專利名稱：減少集成電路功耗的局部性能調(diào)節(jié)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及減小集成電路(IC)的功耗，特別是涉及超大規(guī)模(VLSI)集成電路的功耗。更詳細地說，本發(fā)明涉及用來調(diào)節(jié)IC中需要控制最壞情況功耗的特定功能單元的性能的方法和裝置。
背景技術：
減小由一IC所消耗的功率具有明顯的優(yōu)點(1)減小了必須提供給IC的功率；和(2)減小了必須由IC和IC周圍器件所耗散的熱。當IC準備用于諸如手持或筆記本型數(shù)字裝置之類的便攜式計算裝置中時，降低功耗尤為重要。
為了延長時間周期，便攜式裝置常常僅僅使用由內(nèi)部電池所提供的電源來工作。由于便攜式電池的尺寸、重量和存貯容量非常有限，所以在便攜式裝置中保存功率是關鍵的。在沒有對它的電池充電或放電情況下減小它的IC的功耗可使該便攜裝置工作時間更長。
另外，在沒有機械散熱片或散熱器以及可以容易地用在一臺面或架裝式計算機系統(tǒng)的風扇來輔助散熱的情況下，便攜裝置通常必須耗散它的各個元器件的熱量。當在便攜裝置中的IC的功耗小時，它工作在低溫狀態(tài)。在計算裝置中溫度升高可使它的元器件工作不可靠或使其壽命減短。
由IC所損耗的功率可通過降低它的工作速率來減小。對于使用支配商用IC制造的CMOS技術的制造的IC，IC功耗正比于它的時鐘速率和它的工作電壓。如果時鐘速率或者電壓降低，則該功耗減小。除非在該制造技術中進行了補償改進，否則降低該電壓還需降低該時鐘速率。
由于通常執(zhí)行一特定操作需要一固定的時鐘周期數(shù)，所以降低時鐘速率來減小IC功耗也帶來性能下降的遺憾。因此，存在降低IC功耗而不使它的性能下降的需求。
對于許多復雜的IC來說，隨著它們所執(zhí)行的任務功耗的變化范圍很寬。如在該IC中從1變?yōu)?或者從0變?yōu)?的電路節(jié)點越多，則功耗就越大。因此為了規(guī)定一特定IC的典型功耗，必須規(guī)定構成它的典型使用的工作順序基準。由于計算裝置設計成交互使用方式，要花費大量時間等待用戶輸入，所以這種基準很可能包括空閑時間量基準。一旦這種適合典型操作的基準被規(guī)定，則可測量或估算執(zhí)行這些操作中的IC的功耗。這種典型的功耗值例如在對正常使用下的便攜計算裝置的電池壽命進行估算是有用的。
最好是在功能單元中的IC在一特定的工作順序期間不被使用而在功能單元中減少或限制節(jié)點轉變來減小IC所消耗的功率。如果當它們未被使用時IC關閉功能單元，則典型功耗可明顯減小而對性能只有很小或甚至沒有影響。
但是，關閉功能單元很可能使得最壞情況的功耗受到一點沖擊，當IC執(zhí)行利用IC中很多功能單元的操作序列時這種情況經(jīng)常會發(fā)生。最壞情況功耗有可能比典型功耗明顯地要高。
一個IC中的特定功能單元或邏輯塊經(jīng)常被識別出它消耗了不成比例的IC功率份額，例如在一微處理器中執(zhí)行浮點算術運算的電路就是如此。如果它不被調(diào)用去執(zhí)行多個浮點運算則由微處理器所消耗的功率明顯降低。
微處理器的最壞情況功耗可能包括在數(shù)據(jù)值操作的浮點運算序列選擇了從1到0或從0到1轉變的最大量節(jié)點，并且使用在該微處理器中的高速緩沖存貯器反復執(zhí)行浮點運算而避免對主存貯器讀或?qū)懙那闆r。因此，如果根據(jù)所予示的將要進行的一轉移操作的那種方式該微處理器執(zhí)行即將到來的推理評價操作，則隨著用于該微處理器的予示是準確的轉移操作的百分比的增加功耗也隨之增加。這是因為一不準確的予示充溢該指令執(zhí)行流水線，因而剩余一些空閑功能單元作為該流水線的新補充。
該系統(tǒng)的設計者在使用該IC時必須知道由該IC所消耗的最大功率將是針對任何可能的操作序列的。為了使得包含有一IC的系統(tǒng)做得堅固耐用，必須了解和規(guī)定該IC的最大的最壞情況功率。為了可靠性目的、為了熱耗散目的和為了電源容量目的降低IC的最壞情況功耗是非常重要的。因此，存在有一降低IC的最壞情況功耗而不致其性能下降的需求。
如上所述，一操作序列的最壞情況對于估價用于上述目的的最壞情況功耗是重要的。但是這樣的一序列可認為是人為的，即它可以不是一微處理器的實際應用。例如，在評價在一便攜計算裝置中所使用的頻繁使用浮點運算的一微處理中，人為地使用一基于多次浮點運算的最壞情況功率序列。在以最大速率執(zhí)行長序列的浮點算術運算的便攜計算裝置的典型應用中它可能是不重要的。
如果保持典型操作性能，為了減小功率，調(diào)回少量典型或人工操作順序的性能是可接受的。因此，存在有減小IC的最壞情況功耗而不降低用于正常應用的性能的需求。
發(fā)明概述一種用于控制IC內(nèi)功耗的新方法和裝置減少了最壞情況功耗而基本上沒有降低一般應用的性能。最壞情況功耗是通過將高功率操作的長持續(xù)序列的活動級向下調(diào)節(jié)來降低的。
在任何IC中，許多特定功能單元所消耗的功率可以是無規(guī)律的。例如，浮點算術運算單元和高速緩沖存貯器是一微處理器IC中二種類型的功能單元，可消耗基本相同的功率量。本發(fā)明允許IC設計者將所設計的IC中許多這種高功率功能單元視為相同的，并且在它自己的功率控制器控制之下安置每一單元。另外，本發(fā)明允許IC設計者在一總功率控制器的控制之下將它們設計的IC作為一整體來安置。在一微處理器IC的情況中，功耗作為一整體通過降低該指令退出速率或指令發(fā)出速率可有效調(diào)節(jié)該功耗。
