동작 전압, 및/또는 처리회로가 처리 연산들을 행하고 있지 않을 때 공급된 동작 전압(예를 들어, 스탠바이 전압)을 제어해도 된다.
에너지 관리회로 자체가 너무 많은 전력을 소모하지 않도록 하기 위해, 일부 실시예에서는, 에너지 관리회로가 에너지 관리 상태 머신의 형태로 제공된다.
에너지 관리회로는, 데이터 처리장치에 에너지를 공급하고, 얼마나 많은 전력이 현재 공급되고 있는지를 표시하는 신호를 에너지 관리회로에 출력하도록 구성된 에너지 공급회로를 구비해도 된다. 예를 들어, 에너지 공급회로는, 에너지 하비스팅과 관련되고, 얼마나 많은 전력이 현대 하비스트되고 있는지 및/또는 전하 저장장치(배터리 또는 수퍼커패시터 등)와 관련되는지의 표시를 제공하며, 이 배터리의 현재의 충전 상태를 표시하는 신호를 제공한다. 또 다른 옵션은, 에너지 공급회로가 전원의 소스와 관련되고, 따라서 장치가 현재 전원이 공급되고 에너지 보존이 성능보다는 덜 중요할 것 같다는 것을 에너지 관리회로에 표시하는 것일 수도 있다.
또 다른 일면에 따르면, 본 발명은, 적어도 한 개의 데이터 처리장치의 소비전력을 관리하는 에너지 관리회로로서,
상기 적어도 한 개의 데이터 처리장치와 에너지 관리신호들을 통신하는 관리자 에너지 인터페이스 수단을 구비하고,
상기 에너지 관리신호들은,
(i) 상기 데이터 처리장치 내부의 처리회로에 의해 행해진 처리 연산들과 무관한 상기 데이터 처리장치의 정적 소비전력의 레벨을 표시하는 정적 소비전력 신호와,
(ii) 상기 처리회로에 의해 행해진 처리 연산들에 의존하는 상기 데이터 처리장치의 동적 소비전력의 레벨을 표시하는 동적 소비전력 신호를 포함하는, 에너지 관리회로를 제공한다.
또 다른 일면에 따르면, 본 발명은,
처리회로를 사용하여 처리 연산들을 행하는 단계와,
에너지 관리회로와 에너지 관리신호들을 통신하는 단계를 포함하고,
상기 에너지 관리신호들은,
(i) 상기 처리회로에 의해 행해진 처리 연산들과 무관한 데이터 처리장치의 정적 소비전력의 레벨을 표시하는 정적 소비전력 신호와,
(ii) 상기 처리회로에 의해 행해진 처리 연산들에 의존하는 상기 데이터 처리장치의 동적 소비전력의 레벨을 표시하는 동적 소비전력 신호를 포함하는, 데이터 처리방법을 제공한다.
또 다른 일면에 따르면, 본 발명은, 적어도 한 개의 데이터 처리장치의 소비전력을 관리하는 방법으로서,
상기 적어도 한 개의 데이터 처리장치와 에너지 관리신호들을 통신하는 단계를 포함하고,
상기 에너지 관리신호들은,
(i) 상기 데이터 처리장치 내부의 상기 처리회로에 의해 행해진 처리 연산들과 무관한 상기 데이터 처리장치의 정적 소비전력의 레벨을 표시하는 정적 소비전력 신호와,
(ii) 상기 처리회로에 의해 행해진 처리 연산들에 의존하는 상기 데이터 처리장치의 동적 소비전력의 레벨을 표시하는 동적 소비전력 신호를 포함하는, 소비전력 관리방법을 제공한다.
