TWI489257B - 具有電源管理機制的電子裝置及其電源管理方法 - Google Patents

具有電源管理機制的電子裝置及其電源管理方法 Download PDF

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Description

具有電源管理機制的電子裝置及其電源管理方法
本發明是有關於一種電子裝置及其電源管理方法，且特別是有關於一種具有多核心處理器的電子裝置及其電源管理方法。
近年來，智慧型手機和平板電腦等可攜式電子裝置快速地普及並逐漸融入人們的日常生活中。這類裝置所提供的多樣化功能，伴隨著資料處理量的爆炸性成長，也因此習知單一核心處理器的電子裝置已無法達到良好的執行效率。
為提升處理器的執行效率與運算能力，進而發展出多核心處理器架構之電子裝置，多核心處理器所需要的平均功率消耗及所增加的溫度曲線與單一核心處理器有著相當程度的差異。然而，在強調提升處理器執行效率與運算速度的同時，如何控制電子裝置之溫度並且降低功率消耗以節省能源，是電子產品取得競爭優勢的重要關鍵技術。
圖1是一種習知具有多核心處理器之電子裝置的核心致能個數示意圖。請參照圖1，習知之電子裝置原本處理器核心的運行數目為4個，並且以每500毫秒(ms)為單位來調整處理器核心的運行數目。然而在500毫秒時，因為多核心處理器的溫度T大於電子裝置的可容許溫度Ttole (T>Ttole )，因此電子裝置調降處理器核心的運行數目為 2個。如此一來，多核心處理器的元件溫度或表面溫度便會降低。然而，若使用者正在利用電子裝置執行高動態的電子遊戲時，處理器核心的運行數目瞬間調降會直接影響系統效能，導致電子遊戲的畫面缺乏順暢的視覺效果，容易引起使用者的不快感。
有鑑於此，本發明提供一種具有電源管理機制的電子裝置及其電源管理方法，達成減少電子裝置之功率消耗以及延緩溫度上升的功效，同時還可維持系統效能，以維持使用者觀賞的舒適度。
本發明提出一種具有電源管理機制的電子裝置，包括多核心(multi-core)處理器以及溫度感測器。其中，多核心處理器具有多個處理器核心。溫度感測器耦接至多核心處理器，用以感測多核心處理器之溫度，據以判斷電子裝置是否自效能優先模式進入降頻模式。當多核心處理器之溫度大於第一溫度臨界值時，多核心處理器啟動第一降頻模式藉以動態調整核心致能個數。其中，核心致能個數代表該些處理器核心被致能的個數。當多核心處理器之溫度大於第二溫度臨界值時，多核心處理器控制電子裝置進入第二降頻模式藉以固定該核心致能個數。上述之第一溫度臨界值小於第二溫度臨界值。
在本發明之一實施例中，上述之具有電源管理機制的電子裝置更包括耦接至多核心處理器的電源控制單元。電 源控制單元用以設定切換頻率。多核心處理器依據此切換頻率來週期性切換核心致能個數，以使核心致能個數在第一設定值與第二設定值之間進行週期性切換。上述之第二設定值小於第一設定值。
在本發明之一實施例中，上述之電源控制單元判斷目前幀率(frame rate)變化量是否小於一預設幀率變化量，若是，該電源控制單元更新切換頻率。並且，多核心處理器依據更新後的切換頻率來週期性切換核心致能個數。
在本發明之一實施例中，上述之電源控制單元降低切換頻率，而多核心處理器據以控制核心致能個數處於第二設定值之時間週期增加，而使核心致能個數處於第一設定值之時間週期維持不變。
在本發明之一實施例中，上述之當電子裝置進入第二降頻模式後，多核心處理器固定核心致能個數為第三設定值。上述之第三設定值小於第一設定值。
在本發明之一實施例中，上述之電子裝置為智慧型手機、筆記型電腦、輕薄型筆記型電腦或平板電腦其中之一。
在本發明之一實施例中，上述之溫度感測器為熱敏電阻(Thermistor)、熱電偶(Thermalcouple)或熱敏二極體(ThermalDiode)其中之一或其組合。
本發明另提供一種電源管理方法，適用於具有多核心處理器的電子裝置。此電源管理方法包括下列步驟。先感測多核心處理器之溫度，據以判斷電子裝置是否自效能優先模式進入降頻模式。當多核心處理器之溫度大於第一溫 度臨界值時，啟動第一降頻模式藉以動態調整多核心處理器的核心致能個數。其中核心致能個數代表多核心處理器中被致能的多個處理器核心的個數。當多核心處理器之溫度大於第二溫度臨界值時，啟動第二降頻模式藉以固定核心致能個數。上述之第一溫度臨界值小於第二溫度臨界值。