在一實施例中，該功率控制器包括一有效監(jiān)視器和一模式控制器。該有效監(jiān)視器跟蹤該IC中一特定功能單元的最近利用電平，其中例如計算它的最近工作歷史的平均工作周期。如果該有效電平大于一閾值，則該模式控制器接通該功能單元以工作在降低功率模式。該閾值設置得足夠大以允許出現(xiàn)高利用的短脈沖串而不影響性能。
本發(fā)明的實施例對所設計的IC僅增加了有限的成本和復雜性，例如，一些控制每一功能單元的控制電路和一增減計數(shù)器。另一方面，為了監(jiān)視不同功能單元的利用、為了降低它們消耗的功率和為了設置它們的調(diào)節(jié)參量本發(fā)明適應包含一寬的各種技術的情況。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在一系統(tǒng)中的一IC或多個IC中的多個功能單元中本發(fā)明的動態(tài)功率/速率折衷方案可為最佳化。本發(fā)明包括最佳方案，其中由一特定功能單元所消耗的最大功率可根據(jù)在相同IC或相同系統(tǒng)中其它IC在另一處所消耗的功率來增大或減小。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明的動態(tài)功率/速率折衷方案可由諸如在系統(tǒng)引導程序時間執(zhí)行的平臺軟件、或操作系統(tǒng)軟件或甚至可能為應用軟件之類的軟件所控制。
附圖簡要說明本發(fā)明按下面附圖予以說明，為了清楚將已知電路表示為框圖形式。這些附圖和后面的說明是為了解釋和為了有助于讀者了解，但本發(fā)明決不限于這里所給出的最佳實施例和設計。


圖1(a)示出了本發(fā)明邏輯電路的框圖；圖1(b)示出了根據(jù)本發(fā)明的一功能單元從它的正常模式或狀態(tài)向它的減小功率狀態(tài)以及從減小功率模式到它的正常模式變換的一狀態(tài)圖；圖2示出了在本發(fā)明的一實施例中在一浮點功能單元中實施一50％最大可承受工作周期的邏輯電路的框圖；圖3示出了在本發(fā)明的一實施例中在一高速緩沖存貯器中實施一可編程最大可承受工作周期的邏輯電路框圖；圖4示出了在本發(fā)明的一實施例中根據(jù)該數(shù)據(jù)高速緩沖存貯器的最近利用電平。
圖5示出了在本發(fā)明的一實施例中一功率協(xié)調(diào)程序讀取一IC中的各個功能單元的有效電平并且根據(jù)這些有效電平改變其它功能單元的調(diào)節(jié)參量以動態(tài)地最佳化該功率/速率折衷方案的邏輯電路的框圖。本發(fā)明的詳細說明概述本發(fā)明允許一IC當它的最近利用超過一可承受值時通過調(diào)節(jié)返回一功能單元的性能而在高速操作和低速操作之間動態(tài)折衷。因此，本發(fā)明允許該IC動態(tài)地調(diào)節(jié)返回操作順序的最大最壞情況功耗的執(zhí)行速率，從而不超過所允許的最壞情況功耗，因此避免了穩(wěn)定性、熱耗散或電源問題。
同時，這種現(xiàn)實的操作順序的調(diào)節(jié)使任何性能影響降至最小程序。這種功率降低是以不會對典型工作的IC的性能產(chǎn)生實質(zhì)性影響的方式來進行的。本發(fā)明提供的局域控制和閾值值使性能影響達到最低。另外，對于本發(fā)明做了調(diào)節(jié)的這些操作順序來說，該性能影響是可予測和可重復的。
一IC的用途并不是高性能地進行某種人為的、不真實的最大最壞情況功耗操作順序的運行。相反，它是高性能地進行真實的或典型的操作順序。在某些情況中，在這種典型的最壞情況功耗和人為的最壞情況功耗之間在功耗方面可以存在有實質(zhì)的差別。根據(jù)設計的人為的最壞情況功耗和它的典型最壞情況功耗之間的差數(shù)增添了本發(fā)明對一特定IC設計的效果。
查看典型最壞情況功耗的最佳方式是查看通常用來執(zhí)行實際工作并從這些順序之中識別最大功耗的該特定順序的真實操作順序。這種一順序可以通過以各種流行軟件程序畫出操作順序的功耗的輪廓圖來確定，并且從這些順序之中選擇具有最高功耗的順序。
根據(jù)本發(fā)明，對于比一閾值要長的保持高功率功能單元的人為操作順序是以低功率模式執(zhí)行的。因此，本發(fā)明防止了IC消耗的功率超過它的規(guī)定的最大值而不考慮它所執(zhí)行的操作順序。在通過導致過量功耗可能故意試圖損壞微處理器IC或包括有該微處理器的系統(tǒng)的諸如病毒之類惡意軟件的情況下這是很關鍵的。
本發(fā)明不依賴于通過降低電壓和/或時鐘速率來降低總的功耗的技術。它可以連同這種方法使用，或者替代這種方法。例如，一IC除了在這個速率超過最壞情況功耗之外還工作在100MHz時，則(i)該時鐘速率將降低以減小最壞情況功耗；(ii)將使用本發(fā)明以減小最壞情況功耗；或(iii)將使用這二種技術的組合。對于某些限制功率的設計，使用本發(fā)明不管一特定目標時鐘差別如何都可滿足。
圖1(a)是本發(fā)明一實施例的框圖。功能單元105向有效監(jiān)視器106提供當前有效信息108。當前有效信息108表明功能單元105當前執(zhí)行的是什么任務或操作，或者指明當前它是空閑的。根據(jù)這個當前有效信息108，有效監(jiān)視器106產(chǎn)生活動級109，并將它提供給模式控制器107。活動級109可以是一數(shù)、每一個指明該活動級是在一所規(guī)定范圍內(nèi)的一組信號或甚至是一單個比特。根據(jù)活動級109，模式控制器107產(chǎn)生模式控制信號110，該信號被加到功能單元單元105。