이하, 다음의 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 에너지 관리신호들을 교환하는 메카니즘들을 구비한 시스템 온 칩 집적회로를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는, 에너지를 소모하고, 에너지 관리회로와 통신하는 인터페이스 회로를 구비한 회로를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 소비자 회로와 통신하는 인터페이스 회로를 구비한 에너지 관리회로를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 에너지 관리회로에 의해 행해지는 에너지 관리 제어를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 에너지 관리회로로부터의 수신된 할당신호에 대한 처리회로의 응답을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 1은, 에너지 관리회로(4)와, 에너지 관리회로(4)에 의해 관리되는 에너지를 소모하는 복수의 인스턴스(instance)의 처리회로(6, 8, 10)를 구비한 시스템 온 칩 집적회로(2)를 개략적으로 나타낸 것이다. 에너지 관리회로(4)는 서로 다른 인스턴트들의 처리회로(6, 8, 10)와 관련된 각각의 소비자 에너지 인터페이스 회로(14, 16, 18)와 에너지 관리신호들을 통신하는 관리자 에너지 인터페이스 회로(12)를 구비한다.
각각의 인스턴스의 처리회로(6, 8, 10)에는, 에너지 관리회로(4)의 제어하에서 동작하는 온 칩 조정기(20)에 의해 발생되는 그 자신의 동작 전압 VSOC0, VSOC, VSOC2가 공급된다. 각각의 인스턴스의 처리회로(6, 8, 10)는 마찬가지로 에너지 관리회로(4)의 제어하에서 동작하는 클록 발생기(22)에 의해 발생되는 각각의 클록신호 CLK0, CLK1, CLK2를 더 수신한다. 에너지 관리회로(4)는 서로 다른 인스턴스들의 처리회로(6, 8, 10)에 공급되는 동작 전압 및 클록 주파수를 독립적으로 변경할 수도 있다.
에너지 관리회로는, 에너지 관리회로(4)에게 온도 표시 신호 및 제조 프로세스 변동 표시 신호를 각각 출력하는 온도 센서(24) 및 프로세스 센서(26)에 접속된다. 시스템 온 칩 집적회로는 보통 저전력 환경에서 동작할 때 균일한 온도를 가지므로, 온도 센서(24)는 서로 다른 인스턴스들의 처리회로(6, 8, 10) 각각의 동작 온도의 허용가능한 표시를 제공하는 온도신호를 제공할 수 있다. 따라서, 에너지 관리회로(4)는, 중앙에서 측정된 온도에 의존하여 이들 서로 다른 전류 공급원들로부터 수신하는 소비전력 신호들을 온도보상한다. 마찬가지로, 프로세스 센서(26)는 제조 프로세스 변동을 표시하는 신호를 발생함으로써, 서로 다른 개별적인 집적회로들이 제조시에 발생할 수 있는 개별적인 칩마다의 변동 또는 웨이퍼마다의 변동에 의존하여 서로 다른 소비전력 특성을 갖게 될 수 있다. 프로세스 센서(26) 등의 특성화 회로들이 설치되어, 특정한 집적회로의 개별적인 프로세스 변동의 표시를 제공하며, 이 표시를 에너지 관리회로(4)에 제공함으로써, 에너지 관리회로가 이 프로세스 변동을 고려하기 위해 수신한 소비전력 신호들을 보상해도 된다. 프로세스 변동은 보통 주어진 집적회로 내에서 변동하지 않으므로, 칩 전체 기준으로 보상되어도 된다.
도 2는 한 개의 인스턴스의 처리회로(28)와 그것의 관련된 소비자 에너지 인터페이스 회로(30)를 개략적으로 나타낸 것이다. 처리회로(28)는 에너지 관리회로(4)에 의해 제어되는 클록 주파수를 갖는 동작 클록신호 CLK를 수신한다. 동작 전압 VSOC가 처리회로에 공급되고 (적어도 개념상으로는) 동적 전류 공급원과 정적 전류 공급원(34) 모두에게 에너지를 공급하는 것으로 생각된다. 동적 전류 공급원(32)은 처리회로가 처리 동작을 행하는데 필요한 동적 전류를 제공하고, 누설전류 공급원(34)은 (예를 들어, 회로에 클록이 공급될 때 처리가 행해질 때에도 누설전류가 존재하기는 하지만, 정지 클록 모드, 데이터 보유 모드 또는 전력 게이트 모드 등의 정적 모드에 있을 때) 처리회로(28)와 관련된 누설전류를 제공한다.