基於上述，本發明所提供之電子裝置及其電源管理方法利用動態調整處理器核心的運行數目之技術，來達成減少電子裝置之功率消耗以及延緩溫度上升的功效，同時還可維持系統效能，以確保電子裝置在降頻模式中仍可維持使用者觀賞的舒適度。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
為了避免在具有多核心處理器的電子裝置中，因為處理器核心的運行數目瞬間調降導致系統效能降低的情況發生，本發明遂利用動態(Dynamic)調整處理器核心的運行數目之技術，來達成減少電子裝置之功率消耗(Power consumption)以及降低溫度的效果，同時還可維持系統效能，避免引起使用者的不快感。本發明便是基於上述觀點所發展出的一種電子裝置及其電源管理方法。為了使本發明之內容更為明瞭，以下列舉實施例作為本發明確實能夠據以實施的範例。
圖2是依照本發明一實施例所繪示之電子裝置的方塊 圖。請參照圖2，本實施例之電子裝置200例如是智慧型手機、筆記型電腦、輕薄型筆記型電腦(Ultrabook)或平板電腦等，不限於上述。電子裝置200包括多核心處理器210、溫度感測器220以及電源控制單元230。
多核心處理器210具有多個處理器核心212-1、212-2、…、212-N，其中N為大於1的正整數。各個處理器核心212-1、212-2、…、212-N可為具有相同或不同運算功能的處理器核心，在此不加以限制。
溫度感測器220耦接至多核心處理器210，溫度感測器220之數目可為一個或多個。在一實施例中，溫度感測器220可設置於多核心處理器210之內部，用以感測多核心處理器210之核心溫度。在另一實施例中，溫度感測器220可設置於多核心處理器210之外部，用以感測多核心處理器210之表面溫度。無論溫度感測器220是設置於多核心處理器210之內部或外部，皆以靠近熱源(容易過熱的工作元件，例如主要晶片組)為主要設置點。溫度感測器220可以是熱敏電阻(Thermistor)、熱電偶(Thermalcouple)或熱敏二極體(ThermalDiode)等溫度感測元件。在一實施例中，溫度感測器220例如是由熱敏二極體加上類比數位轉換器所構成的數位溫度感測器(Digital Thermal Sensor,DTS)。溫度感測器220之數目可為一個或多個，在此不加以限制。
電源控制單元230耦接至多核心處理器210，其可為韌體或軟體所實現的功能模塊，而可用以根據電子裝置的 系統效能來動態調整切換頻率。以使多核心處理器210根據電源控制單元230所設定的切換頻率來切換處理器核心212-1、212-2、…、212-N的致能(開啟)總數。
圖3是依照本發明之一實施例所繪示之一種電源管理方法的流程圖。請參照圖3，本實施例的方法適用於圖2的電子裝置200，以下即搭配圖2中的各項元件說明本實施例電源管理方法的詳細步驟： 為方便後續說明，本實施例假設多核心處理器210中具有4個處理器核心212-1、212-2、212-3以及212-4。首先於步驟S310中，溫度感測器220先感測多核心處理器210之溫度，並且將偵測到的溫度資訊傳送給多核心處理器210，據以判斷電子裝置200是否自效能優先(Performance priority)模式進入降頻模式。在本實施例中，效能優先模式例如是致能(即，開啟)電子裝置200的所有處理器核心，也就是使電子裝置200的4個處理器核心212-1、212-2、212-3以及212-4皆全速運行，以達到最佳執行效率。
由於所有處理器核心皆全速運行的情況下，功率消耗(Power Consumption)大且溫度上升速度快。當多核心處理器210的溫度超過可容許的溫度上限值，則容易產生熱當或零件毀損的情況發生。因此，當多核心處理器的溫度過高時，本發明遂將電子裝置200自效能優先模式進入降頻模式。