模式控制器107在一正常工作模式101(通常具有高性能和高功耗的工作模式)和一降低功率模式102(通常具有較低性能和較低功耗的模式)之間轉換功能單元105。
有效監(jiān)視器106通過活動級109監(jiān)視功能單元105的最近利用?；顒蛹?09可以是由功能單元105產(chǎn)生的一特定信號，或者它可以僅僅是功能單元105接收和響應的指令。監(jiān)視該最近利用可以包括例如計算在整個前面千余周期的該功能單元的平均空閑周期。如果這個活動級超過一閾值，則模式控制器107將功能單元105置于降低功率模式。另外，如果它期望監(jiān)視一IC的整個功耗，則它的襯底溫度可被測量并且這個值用作本發(fā)明的活動級。
圖1(b)是本發(fā)明操作的一狀態(tài)轉換圖。它示出了模式控制器107如何使得功能單元105在正常模式101和降低功率模式102之間轉換。當該功能單元是正常模式101并且該最近利用大于該閾值時，則出現(xiàn)轉換103，在該轉換103中模式控制器將該功能單元置于降低功率模式102。類似地，當在降低功率模式102中并且最近利用小于該閾值時，則該模式控制器獲取轉換104以恢復它控制的該功能單元為正常模式101。
最好是，該閾值值是根據(jù)在設計這個特定IC中所使用的畫出的真實最壞情況功耗基準的輪廓來設置的。該閾值最好設置得足夠大，以使在這個基準中所現(xiàn)的所有或大多數(shù)高有效脈沖都比這個閾值要短，因而可以在很少或沒有調(diào)節(jié)情況下被快速執(zhí)行。
在熱耗散是多少功率可被消耗的主要決定因素的情況中，該閾值可以是在100,000次操作的量級。從熱量的觀點來看在一毫秒(1ms)的功耗中的一尖峰信號是可容忍的。如果該IC被定時在100MHz，則1ms尖峰信號是100,000個時鐘周期。可以在100,000個時鐘周期的高功率脈沖中執(zhí)行高速計算的一實質(zhì)的數(shù)量。因此，本發(fā)明允許高有效的脈沖串，除非它們的持續(xù)時間超過該閾值。監(jiān)視利用的可選擇設計方案本發(fā)明在包含很寬的用于監(jiān)控活動級的方法和裝置范圍內(nèi)都是適應的。這些設計替換物的范圍是從非常簡單的替換物到極復雜的替換物。事實上，每一功能單元可由一不同的監(jiān)視技術所控制以得到最佳的適配。
一特別簡單的監(jiān)視技術是使用一增/減計數(shù)器作為一活動級寄存器，其內(nèi)容指明了被監(jiān)視的該功能單元的當前利用。在一簡單的執(zhí)行過程中，該功能單元是有效的則在每一時鐘周期期間該增/減計數(shù)器的內(nèi)容遞增1而該功能單元是無效的則對于每一時鐘周期該增/減計數(shù)器遞減1。稍復雜的設計替換物不是針對每一時鐘周期遞增或遞減，而相反一旦該功能單元執(zhí)行每一復雜操作并且對于每一相應的周期而遞減則該功能單元是無效的。另一設計替換物是對于該有效監(jiān)視器由除1之外的值遞增、由除1之外的值遞減或二者均有。
如果在每一有效周期期間該活動級寄存器的內(nèi)容被增加的值等于在每一無效周期期間該活動級寄存器被減小的值，則該有效監(jiān)視器實施百分之五十(50％)的一最大可維持工作周期的操作。在一增/減計數(shù)器執(zhí)行過程中，必須注意的是該活動級寄存器的內(nèi)容決不能低于0，或者換句話說一頁數(shù)作為該活動級寄存器中的值不同于在其中該值在正方向上變得過大的roll-over條件。
該活動級寄存器的當前值再與一閾值相比較。該閾值與最大可維持工作周期無關。它被設置得足夠的大從而使高有效的短脈沖串可以最大限度速度執(zhí)行。最好是，該閾值通過畫出被選擇作為真實的最壞情況功耗基準的操作順序的輪廓來設置。該閾值可以是在它的速率沒有向下調(diào)節(jié)的情況下限制該功能單元不超過該速率的思想。類似地，該活動級寄存器的當前值可以是它的當前功率缺乏的思想。
如果期望除百分之五十(50％)之外的最大可維持工作周期，則它必須使活動增量值不同于無效減量值。例如，增量值為2和減量值為1產(chǎn)生百分之三十三(33％)最大可維持工作周期。該可維持工作周期由公式1得到公式1SDC＝ID/(ID+AI)SDC表示可維持工作周期，A1表示活動增量數(shù)和ID表示無效減量數(shù)。在公式1中，A1和ID均為正表示實際使用的增量值和減量值的絕對值。最好是該活動增量值為正而無效減量值為負。
如果活動增量A1值選擇為1，則可以是有效的該功能單元的連續(xù)周期的最大值等于該閾值。通常，最大脈沖長度由公式2給出公式2MBL＝TH/AIMBL表示在該最大脈沖長度中的功能單元周期數(shù)和TH表示用來與該當前有效值相比較的閾值。
更加復雜的有效監(jiān)視方案都可能在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如由一相關特定有效增益的有效監(jiān)視器可執(zhí)行監(jiān)視要求的該功能單元的操作類型帶有每一可能的操作類型。在這種方案中，該活動級寄存器的內(nèi)容可僅僅以一固定比率減量。減少功率的可選擇設計方案本發(fā)明在包含用來降低它所控制的功能單元的功率的一寬的設計變化范圍內(nèi)是適應的。這些設計變化可以是從很簡單到極復雜的范圍。事實上，每一功能單元可由一不同的功率減小技術來控制以得到最大的適配。