소비자 에너지 인터페이스 회로(30)는, 정적 소비전력 신호 발생기(36), 동적 소비전력 신호 발생기(38) 및 동작 제어회로(40)를 구비한다. 정적 소비전력 신호 발생기(36)는 처리회로(28)로부터 처리회로(28)의 현재의 정적 동작 모드를 표시하는 신호를 수신한다. 정적 모드들은, 상태 신호들이 처리회로 내에서 인 시튜로 유지되지만 클록이 정지되는 스탠바이 모드와, 상태 신호들이 (벌룬 래치 등의) 보유회로에 보존되어 복원될 수 있으며 처리가 재개될 수 있는 보유 모드와, 처리회로가 전력 게이트로 제어되고 상태 신호들이 더 이상 처리회로(28) 내부에 유지되지 않는 전력 차단 상태를 포함해도 된다. 다른 형태의 정적 모드는 본 기술분야의 당업자에게 있어서 자명할 것이다. 정적 소비전력 신호 발생기(36)는 이들 수신된 모드 신호를 사용하여 에너지 관리회로(4)에 공급되는 대응하는 정적 소비전력 신호를 발생한다. 이와 같은 정적 소비전력 신호는 현재의 동적 거동과 관련되어 소모되고 있는 전력의 절대값을 제공하려고 시도하고 있는 온도계 코딩된 대수 신호이다. 이와 같은 정적 거동은 누설로 인해 소모된 전력을 포함한다는 것을 알 수 있다. 처리회로가 처리 연산들을 행하고 있을 때와 처리 연산들을 행하고 있지 않을 때 모두 누설이 발생하게 된다. 따라서, 정적 소비전력 신호는, 처리회로에 의해 처리 연산들이 행해지고 있는지에 무관하며, 동적 전력 신호에 가산되어, 처리회로(28)가 처리 연산들을 행하고 있을 때 소모된 전체 전력의 측정값을 얻는다.
동적 소비전력 신호 발생기(38)는 처리회로(28)에 의해 행해지고 있는 현재의 처리 활성도를 표시하는 신호를 처리회로(28)로부터 수신한다. 이와 같은 활성도 신호는, 예를 들어, 처리회로가 수신 전용 모드, 송신 전용 모드 또는 수신 및 송신 모드 등에 있는지 아닌지에 상관없이, 캐시 부적중/적중의 비율, 로드/스토어의 비율 및/또는 연산 동작을 표시할 수도 있다. 동적 소비전력 신호 발생기(38)는, 이와 같은 활성도 신호를 사용하여 마찬가지로 온도계 코딩되는 적절한 동적 소비전력 신호를 생성하며, 현재 처리회로(28)에 의해 행해지고 있는 처리 연산들에 의존하는 추정된 절대 동적 소비전력의 대수 표시를 제공한다. 이와 같은 동적 소비전력 신호는 에너지 관리회로에 의해 정적 소비전력 신호에 가산되어, 일정한 시점에서 처리회로(28)에 의해 소모된 전체 전력의 측정값을 제공한다.
동작 제어회로(40)는 에너지 관리회로(4)로부터 할당신호를 수신하고, 이것을 사용하여 처리회로(28)로 주어지는 제어신호를 발생한다. 이와 같은 제어신호는, 예를 들어, 처리회로(28)의 동작에 대해 제한을 부과하여, 처리회로가 할당된 전력 예산 내에 유지되도록 하여도 된다. 이와 같은 전력 예산은 피크 전력 제약, 평균 소비전력 제약 또는 다른 소비전력 제약과 관련된다. 처리회로(28)에 걸쳐 실행될 수 있는 제어의 예는, 화면 리플레시(refresh) 비율, 무선신호 폴링(polling) 비율 등의 그것의 거동을 조정하는 것이다.
