TWI770830B - 功率預算分配技術 - Google Patents

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琪竣 陳
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Abstract

一種實例計算裝置包括：一第一組件，其具有一第一功率預算；一第二組件，其具有一第二功率預算；以及一功率分配控制器，其用以：獲得(i)該第一組件之一第一功率消耗指示符及(ii)該第二組件之一第二功率消耗指示符；基於該第一功率預算及該第一功率消耗指示符產生(i)一第一工作負載估計，且基於該第二功率預算及該第二功率消耗指示符產生(ii)一第二工作負載估計；以及基於該第一工作負載估計與該第二工作負載估計之一比較，將(i)一第一經調整功率預算提供至該第一組件且將(ii)一第二經調整功率預算提供至該第二組件。

Description

功率預算分配技術
本發明係有關於功率預算分配技術。
發明背景
計算裝置可例如基於功率供應及/或該裝置之冷卻能力而將功率預算分配至其某些組件。此類功率預算之分配可在計算上密集，及/或可由於對一或多個組件之過度限制性預算分配而導致裝置效能下降。
依據本發明之一實施例，係特地提出一種計算裝置，其包含：一第一組件，其具有一第一功率預算；一第二組件，其具有一第二功率預算；以及一功率分配控制器，其用以：獲得(i)該第一組件之一第一功率消耗指示符，及(ii)該第二組件之一第二功率消耗指示符；基於該第一功率預算及該第一功率消耗指示符產生(i)一第一工作負載估計，且基於該第二功率預算及該第二功率消耗指示符產生(ii)一第二工作負載估計；以及基於該第一工作負載估計與該第二工作負載估計之一比較，將(i)一第一經調整功率預算提供至該第一組件且將(ii)一第二經調整功率預算提供至該第二組件。
較佳實施例之詳細說明
圖1展示實例計算裝置100。計算裝置100可為桌上型電腦、伺服器、智慧型手機、筆記本電腦、平板電腦或類似裝置。計算裝置100包括第一目標組件104-1及第二目標組件104-2 (其可統稱為目標組件104，且通常統稱為一目標組件104)。目標組件104-1及104-2亦可簡稱為組件104-1及104-2。在一些實例中，第一目標組件104-1包括中央處理單元(CPU)，且第二目標組件104-2包括圖形處理單元(GPU)。計算裝置100可包括其他組件，諸如儲存裝置(例如，硬碟機、依電性記憶體以及類似者)、輸入裝置(例如，鍵盤)及輸出裝置(例如，顯示器)。
利用例如來自電源108之功率供應計算裝置100之組件，包括目標組件104。電源108可為與計算裝置100整合之電池，諸如膝上型電池。在其他實例中，電源108可在計算裝置100外部，諸如外部電池、電氣實用連接件或類似者。
計算裝置100亦包括用以將功率預算分配至目標組件104之功率分配控制器112 (其亦可稱為控制器112)。控制器112可實施為例如計算裝置100之主板上的嵌式控制器(EC)。
目標組件104可用於藉由功率分配控制器112基於例如由目標組件104表示之計算裝置100之總功率消耗之比例進行的功率預算分配。換言之，諸如CPU及GPU之組件可表示計算裝置100之總功率消耗的相當大部分。舉例而言，在膝上型電腦中，CPU及GPU一起可表示超過電腦之總功率消耗的一半。經由目標組件104之功率消耗施加控制可因此使得功率分配控制器112能夠管理裝置100之總功率消耗，以滿足可用於計算裝置100的冷卻及/或功率遞送能力。
計算裝置100進一步包括耦接至功率分配控制器112之非暫時性電腦可讀媒體，諸如儲存裝置116，其亦可稱為記憶體。在其他實例中，儲存裝置116亦可與控制器112整合。儲存裝置116含有指令集118，其可由控制器112執行以實施下文更詳細地論述的功率預算分配功能。