一減小由該功能單元消耗的功率的最簡單的方法是減小它的時鐘速率。這可通過將正常接收的該時鐘以2分隔，或者通過每隔一個時鐘脈沖去掉一個時鐘脈沖來實施。在最大可維持工作周期是50％的情況中，當該閾值被迫使超過這個最大工作周期時提供給該功能單元的時鐘被2分割。另外，該時鐘速率可由一除2之外的系數(shù)來降低。
許多IC在內(nèi)部保持有高速緩沖存貯器，因此可迅速評定在某些外部存貯器類型中可利用在較低速率的數(shù)據(jù)的拷貝。使用高速緩沖存貯器是為了性能的原因。從一在芯片上的高速緩沖存貯器中訪問該信息比從在IC外部的一裝置對該信息的訪問的延遲要小很多。
高速緩沖存貯器是IC中功率的主要的消耗者。因此，安置在芯片上的高速緩沖存貯器最好是在本發(fā)明的控制之下。當由于該高速緩沖存貯器的最大可維持工作周期被超過而必須降低功耗時，一個簡單的方案是實施對外部存貯器的訪問(即使該數(shù)據(jù)的拷貝是出現(xiàn)在單片高速緩沖存貯器中也是如此)。
本領域的普通技術人員應當清楚，一IC可以具有另外的在芯片上的功能單元，這些功能可由不在芯片上的電路以較低速率來執(zhí)行。這就存在用作高速緩沖存貯器的用于相同功率降低技術的選擇物，即，當需要降低在芯片上的功耗時利用不在芯片上的電路來執(zhí)行該操作。
在很少的有效利用成本的情況中包括在一IC的二種完成一特定功能單元的實施，一種是高速率和高功率，另一種是低速率和低功率。在這種情況中，本發(fā)明的模式控制器根據(jù)該功能單元的當前利用和它的閾值參量的當前值來選擇使用哪一種。
在一執(zhí)行推理指令的微處理器的情況中，這些指令通過予先處理將接收(或?qū)⒉唤邮?的一有條件的轉移指令的指令評價流水線而被啟動。如果有關是否接受了該轉移的予測是正確的，則完成了一重要的性能加速。但是有時該轉移予測出現(xiàn)了錯誤并且很快就知道，則該推理評價的結果被丟棄并且通過該指令評價流水線啟動正確指令。對于一微處理器執(zhí)行推理指令的一優(yōu)選降低功率模式可執(zhí)行降低或消除推理指令的消除。
推理操作的另一例子是高速緩沖存貯器予取。許多IC具有予先處理按順序訪問的指令或數(shù)據(jù)存貯器的在芯片上的高速緩沖存貯器。為了提高性能，它們予取該指令或數(shù)據(jù)高速緩沖存貯器鄰近于當前請求的指令或數(shù)據(jù)地址的某些字數(shù)。用于一高速緩沖存貯器的優(yōu)選降低功率模式可包括禁它的推理予取的部分或全部。通常，用于任何功能單元的一優(yōu)選的降低功率模式可降低或消除它的推理有效性。利用增/減計數(shù)器控制浮點算術單元圖2示出了本發(fā)明的在浮點單元206中實施百分之五十(50％)的一最大可維持工作周期的一實施例。在它的正常操作模式中，多路轉換器203將系統(tǒng)時鐘201傳送給浮點單元206的時鐘輸入端。在它的降低功率模式中，多路轉換器203將除二電路的輸出傳送給浮點單元206的時鐘輸入端，因此將它的速率和功耗分為兩半。
浮點單元206將有效信號207提供給增/減計數(shù)器205的增/減控制輸入端。對于每一系統(tǒng)時鐘201的周期并且有效信號207為真時，增/減計數(shù)器205的內(nèi)容遞增1。對于每一系統(tǒng)時鐘201的周期并且有效信號207為假時，增/減計數(shù)器205的內(nèi)容遞減1。如果遞減使得它的內(nèi)容降低為0時，則增/減計數(shù)器205在0處中止。
多路轉換器203的選擇輸入端由來自增/減計數(shù)器205的最高有效位輸出204驅(qū)動。該位提供反饋以控制本發(fā)明所置的浮點單元206是否進入降低功率模式。因此在這個實施例中，該閾值被予置并且必須是2的某次冪。使用2的哪次冪是由在增/減計器205中的位數(shù)來選擇的。當增/減計數(shù)器205的內(nèi)容足夠地大它的最高有效位為1時，則進入降低功率模式并且多路轉換器203選擇除2電路202的輸出以計時浮點單元206。
在降低功率模式期間，即在最高有效位204為1的期間，在實施百分之五十(50％)最大工作周期有效的一半頻率處對浮點單元206計時。在這期間，對于系統(tǒng)時鐘201的每隔一周期浮點單元有效信號207為真。
在本發(fā)明的這個實施例中所使用的增量幅值和減量幅值是相等的；也就是增/減計數(shù)器205的內(nèi)容不是遞增1就是遞減1。因此，允許用于浮點單元206的最大可維持工作周期為50％。因而，如果由IC所執(zhí)行的操作順序為了長于由該予置閾值允許的脈沖而試圖維持大于50％的一浮點工作周期時，則該浮點單元的性能被下調(diào)以停留在50％工作周期之內(nèi)。用可編程有效監(jiān)視器控制高速緩沖存貯器圖3示出了本發(fā)明的一實施例，在該實施例中一高速緩沖存貯器的功耗以一可編程方法所控制。本發(fā)明的這個實施例中該有效監(jiān)視器有如下功能來自在芯片上的高速緩沖存貯器的高速緩沖存貯器有效信號316被提供給多路轉換器307的選擇輸入端。根據(jù)高速緩沖存貯器的當前狀態(tài)，在活動增量寄存器304中的值或在無效減量寄存器305中的值作為所呈現(xiàn)的第一操作數(shù)輸入到加法器308中。從活動級寄存器309的當前值所提供的第二操作數(shù)輸入到加法器308。加法器308將這二個輸入的操作數(shù)的值相加并且將相加結果作為新的當前值提供給活動級寄存器309并存貯在其中。