에너지 관리회로(4)와 소비자 에너지 인터페이스 회로(30) 사이의 통신을 단순하고 더 강건하게 하기 위해, 비동기 요구/확인 핸드셰이킹 방법 프로토콜을 사용하여 에너지 관리신호들이 통신되어도 된다. 에너지 관리회로(4)가 보통 다른 전압 도메인에서 동작하고(도 1 참조), 예를 들어, 특정한 시점에서 전력 게이트로 제어되고 그들의 클록이 정지되는 서로 다른 인스턴스들의 처리회로(6, 8, 10)와 비동기인 것을 고려하면, 이와 같은 방법은 유용하다.
도 3은 에너지 관리 상태 머신(42)과 관리자 에너지 인터페이스 회로(44)의 형태를 갖는 에너지 관리회로를 개략적으로 나타낸 것이다. 관리자 에너지 인터페이스 회로(44)는, 정적 소비전력 신호 수신기(46), 동적 소비전력 신호 수신기(48) 및 할당신호 발생기(50)를 구비한다. 이들 구성요소는 전술한 것과 같이 정적 소비전력 신호, 동적 소비전력 신호 및 할당신호를 각각 수신 및 발생한다. 에너지 관리 상태 머신(42)은, 온도 센서(24)로부터 온도 입력을 수신하고 프로세스 센서(26)로부터 프로세스 입력을 수신한다. 에너지 관리 상태 머신(42)은, 서로 다른 인스턴스들의 처리회로(6, 8, 10)의 현재의 동작 전압 및 클록 주파수를 표시하는 신호와 함께 이들 입력을 사용하여, 각각의 인스턴스들의 처리회로(6, 8, 10)로부터 수신된 정적 소비전력 신호 및 동적 소비전력 신호를 교정한다. 특히, 온도, 프로세서, 동적 전압 및 클록 주파수에 대해 동적 소비전력 신호를 보상해도 된다. 정적 소비전력 신호는 온도, 프로세스 및 동작 전압을 보상해도 된다. 개별적인 집적회로에 대한 특징화 데이터, 또는 집적회로의 개별적인 설계는 메모리(52)에 기억되고, 온도에 따라 소모된 전력의 변화율(dP/dT), 전압에 따라 소모된 전력의 변화율(dP/dV) 및 필요에 따라 아마도 또 다른 교정 파라미터들을 표시한다.
에너지 관리 상태 머신(42)은 할당신호 발생기를 제어하여 해당 인스턴스의 처리회로(6, 8, 10)에 송신되는 할당신호를 발생함으로써, 전술한 것과 같이 그것의 동작/모드를 제어한다. 에너지 관리 상태 머신(42)은, 온 칩 조정기(20) 및 클록 발생기(22)를 더 제어하여, (동적 모드 및 정적 모드 모두에 대한) 동작 전압(들)을 처리회로에 공급할 뿐만 아니라, 클록 주파수(예를 들어, 빠름, 느림, 정지)를 해당 인스턴스의 처리회로(6, 8, 10)에 공급한다.
또한, 도 3의 에너지 관리회로와 관련된 것은, 본 실시예에서는 에너지 하비스팅 제어회로(54)를 구비한 에너지 공급회로이다. 에너지 하비스팅을 이용하는 실시예에서는, 하비스트된 에너지 양의 표시가 에너지 하비스팅 제어회로(54)에 의해 수신되어 가용 에너지의 표시로서 에너지 관리 상태 머신(42)으로 전달된다. 에너지 관리 상태 머신(42)은 이 정보를 이용하여 집적회로(2)에 대한 전력 예산을 효율적으로 설정함으로써, 할당신호 발생기(50)를 사용하여 적절한 할당신호들을 발생할 수 있다. 에너지 관리 상태 머신(42)에 의해 수신되고 에너지 공급회로(54)의 거동을 표시하는 다른 신호들은, 집적회로가 현재 전하 저장장치 전력(예를 들면, 배터리 또는 수퍼커패시터)을 사용하여 동작하고 있는지 외부 전원 전력을 사용하여 동작하고 있는지와, 집적회로가 전하 저장장치 전력을 사용하고 동작하고 있는 경우에는, 이 전하 저장장치 내부의 가용 에너지가 얼마인지를 나타내는 신호를 포함한다. 이들 신호는 마찬가지로 에너지 관리 상태 머신(42)에 의해 사용되어, 적절한 전력 예산을 설정하고 적절한 할당신호를 발생할 뿐만 아니라, 집적회로의 서로 다른 부분들의 동작 전압, 클록 주파수, 동작 모드 등을 제어해도 된다.