如步驟S320所述，當多核心處理器210之溫度大於 的一溫度臨界值時，啟動第一降頻模式藉以動態調整多核心處理器210的核心致能個數。其中核心致能個數代表多核心處理器中被致能的處理器核心的個數。圖4是依照本發明一實施例所繪示之一種動態調整多核心處理器的核心致能個數示意圖。請配合參照圖4，在時間點t1之前，電子裝置200是處於效能優先模式，因此多核心處理器210中的4個處理器核心同時開啟。然而，在時間點t1時，由於多核心處理器210之溫度T大於第一溫度臨界值T1(T>T1)，故啟動第一降頻模式。也就是說，多核心處理器210動態調整多核心處理器210的核心致能個數，使核心致能個數在第一設定值與第二設定值之間進行週期性切換。在本實施例中，第一設定值例如為4，第二設定值例如為1，時間點t1與t2的時間差為10毫秒。也就是說，在時間點t1與t2之間，多核心處理器210僅開啟1個處理器核心；在時間點t2與t3之間，多核心處理器210開啟4個處理器核心；依此類推。其切換的時間週期為20毫秒，切換頻率為(1/0.02)赫茲(Hz)。
須說明的是，若以相同的時間(例如時間點t1與t4之間)進行計算，圖1以2個處理器核心運行的功率消耗與本實施例在4個處理器核心與1個處理器核心之間運行的功率消耗相同，皆具有節省能源之功效。然而，本發明藉由快速切換多核心處理器210的核心致能個數，使得系統效能仍可大約維持在4個處理器核心之效能，讓使用者不易察覺電子裝置200的效能變化。然而，圖1所示之降 頻方法僅能維持2個處理器核心之效能。據此，本發明同時具有延遲溫度上升、節省能源並且維持系統效能之功效。
但若電子裝置200因多核心處理器210執行時間過長等因素導致多核心處理器210之溫度繼續升高時，則本實施例更包括啟動第二降頻模式。如步驟S330所述，當多核心處理器210之溫度大於第二溫度臨界值時，控制電子裝置進入第二降頻模式，其中第一溫度臨界值小於第二溫度臨界值。請繼續參照圖4，假設在時間點t5時，溫度感測器220所感測的溫度T大於第二溫度臨界值T2時，則核心致能個數固定為第三設定值，在本實施例中，第三設定值例如是2。也就是說，在時間點t5之後，電子裝置僅以2個處理器核心來運行。其中，第三設定值小於第一設定值即可，在此不加以限制。另外，本實施例之第一溫度臨界值例如為80℃，第二溫度臨界值例如為90℃。
一般來說，電子裝置的顯示畫面是否具有順暢的視覺效果會直接影響使用者的觀賞舒適度。而執行遊戲或影片所需的系統效能可由幀率(frame rate)，或稱為畫面更新率，來作為判斷準則。測量單位為「每秒顯示幀數」(frame per second，FPS)。因此，本發明更進一步提出將幀率變化量一併納入考量的實施例，以確保電子裝置在降頻模式中仍可維持使用者觀賞的舒適度。
圖5是依照本發明另一實施例所繪示之電源管理方法的流程圖。以下請配合參照圖2與圖5。
首先在本實施例中，假設電子裝置200的4個處理器 核心212-1、212-2、212-3以及212-4皆全速運行，並且可達到幀率為60 FPS的執行效率。
於步驟S510中，溫度感測器220先感測多核心處理器210之溫度，並且將偵測到的溫度資訊傳送給多核心處理器210，據以判斷多核心處理器210之溫度是否大於第一溫度臨界值。在本實施例中，第一溫度臨界值設定為80℃，其可由使用者依據實際應用情況設定之。若是，則電子裝置200自效能優先模式進入降頻模式並接續步驟S520。
在步驟S520中，電源控制單元230會設定初始切換頻率。請參照圖6，圖6(a)至圖6(c)是依照本發明另一實施例所繪示之更新切換頻率的示意圖。請先參照圖6(a)，切換的時間週期P1為20毫秒，初始切換頻率為(1/0.02)赫茲(Hz)。
於步驟S530，多核心處理器210則依據目前的切換頻率週期性地切換核心致能個數。本實施例假設多核心處理器210在開啟4個處理器核心與開啟1個處理器核心之間進行切換。
接著於步驟S540，電源控制單元230判斷電子裝置200的目前幀率變化量是否小於一預設幀率變化量。本實施例之預設幀率變化量設定為5 FPS。在此假設幀率變化量在5 FPS範圍之內，使用者並無法察覺系統效能的變化。換句話說，幀率在55 FPS~60 FPS之間為可容許的幀率變化量。預設幀率變化量可由使用者依據實際情況設定 之，不限於此。