在本發(fā)明的這個實施例中的模式控制器有如下功能不可利用高速緩沖存貯器控制信號312是比較器確定活動級寄存器309的內(nèi)容大于閾值寄存器306的內(nèi)容的結果。當它斷言為不可利用高速緩沖存貯器控制信號312時，該高速緩沖存貯器進入它的降低功率模式，即，拒絕對它的訪問。當高速緩沖存貯器不可利用312被確定時如果試圖涉及該高速緩沖存貯器則最好是迫使該處理器進入空閑或等待狀態(tài)。
在閾值寄存器306、無效減量寄存器305和有效增益寄存器304中的值可由圖3中未示出的各種機構進行可編程。這些值是與被控制的功能單元相關聯(lián)的調(diào)節(jié)參量。在活動增量寄存器304和無效減量寄存器中的值必須是相反符號的值一—一個值必須為正而另一值為負。
如像結合圖1進行的上述說明，可對活動增量寄存器304和無效減量寄存器305的值進行選擇以在該在芯片上的高速緩沖存貯器實施寬范圍的最大工作周期。另外，閾值寄存器306的值可被編程以改變高速緩沖存貯器的脈沖的最大持續(xù)時間。這就使得在需要高速緩沖存貯器訪問的脈沖—至少這些脈沖是在可允許功耗限制之內(nèi)的持續(xù)時間的操作順序是高性能的。編程能力的可選擇設計方案本發(fā)明在包括用于與一特定功能單元，即閾值寄存器306、無效減量寄存器305和活動增量寄存器304的相關調(diào)節(jié)參量的內(nèi)容編碼或設置的一寬的設計替換范圍中是適應的。它們可以是通過改變一個或二個用來制造該IC的掩模層編程為如像只讀存貯器(ROM)的所期望值的只讀值。它們可以是通過諸如燒斷用于每一位的可熔斷線之類的一次只寫處理編程如像一可編程只讀存貯器(PROM)的可編程只讀值。這些設計替換允許具有不同功耗和性能規(guī)格的不同型式IC。
另外，對該調(diào)節(jié)參量值的編程可以在軟件控制下進行——或者在系統(tǒng)引導程序或上電自檢驗(POST)時間在平臺軟件或基本輸入/輸出系統(tǒng)(BIOS)的控制下、或者動態(tài)地在操作系統(tǒng)的控制之下、或者也許在通過應用軟件有限的動態(tài)控制之下。如果在系統(tǒng)引導程序時間被編程，則選擇的值反映在所使用的IC中該系統(tǒng)的電源和熱耗散特性。例如，相對于一臺式裝置一例便攜裝置可使用基本不同的值。如果由應用軟件來編程，則選擇的值可反映在浮點操作中該軟件將它本身功耗置為豐富而在高速緩沖存貯器訪問中置為貪乏，或反之亦然。最好是該硬件被強制在由軟件所設置的任何調(diào)節(jié)參量上，從而將整個功耗保持在技術要求范圍之內(nèi)，例如對一參量的增加可能迫使另一參量自動減小。
另外，如下所述那樣作為穿越多個功能單的協(xié)調(diào)功耗的部分隨著IC工作該值可自動地變化。在這種情況下，活動級寄存器309的當前值可認為是可被降低以給出它的相關功能單元一次性能升高的值或者是可被增加以給出它一在功耗方面暫時限制的值。協(xié)調(diào)越過多個功能單元的功耗圖4是本發(fā)明一實施例的框圖，用于一包括有一數(shù)據(jù)高速緩沖存貯器和一指令高速緩沖存貯器的微處理器或另一IC，將執(zhí)行的推理予取到該指令高速緩沖存貯器中，并且根據(jù)數(shù)據(jù)高速緩沖存貯器的最近利用禁止指令高速存貯器予取推理。
活動級監(jiān)視器和模式控制器在對一數(shù)據(jù)高速緩沖存貯器(未示出)的訪問中實施一最大可維持工作周期。框和信號301至316與圖3相應標號的框和信號的功能是相同的。因此，當用于數(shù)據(jù)高速緩沖存貯器訪問的最大可維持工作周期大于閾值持續(xù)時間時，則進入降低功率模式并且如果它試圖涉及該數(shù)據(jù)高速緩沖存貯器時該處理器可對一周期或更多周期為空閑。
另外，比較器402將在活動級寄存器309中的當前值與在予取閾值寄存器401中的值進行比較。根據(jù)比較結果，如果活動級超過這個閾值則產(chǎn)生控制信號調(diào)節(jié)指令高速緩沖存貯器予取403。這個控制信號限制推理予取到指令高速緩沖存貯器(未示出)，即，它禁止所有的予取或者至少降低了它的速率。
本實施例的前提是只要在該數(shù)據(jù)高速緩沖存貯器中的活動級低于一閾值，則將執(zhí)行將推理予取到指令高速緩沖存貯器中。它們可以快速執(zhí)行并且在功耗方面它們通常是可承受的。但是如果數(shù)據(jù)高速緩沖存貯器活動級超過這個閾值，則將不執(zhí)行將推理予取到指令高速緩沖存貯器。它們損耗的功率通常是不可承受的。另外，當在一特定操作順序中碰巧該指令訪問是不按順序時由于推理予取沒有好處，所以高速執(zhí)行將使性能處于邊緣狀態(tài)。
圖5示出了本發(fā)明一實施例的框圖，它包括一功率協(xié)調(diào)器，用來在多個功能單元之間動態(tài)地使由本發(fā)明所允許的功率/速率折衷方案最佳化。通常，功率協(xié)調(diào)器503可以讀取與在集成電路#1內(nèi)的一個或多個功能單元501相關的活動級并且改變它的調(diào)節(jié)參量，即它們的相關的有效增益、無效減量、閾值或活動級值。
集成電路#1可以包括多個另外的功能單元，例如功能單元#4，它的功耗不被監(jiān)視——也許因為它是恒定的、或比較小、或者它是被調(diào)節(jié)的最佳功能單元。一具有最小性能影響的高功率功能單元可能是對于調(diào)節(jié)為第一功能單元的最佳的選擇物。