도 4는 에너지 관리 상태 머신(42)에 의해 행해지는 에너지 관리 제어를 개략적으로 나타낸 흐름도이다. 스텝 56에서, 소비전력 신호가 수신될 때까지 처리를 대기한다. 스텝 58은, 전력 신호가 동적 전력 신호인지 아닌지를 판정한다. 소비전력 신호가 동적 소비전력 신호인 경우에는, 스텝 60이 동작 온도 변동을 교정한다. 스텝 62는 해당 처리회로의 동작 전압을 교정하고 스텝 64는 해당 처리회로의 동작 주파수를 교정한다. 스텝 66은 칩 전체의 파라미터인 프로세스 변동을 교정한다. 그후, 스텝 68은 집적회로 내부의 다른 처리회로의 현재의 전력 요구사항을 판독하고, 스텝 70은 소비전력 신호를 송신한 처리회로 뿐만 아니라 신호가 전송된 소비전력의 변화에 의해 충격을 받은 다른 처리회로에 할당될 전력을 결정한다. 스텝 72는 에너지 관리 상태 머신(42)에 의해 관리된 처리회로에 대한 클록 주파수 또는 동작 전압(또는 모드 등)에 변경이 필요한지 여부를 판정한다. 이와 같은 변경이 필요하면, 스텝 74에서 이들 변경이 행해진다. 변경이 필요하지 않으면, 스텝 74를 우회한다. 스텝 76은 수신된 동적 소비전력 신호를 발생한 처리회로 뿐만 아니라 그것의 전력 할당이 변경된 다른 처리회로에도 전력 할당신호(들)를 다시 송신한다.
수신된 신호가 스텝 58에서 동적 소비전력 신호가 아닌 것으로 판정된 경우, 이것은 정적 소비전력 신호이다. 스텝 78은 현재의 동작 온도에 대한 정적 소비전력 신호를 교정한다. 스텝 80은 현재의 동작 전압을 교정한다(클록 정지, 보유, 전력 게이트 등의 서로 다른 정적 상태와 서로 다른 전압 레벨들이 관련된다). 스텝 82는 해당 집적회로에 대한 프로세스 변동에 따라 정적 소비전력 신호의 교정을 행한다. 그후, 스텝 84는 현재 제 위치에 있는 다른 처리회로들에 대한 전력 요구사항을 판독하고, 스텝 86은 정적 소비전력 신호를 송신한 처리회로의 정적 모드에 대한 변경이 필요한지 여부를 판정한다. 이와 같은 변경이 필요하면, 스텝 88에서 이들이 기동된다. 변경이 필요하지 않으면, 스텝 88을 우회해도 된다. 스텝 88에서 기동된 정적 모드의 변경은 집적회로 내부의 다른 처리회로의 동작에도 영향을 미치므로, 필요에 따라 이들 변경을 다른 인스턴스들의 처리회로에 신호를 전송할 수 있다. 한 개의 처리회로 인스턴스에서의 정적 거동의 변경은 다른 곳에서 정적 또는 동적 거동의 변경을 요구할 수도 있다. 마찬가지로, 동적 거동의 변경은 다른 곳에서 정적 또는 동적 거동의 다른 변경을 요구할 수도 있다.