控制器112連接至自電源108至目標組件104之功率供應導管，在圖1中以實線展示。控制器112亦連接至儲存裝置116及目標組件104以用於資料通訊，如以虛線展示。如下文將詳細地論述，控制器112獲得目標組件104-1之經量測功率消耗及目標組件104-2之經量測功率消耗。上述經量測功率消耗亦可稱為功率消耗指示符。舉例而言，組件104-1之功率消耗指示符可包括組件104-1之在諸如一秒之預定義時間段內的以瓦特(Watt)為單位的平均功率消耗。亦預期短於及長於一秒之其他時間段。亦即，控制器112可在時間段內獲得多個量測值，且可根據該多個量測值產生指示符(例如，平均功率消耗)。在其他實例中，組件104-1之功率消耗指示符可包括在時間段內由組件104-1消耗之例如以焦耳(Joule)為單位之能量的量。
在獲得上文所提及之功率消耗指示符後，控制器112可產生第一目標組件104-1之第一工作負載估計及第二目標組件104-2之第二工作負載估計。控制器112可基於對應於彼組件104之功率消耗指示符且基於分配至彼組件104之當前功率預算而產生組件104之工作負載估計。因此，舉例而言，控制器112可將40 W之功率預算分配至目標組件104-1 (例如，CPU)，且獲得指示在前一秒時間段內25 W之平均功率消耗的功率消耗指示符。可判定組件104-1之工作負載估計為功率消耗指示符與所分配功率預算之比率。因此，在上述實例中，工作負載估計因此為0.625。更一般而言，工作負載估計可為零與一之間的分數，但亦可使用其他格式來表示工作負載估計。
換言之，由控制器112產生之工作負載估計指示給定目標組件104之功率預算的多少部分在相關時間段(例如，在產生工作負載估計之前的一秒時間段)內由彼目標組件104使用。
控制器112可接著將對應於第一目標組件104-1之第一工作負載估計與對應於第二目標組件104-2之第二工作負載估計進行比較。基於該比較，控制器112可將經調整功率預算提供至第一目標組件104-1，且將經調整功率預算提供至第二目標組件104-2。分配至目標組件104的經調整功率預算可包括先前所分配功率預算的增大或減小。亦即，一個目標組件104 (例如，第一目標組件104-1)之功率預算之一部分可重新分配至另一目標組件104 (例如，第二目標組件104-2)。
自一個目標組件104至另一目標組件104重新分配之功率預算之部分可定義為例如系統功率預算之一部分，其表示目標組件104之經組合功率預算。舉例而言，對於100 W之系統功率預算，至第一目標組件104-1之預設功率預算分配可為40 W，且至第二目標組件104-2之預設功率預算分配可為60 W。回應於對組件104之工作負載估計之上文所提及的比較，控制器112可將系統功率預算之5% (在此實例中，5 W)自第一目標組件104-1重新分配至第二目標組件104-2。第一經調整功率預算因此為35 W，且第二經調整功率預算為65 W。
在其他實例中，目標組件104之間重新分配的功率預算之部分可以絕對瓦數而非作為系統功率預算之分數來指定。重新分配的功率預算之部分亦可基於第一工作負載估計與第二工作負載估計之間的比較而在大小方面發生變化。亦即，可回應於工作負載估計之間的較大差而重新分配功率預算之較大部分。相反地，可回應於工作負載估計之間的較小差而重新分配功率預算之較小部分(包括少至零重新分配)。下文將論述重新分配判定的某些實例。
控制器112可重複上述分配過程，例如每秒一次或根據另一適合的時間段。控制器112可因此根據目標組件104之當前工作負載而動態地調整目標組件104之功率預算分配。此類動態調整可增大功率預算分配至目標組件104之效率，例如降低一個目標組件104調節計算活動以避免超出所分配功率預算之情況的頻率，從而潛在地降低效能，而另一目標組件104利用至彼目標組件104之功率預算分配的一小部分。藉由功率分配控制器112實施之動態調整可因此能夠提昇計算裝置100之效能。
圖2展示分配計算組件之功率預算之實例方法200。方法200可由指令集實施，該指令集儲存於非暫時性電腦可讀媒體中(例如，儲存於儲存裝置116中的指令118，如圖1中所展示)且由諸如功率分配控制器112的控制器執行。下文結合由計算裝置100進行的方法200之實例執行描述方法200。