集成電路#1可以包括多個另外的功能單元，例如功能單元#3，它的功耗不被監(jiān)視——也許因為其功耗相對地小、或不存在有用來控制它的功耗的的有效利用成本的技術、或者存在降低它的功耗而對性能有實質(zhì)影響而使它不可能用于這種控制的選擇物。
根據(jù)任何一個或所有的被監(jiān)視的功能單元，功率協(xié)調(diào)器503可以改變與一特定單元501相關的活動增量和/或無效減量。
類似地，功率協(xié)調(diào)器503可以改變與一特定功能單元501相關的閾值。這樣做可允許在該特定功能單元中的較長的高有效的脈沖串。另外，如在上面結合圖2所討論的那樣，為了保持最大高功率脈沖長度恒定，這樣做改變了這些單元的活動增量值。
類似地，功率協(xié)調(diào)器503可以改變與一特定功能單元501相關的當前活動級，因而給出該功能單元一次性能提升或功率回縮。
如圖5所示IC#1，功能單元#1和#2具有一相關的有效監(jiān)視器和模式控制器502。功能單元#3具有一相關的有效監(jiān)視器504，但沒有模式控制器。功能單元#4具有一相應的模式控制器505，但沒有有效監(jiān)視器。有效監(jiān)視器和模式控制器502、有效監(jiān)視器504和模式控制器505是不同類型的本地功率控制器，它們的操作是通過功率協(xié)調(diào)器503改變它的調(diào)節(jié)參量而協(xié)調(diào)的。
例如，功能單元#1可以是一指令高速緩沖存貯器和功能單元#2可以是一數(shù)據(jù)高速緩沖器，每一個都與類似于圖3所示的有效監(jiān)視器和功率控制器相關。功能單元#3可以是一浮點算術運算單元。功能單元#4是如圖4所討論的執(zhí)行指令高速緩沖存貯器予取的單元。
在這個例子中，根據(jù)總的當前活動級值是否是在每一有效監(jiān)視器和模式控制器502中并每一有效監(jiān)視器504是否超過一閾值，功率協(xié)調(diào)器503可調(diào)節(jié)或禁止指令高速緩沖存貯器予取。因為與另外的功能單元相比該性能的損失要較小，所以假定這里推理指令取出是向下調(diào)節(jié)的第一有效。
另外在這個例子中，根據(jù)與浮點功能單元#3相關的當前有效值是否超過一閾值，功率協(xié)調(diào)器503可以提高或降低用于每一指令高速緩沖存貯器功能單元#1和數(shù)據(jù)高速緩沖存貯器功能單元#2的最大可維持工作周期。因為與在該高速緩沖存貯器的最大工作周期通過反饋所付出的代價相比性能的損失較大，所以這里假定浮點功能單元#3不再被調(diào)節(jié)。在實際中對于執(zhí)行某些類型應用的構成來說這個假設是正確的，而對其它構成或應用類型來說它將用另外的相反的方式。本發(fā)明的監(jiān)視和控制方案足以適應容納這種變化的一寬的范圍。
另外在這個例子中，根據(jù)與另外高速緩沖存貯器相關的該當前活動級是否超過一閾值，功率協(xié)調(diào)器503可提高或降低用于該指令高速緩沖存貯器功能單元#1和數(shù)據(jù)高速緩沖存貯器功能單元#2的最大可維持工作周期。這里假定如果該單元是相對地無效，則在另一單元中可提供較高的可維持工作周期。
有關對于在最壞情況功率保存的最佳性能的最佳技術的這些和任何其它假設的正確性最好是通過如上所述那樣畫出真實的最壞情況功率基準的輪廓來確定。根據(jù)這樣畫出的輪廓，可在由本發(fā)明所控制的每一功能單元的正常模式和降低功率模式之間進行估價和性能折衷。每一個這樣的假設都可以通過對真實的最壞情況功率基準的模擬而得以證實。
在圖5中還示出了系統(tǒng)功率協(xié)調(diào)器506和集成電路#2，示出了本發(fā)明的動態(tài)功率/速率折衷方案如何分層地延伸到多個IC系統(tǒng)。每一集成電路500都向系統(tǒng)功率協(xié)調(diào)器506提供功耗信息507。系統(tǒng)功率協(xié)調(diào)器506向每一集成電路500提供功耗指令507。在系統(tǒng)功率協(xié)調(diào)器506和每一功率協(xié)調(diào)器503之間可能有相互影響，其中每一IC500在功率協(xié)調(diào)器503和有效監(jiān)視器/模式控制器502、504和505之間有類似于上述的相互影響。
例如，個人計算機系統(tǒng)可以包括有一微處理器IC和一個或多個外圍控制器IC——一顯示控制器IC、一調(diào)制解調(diào)通信IC、一盤控制器IC等。根據(jù)外圍控制器IC的最近利用該系統(tǒng)功率協(xié)調(diào)器可對微處理器當前消耗的功率升高或降低。
本發(fā)明的最佳實施例和各種變化的實施例以及各種設計方案。盡管如此，在不違背本發(fā)明的精神和范圍或下面權利要求的前提下可作各種形式和細節(jié)的變化。
權利要求書按照條約第19條的修改1、一種具有被控制功耗的微處理器，包括一用來存貯動態(tài)可變化有效閾值的存貯單元；一在正常模式和降低功率模式中可進行浮點算術運算的浮點單元；一耦合到所述浮點單元可對所述浮點單元的利用進行監(jiān)視的有效監(jiān)視器；和一耦合到所述存貯單元和所述有效監(jiān)視器、當所述利用大于所述有效閾值時可將所述存貯單元有效地置于所述降低功率模式的模式控制器。