도 5는 어떤 인스턴스의 처리회로가 수신된 할당신호에 대해 응답하는 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다. 스텝 90에서, 할당신호가 수신될 때까지 처리를 대기한다. 그후, 스텝 92는 동작의 변경이 필요한지 여부를 판정한다. 변경이 필요한 경우, 스텝 94는 처리회로가 현재 정적 모드에 있는지 여부를 판정한다. 처리회로가 현재 정적 모드에 있으면, 스텝 96은 정적 모드에 대한 적절한 변경(예를 들어, 클록 정지, 상태 보유 및 전력 게이트 모드들 사이의 전환)을 행한다. 스텝 94에서의 판정이 처리회로가 정적 모드에 있지 않은 것인 경우에는, 스텝 98로 처리를 진행하여, 스텝 90에서 수신된 할당신호에 의해 수신된 전력 예산에 부합하기 위해 처리회로의 동적 처리 연산 파라미터들의 적절한 변경이 행해진다. 동작 파라미터들의 이와 같은 변경은, 예를 들어, 전술한 것과 같은 리플레시 기간 또는 무선 폴링 기간의 변경이어도 된다.

Claims (24)

  1. 데이터 처리장치로서,
    처리 연산들을 행하도록 구성된 처리회로와,
    상기 처리회로에 접속되고, 에너지 관리회로와 에너지 관리신호들을 통신하도록 구성된 소비자 에너지 인터페이스 회로를 구비하고,
    상기 에너지 관리신호들은,
    (i) 상기 처리회로에 의해 행해진 처리 연산들과 무관한 상기 데이터 처리장치의 정적 소비전력의 레벨을 표시하는 정적 소비전력 신호와,
    (ii) 상기 데이터 처리장치에 의해 행해진 처리 연산들에 의존하는 상기 데이터 처리장치의 동적 소비전력의 레벨을 표시하는 동적 소비전력 신호를 포함하는, 데이터 처리장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 정적 소비전력 신호는 적어도 일부가 상기 처리회로 내부의 누설전류에 기인하여 소모된 전력을 표시하는 데이터 처리장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 정적 소비전력 신호는, 상기 데이터 처리장치가 처리 연산을 행하고 있지 않을 때 상기 데이터 처리장치의 복수의 모드들 중에서 선택된 한 개에 따라 변경되고, 상기 복수의 모드들은,
    (i) 상기 데이터 처리장치의 상태 신호들이 인 시튜로 유지되어 상기 상태 신호들을 복귀시킬 필요가 없이 상기 데이터 처리장치가 처리를 재개할 수 있는 스탠바이 모드와,
    (ii) 상기 데이터 처리장치의 상태 신호들이 상기 데이터 처리장치 내부의 상태 보유회로에 보존되어 상기 상태 보유회로로부터 상기 상태 신호들을 복구함으로써 상기 데이터 처리장치가 처리를 재개할 수 있는 상태 보유 모드와,
    (iii) 상기 데이터 처리장치의 상태 신호들이 더 이상 상기 데이터 처리장치 내부에 기억되지 않고 상기 데이터 처리장치의 전력 공급이 게이트 오프되는 전력 차단 모드 중에서 적어도 한 개를 포함하는 데이터 처리장치.
  4. 제 1항, 제 2항 또는 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정적 소비전력 신호가 상기 데이터 처리장치의 동작 온도에 무관한 데이터 처리장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동적 소비전력 신호는 상기 처리 연산들에 의해 소모된 전력의 예측값을 표시하는 데이터 처리장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 동적 소비전력 신호는 상기 데이터 처리장치 내부의 검출된 처리 활성도의 레벨에 의존하여 변경되는 데이터 처리장치.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 동적 소비전력 신호는 상기 데이터 처리장치에 의해 행해진 처리 연산들의 모드에 의존하여 변경되는 데이터 처리장치.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 관리신호들은, 상기 데이터 처리장치에 의해 사용하기 위해 상기 에너지 관리회로에 의해 할당된 전력 레벨을 표시하는 할당신호를 포함하는 데이터 처리장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 할당신호에 응답하여, 상기 데이터 처리장치의 소비전력이 상기 에너지 관리회로에 의해 할당된 상기 전력 레벨을 초과하지 않도록 상기 처리회로의 동작을 제어하는 동작 제어회로를 구비한 데이터 처리장치.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 관리신호들 중에서 적어도 한 개는 전력 레벨의 대수 인코딩을 사용하는 데이터 처리장치.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 관리신호들 중에서 적어도 한 개는 전력 레벨의 온도계 코딩을 사용하는 데이터 처리장치.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정적 소비전력 신호 및 상기 동적 소비전력 신호 중에서 한 개 이상은 상기 데이터 처리장치에 의한 소비전력의 절대 레벨을 표시하는 데이터 처리장치.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 관리회로와의 상기 에너지 관리신호들의 통신은 상기 소비자 에너지 인터페이스 회로와 상기 에너지 관리회로 사이에 비동기 요구-확인 핸드셰이킹을 사용하는 데이터 처리장치.