在區塊205處，控制器112設定目標組件104之初始功率預算，其亦可稱為預設功率預算。初始功率預算可設定為系統功率預算之預定部分。系統功率預算自身之判定可基於諸如剩餘電池容量、環境溫度以及類似者之因素而變化。在本實例中，假設系統功率預算為100 W，且將忽略系統功率預算之此可變性。進一步假設例如CPU之第一目標組件104-1接收對應於40%之系統功率預算或40 W的初始功率預算。例如GPU之第二目標組件104-2因此接收對應於60%之系統功率預算或60 W的初始功率預算。下文在表1中說明第一目標組件104-1之第一初始功率預算及第二目標組件104-2之第二初始功率預算。 表1：初始功率預算(W)
系統 CPU GPU
100 40 60
在區塊210處，控制器112可獲得第一目標組件104-1之第一功率消耗指示符及第二目標組件104-2之第二功率消耗指示符。舉例而言，控制器112可在時間段(例如，一秒)之進程內獲得目標組件104-1及104-2之當前功率消耗的多個量測值，且基於該多個量測值產生功率消耗指示符。出於例示性目的，假設在區塊210處產生之第一功率消耗指示符(針對目標組件104-1)指示在區塊210之執行之前的一秒時段內之38 W的平均功率消耗，且第二功率消耗指示符(針對目標組件104-2)指示在同一一秒時間段內之15 W的平均功率消耗。
在區塊215處，控制器112可產生第一目標組件104-1之第一工作負載估計及第二目標組件104-2之第二工作負載估計。如前面所指出，工作負載估計可產生為功率消耗指示符與當前功率預算之比率。因此，在本實例中，第一目標組件104-1之第一工作負載指示符為35 W與40 W之比率，或0.95。第二目標組件104-2之第二工作負載指示符為15 W與60 W之比率，或0.25。表2匯總方法200之本實例執行中的初始功率預算、功率消耗及工作負載估計。 表2：功率消耗指示符及工作負載估計
  CPU GPU
初始預算 ( W ) 40 60
功率消耗 ( W ) 38 15
工作負載估計 0.95 0.25
在區塊220處，控制器112可比較工作負載估計，且基於該比較將經調整功率預算提供至第一目標組件104-1及第二目標組件104-2。
在一些實例中，控制器112可例如藉由判定第一工作負載估計與第二工作負載估計之間的差來直接比較工作負載估計。在本實例中，第一工作負載估計與第二工作負載估計之間的差為0.7。在判定上述差後，控制器112可選擇第一初始功率預算及第二初始功率預算中之一者之一部分來進行重新分配。
待重新分配的部分可與工作負載估計之間的差成比例，直至系統預算之預定部分。舉例而言，控制器112可在系統功率預算之0%與15%之間選擇用於重新分配的一部分，根據該差而按比例調整。在本實例中，第一工作負載估計與第二工作負載估計之間的差為0.7，且控制器112可因此選擇10.5% (亦即，15%之0.7)之一部分以進行重新分配。表3展示此重新分配之後的第一目標組件104-1及第二目標組件104-2之經調整功率預算。特定言之，已向第一目標組件104-1分配額外10.5 W (亦即，系統預算之10.5%)，且已向第二目標組件分配小於10.5 W。 表3：功率消耗指示符、工作負載估計、經調整功率預算
  CPU GPU
初始預算 ( W ) 40 60
功率消耗 ( W ) 38 15
工作負載估計 0.95 0.25
經調整功率預算 ( W ) 50.5 49.5
如對於熟習此項技術者現將顯而易見，在區塊220處提供經調整功率預算之後，第一目標組件104-1接收增加之功率預算以反映第一目標組件104-1先前比第二目標組件104-2利用可用功率之更大部分的事實。藉由使更大功率量可用於第一目標組件104-1，可提昇或維持第一目標組件104-1之效能。同時，分配更少功率至第二目標組件104-2可對目標組件104-2之效能產生極小影響。