若多核心處理器210依據初始切換頻率為(1/0.02)赫茲進行動態切換的目前幀率變化量為2 FPS，也就是電子裝置200的幀率降為58 FPS。因此，電源控制單元230判斷電子裝置200的目前幀率變化量(即60 FPS-58 FPS=2 FPS)並未大於預設幀率變化量(即5 FPS)，因此接續步驟S550，電源控制單元230繼續更新切換頻率。
接下來請參照圖6(b)，切換的時間週期P2增加為30毫秒，切換頻率則降低為(1/0.03)赫茲。多核心處理器210則依據更新後的切換頻率週期性地切換核心致能個數。但須注意的是，多核心處理器210控制核心致能個數處於1個核心數的時間增加，而使核心致能個數處於4個核心數的時間維持不變。假設多核心處理器210依據切換頻率為(1/0.03)赫茲進行動態切換的幀率降為56 FPS。電源控制單元230判斷電子裝置200的目前幀率變化量(即60 FPS-56 FPS=4 FPS)並未大於預設幀率變化量(即5 FPS)，因此繼續步驟S550來更新切換頻率。
再請參照圖6(c)，切換的時間週期P3增加為40毫秒，切換頻率則降低為(1/0.04)赫茲。多核心處理器210同樣依據更新後的切換頻率週期性地切換核心致能個數。假設多核心處理器210依據切換頻率為(1/0.04)赫茲進行動態切換的幀率降為54 FPS。電源控制單元230判斷電子裝置200的目前幀率變化量(即60 FPS-54 FPS=6 FPS)大於預設幀率變化量(即5 FPS)，因此接續步驟S560。
溫度感測器220感測多核心處理器210之溫度，並且將偵測到的溫度資訊傳送給多核心處理器210，據以判斷多核心處理器210之溫度是否大於第二溫度臨界值。在本實施例中，第二溫度臨界值設定為90℃，其可由使用者依據實際應用情況設定之，不限於此。
若多核心處理器210之溫度不大於第二溫度臨界值，則返回步驟S530，維持目前的切換頻率(1/0.04)以週期性地切換核心致能個數。若多核心處理器210之溫度大於第二溫度臨界值，則接續步驟S570，代表多處理核心的溫度上升過快，因此改為固定核心致能個數，不再進行動態切換。舉例來說，可將核心致能個數設定為1。也就是在執行步驟S570時，電子裝置200僅固定開啟處理器核心212-1、212-2、212-3或212-4的其中之一。
綜上所述，本發明利用動態(Dynamic)調整處理器核心的運行數目之技術，來達成減少電子裝置之功率消耗(Power consumption)以及延緩溫度上升的功效，同時還可維持系統效能，以確保電子裝置在降頻模式中仍可維持使用者觀賞的舒適度。此外，還可藉由設定預設幀率變化量來控制動態切換的頻率，以確保電子裝置的顯示畫面具有順暢的視覺效果。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
200‧‧‧電子裝置
210‧‧‧多核心處理器
220‧‧‧溫度感測器
230‧‧‧電源控制單元
212-1、212-2、212-N‧‧‧處理器核心
P1、P2、P3‧‧‧時間週期
S310~S330‧‧‧一實施例之電源管理方法之各步驟
S510~S580‧‧‧另一實施例之電源管理方法之各步驟
圖1是一種習知具有多核心處理器之電子裝置的核心致能個數示意圖。
圖2是依照本發明一實施例所繪示之電子裝置的方塊圖。
圖3是依照本發明之一實施例所繪示之一種電源管理方法的流程圖。
圖4是依照本發明一實施例所繪示之一種動態調整多核心處理器的核心致能個數示意圖。
圖5是依照本發明另一實施例所繪示之電源管理方法的流程圖。
圖6(a)至圖6(c)是依照本發明另一實施例所繪示之更新切換頻率的示意圖。
200‧‧‧電子裝置
210‧‧‧多核心處理器
220‧‧‧溫度感測器
230‧‧‧電源控制單元
212-1、212-2、212-N‧‧‧處理器核心

Claims (10)