  14. 데이터 처리장치로서,
    처리 연산들을 행하는 처리수단과,
    에너지를 관리하는 에너지 관리수단과 에너지 관리신호들을 통신하는 소비자 에너지 인터페이스 수단을 구비하고,
    상기 에너지 관리신호들은,
    (i) 상기 처리수단에 의해 행해진 처리 연산들과 무관한 상기 데이터 처리장치의 정적 소비전력의 레벨을 표시하는 정적 소비전력 신호와,
    (ii) 상기 처리수단에 의해 행해진 처리 연산들에 의존하는 상기 데이터 처리장치의 동적 소비전력의 레벨을 표시하는 동적 소비전력 신호를 포함하는, 데이터 처리장치.
  15. 적어도 한 개의 데이터 처리장치의 소비전력을 관리하는 에너지 관리회로로서,
    상기 적어도 한 개의 데이터 처리장치와 에너지 관리신호들을 통신하도록 구성된 관리자 에너지 인터페이스 회로를 구비하고,
    상기 에너지 관리신호들은,
    (i) 상기 데이터 처리장치 내부의 처리회로에 의해 행해진 처리 연산들과 무관한 상기 데이터 처리장치의 정적 소비전력의 레벨을 표시하는 정적 소비전력 신호와,
    (ii) 상기 처리회로에 의해 행해진 처리 연산들에 의존하는 상기 데이터 처리장치의 동적 소비전력의 레벨을 표시하는 동적 소비전력 신호를 포함하는, 에너지 관리회로.
  16. 제 15항에 있어서,
    (i) 상기 에너지 관리회로에 의해 검출된 상기 데이터 처리장치의 동작 온도에 대해 교정된 상기 데이터 처리장치의 정적 소비전력의 절대 레벨과,
    (ii) 상기 에너지 관리회로에 의해 검출된 상기 데이터 처리장치의 동작 전압에 대해 교정된 상기 데이터 처리장치의 정적 소비전력의 절대 레벨과,
    (iii) 상기 데이터 처리장치의 제조 프로세스 변동에 대해 교정된 상기 데이터 처리장치의 정적 소비전력의 절대 레벨과,
    (iv) 상기 에너지 관리회로에 의해 검출된 상기 데이터 처리장치의 동작 온도에 대해 교정된 상기 데이터 처리장치의 동적 소비전력의 절대 레벨과,
    (v) 상기 에너지 관리회로에 의해 검출된 상기 데이터 처리장치의 동작 전압에 대해 교정된 상기 데이터 처리장치의 동적 소비전력의 절대 레벨과,
    (vi) 상기 데이터 처리장치의 제조 프로세스 변동에 대해 교정된 상기 데이터 처리장치의 동적 소비전력의 절대 레벨과,
    (vii) 상기 에너지 관리회로에 의해 검출된 상기 데이터 처리장치의 동작 주파수에 대해 교정된 상기 데이터 처리장치의 동적 소비전력의 절대 레벨 중에서 적어도 한 개를 결정하도록 구성된 에너지 콘트롤러 회로를 구비한 에너지 관리회로.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 에너지 콘트롤러 회로는,
    (i) 상기 데이터 처리장치의 상기 정적 및 동적 소비전력이 상기 데이터 처리장치의 온도에 따라 변동하는 비율과,
    (ii) 상기 데이터 처리장치의 상기 정적 및 동적 소비전력이 상기 데이터 처리장치의 동적 전압에 따라 변동하는 비율 중에서 한 개 이상을 표시하는 데이터를 기억하는 에너지 관리회로.