在執行區塊220後，控制器112可接著返回至區塊210以評估下一時間段(例如，下一一秒時段)之功率消耗。控制器112可因此回應於改變目標組件104之工作負載而連續地更新目標組件104之所分配功率預算，如由功率消耗及當前預算分配所判定。區塊210、215及220之每一執行可導致選擇系統功率預算之一部分以自第一初始功率預算及第二初始功率預算中之一者重新分配至另一者。
表4說明在上文所論述之第一實例執行之後的區塊21、215及220之另一實例執行的結果。特定言之，假設區塊210處針對第一目標組件104-1量測的功率消耗為40 W，且針對第二目標組件104-1量測的功率消耗為27 W。亦即，第一目標組件104-1之功率消耗增加3 W，而第二目標組件104-2之功率消耗已幾乎加倍。 表4：功率消耗指示符、工作負載估計、經調整功率預算
  CPU GPU
初始預算 ( W ) 40 60
先前預算 ( W ) 50.5 49.5
功率消耗 ( W ) 40 27
工作負載估計 0.79 0.54
經調整功率預算 ( W ) 43.75 56.25
在區塊215處產生之工作負載估計對於第一目標組件104-1為0.79且對於第二目標組件104-2為0.54。工作負載估計之間的差為0.25，且待重新分配之系統預算之部分因此為3.75% (15%之0.25)，在此實例中等同於3.75 W。因此，經調整功率預算對於第一目標組件104-1為43.75 W且對於第二目標組件104-2為56.25 W。
亦預期其他機制用於在區塊220處執行比較及所得預算分配調整。舉例而言，替代直接比較第一工作負載估計與第二工作負載估計，控制器112可將第一工作負載估計與臨限值進行比較以產生第一工作負載狀態指示符，且可將第二工作負載估計與臨限值進行比較以產生第二工作負載狀態指示符。在一些實例中，控制器112可採用超過一個臨限值。換言之，可採用臨限值來將工作負載估計離散為一組工作負載狀態指示符中之一者，例如指示目標組件104之工作負載為低、中抑或高。
圖3展示分配計算組件之功率預算之另一實例方法300。方法300如上文結合方法200之區塊205、210及215所描述開始。在區塊305處，控制器112將第一目標組件104-1之第一工作負載估計與至少一個臨限值進行比較，且亦將第二目標組件104-2之第二工作負載估計與臨限值進行比較。在本實例中，控制器112可將工作負載估計與上臨限值及下臨限值進行比較。基於與上及下臨限值之比較，控制器112產生第一目標組件104-1之第一工作負載狀態指示符及第二目標組件104-2之第二工作負載狀態指示符。
上文所提及之上及下臨限值可設定為各種值。在下文論述之方法300之例示性執行中，下臨限值為0.25且上臨限值為0.75。低於下臨限值之工作負載估計產生為「低」之工作負載狀態指示符，而下臨限值與上臨限值之間的工作負載估計產生為「中」之工作負載狀態指示符，且高於上臨限值之工作負載估計產生為「高」之工作負載狀態指示符。亦可採用各種其他形式之工作負載狀態指示符。舉例而言，在其他實例中，可使用數值指示符，諸如對於低為「0」、對於中為「1」以及對於高為「2」。
表5說明第一及第二目標組件104之實例功率消耗指示符、工作負載估計及工作負載狀態指示符。 表5：功率消耗指示符、工作負載估計、經調整功率預算
  CPU GPU
初始預算 ( W ) 40 60
功率消耗 ( W ) 25 50
工作負載估計 0.625 0.83
工作負載狀態指示符 中 高
經調整功率預算 ( W ) 33 67
如表5中所見，第一目標組件104-1之工作負載估計處於上與下臨限值之間，且因此選擇工作負載狀態指示符「中」。第二目標組件104-2之工作負載估計高於上臨限值，且因此選擇工作負載狀態指示符「高」。