2、如權利要求1的微處理器，其特征在于進一步包括一耦合到所述浮點單元、并響應于來自所述模式控制器的一功率降低信號當所述浮點單元是在所述降低功率模式時降低在被計時的所述浮點單元的速率的單元。
3、一種具有被控制功耗的微處理器，其特征在于包括一存貯一動態(tài)可變閾值的有效閾值存貯器；一用于將也存貯在一外部存貯器中的信息存貯起來和可工作在一正常模式和一降低功率模式的高速緩沖存貯器；一耦合到所述高速緩沖存貯器用于降低一指示所述高速緩沖存貯器的利用的活動級的有效監(jiān)視器；和一耦合到所述有效閾值存貯器和所述有效監(jiān)視器、用來當所述活動級大于所述有效閾值時將所述高速緩沖存貯器置于所述降低功率模式的模式控制器。
4、如權利要求3的微處理器，其特征在于進一步包括一耦合到所述高速緩沖存貯器、并且響應于來自所述模式控制器的功率降低信號、當所述高速緩沖存貯器是在所述降低功率模式時用來訪問所述外部存貯器的單元。
5、如權利要求3的微處理器，其特征在于進一步包括一耦合到所述高速緩沖存貯器并且響應于來自所述模式控制器的功率降低信號當所述高速緩沖存貯器是在所述降低功率模式時用來將所述信息的予取調(diào)節(jié)到所述高速緩沖存貯器中的單元。
6、如權利要求3的微處理器，其特征在于所述被存貯的信息包括指令，并且所述微處理器進一步包括
一耦合到所述高速緩沖存貯器的用來執(zhí)行所述指令的指令執(zhí)行單元。
7、如權利要求3的微處理器，其特征在于所述存貯的信息包括數(shù)據(jù)，并且所述微處理器進一步包括一耦合到所述高速緩沖存貯器用來對所述數(shù)據(jù)執(zhí)行運算的數(shù)據(jù)運算單元。
8、一種具有被控制功耗的微處理器，包括一數(shù)據(jù)運算單元，用來對存貯在一外部存貯器的數(shù)據(jù)執(zhí)行運算；一數(shù)據(jù)高速緩沖存貯器，與所述數(shù)據(jù)運算單元和所述外部存貯器相耦合，用來存貯所述數(shù)據(jù)；一有效監(jiān)視器，耦合到所述數(shù)據(jù)高速緩沖存貯器，用來指明所述數(shù)據(jù)高速緩沖存貯器的最近利用；一指令執(zhí)行單元，用來執(zhí)行來自所述外部存貯器的指令；一指令高速緩沖存貯器，耦合到所述指令執(zhí)行單元和所述外部存貯器，用來存貯所述指令和可工作在一正常模式和一降低功率模式；和一模式控制器，耦合到所述指令高速緩沖存貯器和所述有效監(jiān)視器，當所述最近利用大于一閾值時用來將所述指令高速緩沖存貯器置于降低功率模式。
9、一種具有被控制功耗的微處理器，包括一指令執(zhí)行單元，用來推理地執(zhí)行指令；一有效監(jiān)視器，耦合到所述指令執(zhí)行單元，用來指明所述指令執(zhí)行單元的最近利用；和一模式控制器，耦合到所述指令執(zhí)行單元和所述有效監(jiān)視器，用來當所述最近利用大于一閾值時調(diào)節(jié)所述推理指令執(zhí)行，并且不調(diào)節(jié)非推理指令執(zhí)行。
10、一具有被控制功耗的IC，包括一可工作在一正常模式和一降低功率模式的功能單元；一有效監(jiān)視器，耦合到所述功能單元，用來指明所述功能單元的利用；和一模式控制器，耦合到所述功能單元和所述有效監(jiān)視器，用來當所述利用大于一閾值時將所述功能單元置于所述降低功率模式，所述閾值由與所述功能單元相關的調(diào)節(jié)參量所指明，所述調(diào)節(jié)參量動態(tài)調(diào)整以改變所述閾值。
11、如權利要求10的IC，其特征在于進一步包括一耦合到所述功能單元、并響應于所述模式控制器的單元，當所述功能單元處在所述降低功率模式時用來降低被計時的所述功能單元的速率。
12、如權利要求10的IC，其特征在于所述功能單元包括存貯在一外部存貯器中已被存貯信息的高速緩沖存貯器，并且所述IC進一步包括一耦合到所述功能單元、并且響應于所述模式控制器的單元，用來當所述功能單元處在所述降低功率模式時用來訪問外部存貯器。
13、如權利要求10的IC，其特征在于所述功能單元包括一存貯來自一外部存貯器的信息的高速緩沖存貯器，并且所述IC進一步包括一耦合到所述功能單元并且響應于所述模式控制器的單元，用來在所述功能單元處在所述降低功率模式時將從所述外部存貯器的予取調(diào)節(jié)到所述高速緩沖存貯器中。
14、如權利要求10的IC，其特征在于所述功能單元可用來執(zhí)行推理操作，并且所述IC進一步包括一耦合到所述功能單元并且響應于所述模式控制器的單元，用來當所述功能單元處在所述降低功率模式時調(diào)節(jié)所述推理操作。
15、如權利要求10的IC，其特征在于所述功能單元可工作在周期狀態(tài)；和所述有效監(jiān)視器通過由用于所述功能單元處在有效狀態(tài)的每一所述周期的第一數(shù)量所改變的一活動級指明利用和由用于所述功能單元處在無效狀態(tài)的每一所述周期的第二數(shù)量所改變的一活動級指明利用，所述調(diào)節(jié)參量包括所述活動級。
16、如權利要求15的IC，其特征在于進一步包括一用來動態(tài)地改變所述調(diào)節(jié)參量的功率協(xié)調(diào)器。
17、一種具有被控制功耗的集成電路，包括一用來在正常模式和降低功率模式中用來執(zhí)行一功能的功能裝置；一監(jiān)視裝置，耦合到所述功能裝置，用來計算指明所述功能裝置的利用的一活動級；和一控制裝置，耦合到所述功能裝置和所述監(jiān)視轉置，用來當所述活動級大于一預置閾值時將所述功能裝置置為降低功率模式。