  1. 一種具有電源管理機制的電子裝置，包括：一多核心處理器，具有多個處理器核心；以及一溫度感測器，耦接至該多核心處理器，感測該多核心處理器之溫度，據以判斷該電子裝置是否自一效能優先模式進入一降頻模式，其中當該多核心處理器之溫度大於一第一溫度臨界值時，該多核心處理器啟動一第一降頻模式藉以動態調整一核心致能個數，其中該核心致能個數代表該些處理器核心被致能的個數，其中當該多核心處理器之溫度大於一第二溫度臨界值時，該多核心處理器啟動一第二降頻模式藉以固定該核心致能個數，其中該第一溫度臨界值小於該第二溫度臨界值，其中，所述之具有電源管理機制的電子裝置，更包括：一電源控制單元，耦接該多核心處理器，設定一切換頻率，該多核心處理器依據該切換頻率來週期性切換該核心致能個數，以使該核心致能個數在一第一設定值與一第二設定值之間進行週期性切換，其中該第二設定值小於該第一設定值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具有電源管理機制的電子裝置，其中：該電源控制單元判斷一目前幀率變化量是否小於一預設幀率變化量，若是，該電源控制單元更新該切換頻率， 該多核心處理器依據更新後的該切換頻率週期性切換該核心致能個數。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之具有電源管理機制的電子裝置，其中：該電源控制單元降低該切換頻率，該多核心處理器據以控制該核心致能個數處於該第二設定值之時間週期增加，而使該核心致能個數處於該第一設定值之時間週期維持不變。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之具有電源管理機制的電子裝置，其中當該電子裝置進入該第二降頻模式後：該多核心處理器固定該核心致能個數為一第三設定值，其中該第三設定值小於該第一設定值。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之具有電源管理機制的電子裝置，其中該電子裝置為一智慧型手機、一筆記型電腦、一輕薄型筆記型電腦或一平板電腦其中之一。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之具有電源管理機制的電子裝置，其中該溫度感測器為一熱敏電阻、一熱電偶或一熱敏二極體其中之一或其組合。
  7. 一種電源管理方法，適用於具有一多核心處理器的一電子裝置，該電源管理方法包括下列步驟：感測該多核心處理器之溫度，據以判斷該電子裝置是否自一效能優先模式進入一降頻模式；當該多核心處理器之溫度大於一第一溫度臨界值時，啟動一第一降頻模式藉以動態調整該多核心處理器的 一核心致能個數，其中該核心致能個數代表該多核心處理器中被致能的多個處理器核心之個數；以及當該多核心處理器之溫度大於一第二溫度臨界值時，啟動一第二降頻模式藉以固定該核心致能個數，其中該第一溫度臨界值小於該第二溫度臨界值，其中控制該電子裝置進入該第一降頻模式，並且動態調整該多核心處理器的該該核心致能個數的步驟包括：設定一切換頻率；以及依據該切換頻率週期性切換該核心致能個數，其中該核心致能個數在一第一設定值與一第二設定值之間進行週期性切換，且該第二設定值小於該第一設定值。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之電源管理方法，其中在依據該切換頻率將該核心致能個數進行週期性切換的步驟之後，更包括：(a)判斷該電子裝置的一目前幀率變化量是否小於一預設幀率變化量；(b)若是，更新該切換頻率，並使該多核心處理器依據更新後的該切換頻率週期性切換該核心致能個數；以及(c)重複上述步驟(a)、(b)，直至該目前幀率變化量大於或等於該預設幀率變化量為止。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之電源管理方法，其中該步驟(b)包括：降低該切換頻率，並且控制該核心致能個數處於該第二設定值之時間週期增加，而使該核心致能個數處於該第 一設定值之時間週期維持不變。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之電源管理方法，其中控制該電子裝置進入該第二降頻模式的步驟包括：將該核心致能個數固定為一第三設定值，其中該第三設定值小於該第一設定值。
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