為產生第一及第二目標組件104之經調整功率預算，控制器112進行至區塊310。在區塊310處，控制器112判定工作負載狀態指示符之間的差是等於抑或低於臨限值。在一些實例中，臨限值可為零，且因此控制器112可在區塊310處判定工作負載狀態指示符是否相等。當區塊310處之判定為肯定的(例如，若二個工作負載狀態指示符為「中」)時，控制器112進行至區塊315，且將目標組件104之經調整功率預算設定為初始功率預算。換言之，當工作負載狀態指示符相等時，不對初始(預設)功率預算作出改變。
另一方面，當工作負載狀態指示符之間的差超過臨限值時(例如，當工作負載狀態指示符並不相等時)，控制器112進行至區塊320。在區塊320處，控制器112將一個目標組件104之功率預算之一部分重新分配至另一目標組件104。舉例而言，控制器112可藉由根據工作負載狀態指示符之間的差添加或減去系統預算之預定部分來調整目標組件功率預算。舉例而言，當工作負載狀態指示符相差二級(例如，「高」及「低」時)，控制器112可將系統預算之15%自一個目標組件104重新分配至另一者。當工作負載狀態指示符相差一級(例如，「高」及「中間」，或「中間」及「低」)時，控制器112可將系統預算之7%自一個目標組件104重新分配至另一者。
因此，在方法300之本實例執行中，控制器112可將7% (或7 W，在系統預算為100 W之情況下)自第一目標組件104-1重新分配至第二目標組件104-2，從而導致33 W及67 W之經調整功率預算，如表5中所展示。在區塊325處，控制器112可例如經由先前提及且在圖1中展示的資料通訊介面將經調整功率預算提供至目標組件104-1及104-2。控制器112可接著返回至區塊210以在下一時間段重複上述過程。
可直接獲得由控制器112獲得的經量測功率消耗，如圖1中所展示。亦即，計算裝置100可包括與功率分配控制器112整合之功率消耗量測裝置。
在其他實例中，控制器112可自另一組件接收經量測功率消耗。圖4展示另一實例計算裝置400，包括目標組件104-1及104-2、電源108、功率分配控制器112及儲存裝置116。然而，在圖4的實例中，計算裝置400包括與控制器112分別地實施的量測裝置404。量測裝置404可為例如連接至電源108與目標組件104之間的功率導管的能量估計引擎(E3)裝置。量測裝置404亦連接至控制器112以用於資料通訊，且將功率消耗量測值例如連續地提供至控制器112。
應認識到，上文提供之各種實例之特徵及態樣可組合至亦屬於本揭露內容之範疇之其他實例中。另外，出於例示性目的，圖式並不按比例且可放大大小及形狀。
100,400:計算裝置 104,104-1,104-2:目標組件 108:電源 112:功率分配控制器 116:儲存裝置 118:指令集 200,300:方法 205,210,215,220,305,310,315,320,325:區塊 404:量測裝置
圖1為具有用以將功率預算分配至計算組件之功率分配控制器之實例計算裝置的區塊圖。
圖2為將功率預算分配至計算裝置中之計算組件之實例方法的流程圖。
圖3為將功率預算分配至計算裝置中之計算組件之另一實例方法的流程圖。
圖4為具有用以將功率預算分配至計算組件之功率分配控制器之另一實例計算裝置的區塊圖。
100:計算裝置
104-1,104-2:目標組件
108:電源
112:功率分配控制器
116:儲存裝置
118:指令集

Claims (15)

  1. 一種計算裝置，其包含：一第一組件，其具有一第一功率預算；一第二組件，其具有一第二功率預算；以及一功率分配控制器，其用以：獲得(i)該第一組件之一第一功率消耗指示符，及(ii)該第二組件之一第二功率消耗指示符；基於該第一功率預算及該第一功率消耗指示符產生(i)一第一工作負載估計，且基於該第二功率預算及該第二功率消耗指示符產生(ii)一第二工作負載估計；以及基於該第一工作負載估計與該第二工作負載估計之一比較，將(i)一第一經調整功率預算提供至該第一組件且將(ii)一第二經調整功率預算提供至該第二組件。
  2. 如請求項1之計算裝置，其中該第一組件包括一中央處理單元(CPU)，且該第二組件包括一圖形處理單元(GPU)。