  18. 제 16항 또는 제 17항에 있어서,
    상기 에너지 콘트롤러 회로는,
    (i) 상기 데이터 처리장치가 처리 연산들을 행하고 있을 때 상기 데이터 처리장치에 공급된 동작 클록 신호의 주파수,
    (ii) 상기 데이터 처리장치가 처리 연산들을 행하고 있을 때 상기 데이터 처리장치에 공급된 동작 전압, 및
    (iii) 상기 데이터 처리장치가 처리 연산들을 행하고 있지 않을 때 상기 데이터 처리장치에 공급된 동작 전압 중에서 한 개 이상을 변경함으로써 상기 에너지 관리신호들에 응답하도록 구성된 에너지 관리회로.
  19. 제 15항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 관리회로는 에너지 관리 상태 머신인 에너지 관리회로.
  20. 제 16항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 상기 데이터 처리장치에 에너지를 공급하고, 얼마나 많은 전력을 에너지 공급회로가 공급할 수 있는지를 표시하는 신호를 상기 에너지 관리회로에 출력하도록 구성된 상기 에너지 공급회로를 구비한 에너지 관리회로.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 에너지 공급회로는,
    에너지 하비스팅 회로,
    전하 저장회로, 및
    외부 전원회로 중에서 한 개 이상을 구비한 에너지 관리회로.
  22. 적어도 한 개의 데이터 처리장치의 소비전력을 관리하는 에너지 관리회로로서,
    상기 적어도 한 개의 데이터 처리장치와 에너지 관리신호들을 통신하는 관리자 에너지 인터페이스 수단을 구비하고,
    상기 에너지 관리신호들은,
    (i) 상기 데이터 처리장치 내부의 처리회로에 의해 행해진 처리 연산들과 무관한 상기 데이터 처리장치의 정적 소비전력의 레벨을 표시하는 정적 소비전력 신호와,
    (ii) 상기 처리회로에 의해 행해진 처리 연산들에 의존하는 상기 데이터 처리장치의 동적 소비전력의 레벨을 표시하는 동적 소비전력 신호를 포함하는, 에너지 관리회로.
  23. 처리회로를 사용하여 처리 연산들을 행하는 단계와,
    에너지 관리회로와 에너지 관리신호들을 통신하는 단계를 포함하고,
    상기 에너지 관리신호들은,
    (i) 상기 처리회로에 의해 행해진 처리 연산들과 무관한 데이터 처리장치의 정적 소비전력의 레벨을 표시하는 정적 소비전력 신호와,
    (ii) 상기 처리회로에 의해 행해진 처리 연산들에 의존하는 상기 데이터 처리장치의 동적 소비전력의 레벨을 표시하는 동적 소비전력 신호를 포함하는, 데이터 처리방법.
  24. 적어도 한 개의 데이터 처리장치의 소비전력을 관리하는 방법으로서,
    상기 적어도 한 개의 데이터 처리장치와 에너지 관리신호들을 통신하는 단계를 포함하고,
    상기 에너지 관리신호들은,
    (i) 상기 데이터 처리장치 내부의 상기 처리회로에 의해 행해진 처리 연산들과 무관한 상기 데이터 처리장치의 정적 소비전력의 레벨을 표시하는 정적 소비전력 신호와,
    (ii) 상기 처리회로에 의해 행해진 처리 연산들에 의존하는 상기 데이터 처리장치의 동적 소비전력의 레벨을 표시하는 동적 소비전력 신호를 포함하는, 소비전력 관리방법.
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