  3. 如請求項1之計算裝置，其中該第一工作負載估計為該第一功率消耗指示符與該第一功率預算之一比率，且其中該第二工作負載估計為該第二功率消耗指示符與該第二功率預算之一比率。
  4. 如請求項1之計算裝置，其中該功率分配控制器用以：將該第一工作負載估計及該第二工作負載估計與一臨限值進行比較；以及為產生該第一經調整功率預算及該第二經調整功率預算，基於該比較而將該第一功率預算及該第二功率預算中之一者之一部分重新分配至該第一功率預算及該第二功率預算中之另一者。
  5. 如請求項4之計算裝置，其中該功率分配控制器用以將該第 一工作負載估計及該第二工作負載估計與一下臨限值及一上臨限值進行比較。
  6. 如請求項4之計算裝置，其中該功率分配控制器用以：基於該第一工作負載估計與該臨限值之該比較而產生一第一工作負載狀態指示符；基於該第二工作負載估計與該臨限值之該比較而產生一第二工作負載狀態指示符；以及基於該第一工作負載狀態指示符與該第二工作負載狀態指示符之一比較而重新分配該部分。
  7. 如請求項1之計算裝置，其進一步包含：一量測裝置，其用以產生該第一功率消耗指示符及該第二功率消耗指示符。
  8. 如請求項7之計算裝置，其中該量測裝置與該功率分配控制器整合。
  9. 如請求項1之計算裝置，其中該功率分配控制器用以根據一系統功率預算判定該第一功率預算及該第二功率預算。
  10. 一種計算裝置，其包含：一第一目標組件，其具有一第一功率預算；一第二目標組件，其具有一第二功率預算；以及一控制器，其用以：獲得(i)表示由該第一目標組件使用中之該第一功率預算之一部分的一第一工作負載狀態指示符，及(ii)表示由該第二目標組件使用中之該第二功率預算之一部分的一第二工作負載狀態指示符；以及在該第一工作負載狀態指示符不同於該第二工作負載狀態指示符時，產生(i)該第一目標組件之一第一經調整功率預算及(ii)該第二目標組件之一第二經調整功率預算。
  11. 如請求項10之計算裝置，其中該控制器用以：獲得(i)該第一目標組件之一第一工作負載估計及(ii)該第二目標組件之一第二工作負載估計；以及根據該第一工作負載估計與一臨限值之一比較選擇該第一工作負載狀態指示符；以及根據該第二工作負載估計與該臨限值之一比較選擇該第二工作負載狀態指示符。
  12. 如請求項11之計算裝置，其中該控制器用以：獲得(i)該第一目標組件之一第一經量測功率消耗及(ii)該第二目標組件之一第二經量測功率消耗；判定該第一工作負載估計為該第一經量測功率消耗與該第一功率預算之一比率；以及判定該第二工作負載估計為該第二經量測功率消耗與該第二功率預算之一比率。
  13. 一種非暫時性電腦可讀媒體，其具有可由一計算裝置之一控制器執行以進行以下操作的指令之一集合：將一第一初始功率預算提供至該計算裝置之一第一組件；將一第二初始功率預算提供至該計算裝置之一第二組件；獲得(i)該第一組件之一第一工作負載估計及(ii)該第二組件之一第二工作負載估計；將該第一工作負載估計與一上臨限值及一下臨限值進行比較以產生該第一組件的一第一工作負載狀態指示符；將該第二工作負載估計與該上臨限值及該下臨限值進行比較以產生該第二組件之一第二工作負載狀態指示符； 基於該第一工作負載狀態指示符與該第二工作負載狀態指示符之間的一差，產生(i)該第一組件之一第一經調整功率預算及(ii)該第二組件之一第二經調整功率預算。
  14. 如請求項13之非暫時性電腦可讀媒體，該等指令進一步可由該控制器執行以進行以下操作：判定該第一初始功率預算為一系統功率預算之一第一部分；以及判定該第二初始功率預算為該系統功率預算之一第二部分。
  15. 如請求項13之非暫時性電腦可讀媒體，該等指令進一步可由該控制器執行以進行以下操作：在該第一工作負載狀態指示符與該第二工作負載狀態指示符之間的該差低於一臨限值時，將該第一初始功率預算提供至該第一組件且將該第二初始功率預算提供至該第二組件。
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