18、一種在一集成電路(IC)內(nèi)控制功耗的方法，包括監(jiān)視其有所述IC內(nèi)的一功能單元的利用；動態(tài)調(diào)整與該功能單元相關的一有效閾值；
將所述利用與所述有效閾值相比較；當所述利用小于所述有效閾值時將所述功能單元置為正常模式；和當所述利用大于所述有效閾值時將所述功能單元置為降低功率模式。
19、如權利要求18的方法，其特征在于所述降低功率模式包括降低功能單元計時的速率。
20、如權利要求18的方法，其特征在于所述功能單元包括一高速緩沖存貯器和將所述高速緩沖存貯器置為所述降低功率模式的步驟包括將對該高速緩沖存貯器的訪問轉移到對一外部存貯器的訪問。
21、如權利要求18的方法，其特征在于所述功能單元執(zhí)行推理操作和所述將所述功能單元置為降低功率模式的步驟包括調(diào)節(jié)所述推理操作的執(zhí)行。
22、如權利要求18的方法，其特征在于所述監(jiān)視包括由用于所述功能單元是有效的每一周期的第一數(shù)量改變一活動級和由用于所述功能單元的每一周期是無效的第二數(shù)量改變所述活動級。
23、如權利要求22的方法，其特征在于進一步包括動態(tài)地確定所述第一數(shù)量。
24、如權利要求22的方法，其特征在于進一步包括動態(tài)地確定所述第二數(shù)量。
25、一種具有被控制功耗的集成電路(IC)，包括在所述IC之中的第一功能單元；在所述IC之中的第二功能單元，所述第二功能單元可工作在一正常模式和一降低功率模式，并且具有一涉及第一功能單元的活動級的一活動級；在所述IC之中的一有效監(jiān)視器，耦合到所述第一功能單元，用于產(chǎn)生表示所述第一功能單元的活動級的一活動級；和在所述IC之中的一控制器，耦合到所述第二功能單元和所述有效監(jiān)視器，用來當所述第一功能單元的活動級大于一閾值時將所述第二功能單元置為降低功率模式。
26、一種具有被控制功耗的集成電路(IC)，包括多個功能單元，每一個可工作于正常模式和降低功率模式；多個本地功率控制器，每一個與至少一個所述功能單元相關并且每一個具有調(diào)節(jié)參量，根據(jù)所述調(diào)節(jié)參量的當前值用來控制所述相關功能單元的功耗；和一功率協(xié)調(diào)器，耦合到至少二個所述本地功率控制器，用來讀取在所述被耦合的本地功率控制器的第一本地功率控制器中的調(diào)節(jié)參量，并且基于其用來改變在所述被耦合的本地功率控制器的第二本地功率控制器中的調(diào)節(jié)參量。
27、一種控制一集成電路(IC)的功耗的方法，包括監(jiān)視在所述IC中的第一功能單元的利用以產(chǎn)生第一活動級；和控制在所述IC中的第二功能單元的操作模式，所述第二功能單元具有關于所述第一功能單元的第一活動級的第二活動級，并且當所述第一活動級大于一閾值時將可工作在正常模式和通過將所述第二功能單元置為降低功率模式而工作在降低功率模式。
28、一種控制一集成電路(IC)的功耗的方法，包括根據(jù)一組調(diào)節(jié)參量控制在所述IC中的多個功能單元的工作模式，每一所述功能單元可工作在正常模式和降低功率模式；和通過動態(tài)監(jiān)視和改變所述調(diào)節(jié)參量協(xié)調(diào)所述多個功能單元的功耗。
29、一種具有由一處理器可控制的功耗的集成電路(IC)，包括一可工作在正常模式和降低功率模式的功能單元；一耦合到所述功能單元的具有一調(diào)節(jié)參量的有效監(jiān)視器，用來產(chǎn)生表示所述功能單元的利用的一活動級；一用來存貯一調(diào)節(jié)參量的存貯單元，所述調(diào)節(jié)參量是由所述處理器可動態(tài)地改變；和一耦合到所述功能單元和所述有效存貯器的模式控制器，用來控制響應于所述活動級和所述調(diào)節(jié)參量的所述功能單元的模式。
30、如權利要求29的IC，其特征在于所述指令的出現(xiàn)響應于在所述處理器中所執(zhí)行的平臺軟件。
31、如權利要求29的IC，其特征在于所述指令的出現(xiàn)響應于在所述處理器中所執(zhí)行的操作系統(tǒng)軟件。
32、如權利要求29的IC，其特征在于所述指令的出現(xiàn)響應于在所述處理器中所執(zhí)行的應用軟件。
權利要求
1.一種具有被控制功耗的微處理器，包括一在正常模式和降低功率模式中可進行浮點算術運算的浮點單元；一耦合到所述浮點單元可對所述浮點單元的最近利用進行監(jiān)視的有效監(jiān)視器；和一耦合到所述浮點單元和所述有效監(jiān)視器，當所述最近利用大于一閾值時可將所述浮點單元置于所述降低功率模式的模式控制器。
2.如權利要求1的微處理器，其特征在于進一步包括一耦合到所述浮點單元和所述模式控制器，當所述浮點單元是在所述降低功率模式時降低在被計時的所述浮點單元的速率的單元。
3.一種具有被控制功耗的微處理器，包括一用于存貯也存貯在一外部存貯器中的信息和可工作在一正常模式和一降低功率模式的高速緩沖存貯器；一耦合到所述高速緩沖存貯器用于產(chǎn)生一指示所述高速緩沖存貯器的最近利用的活動級的有效監(jiān)視器；和一耦合到所述高速緩沖存貯器和所述有效監(jiān)視器用來當所述活動級大于一閾值時將所述高速緩沖存貯器置于所述降低功率模式的模式控制器。
4.如權利要求3的微處理器，其特征在于進一步包括一耦合到所述高速緩沖存貯器和所述有效監(jiān)視器當所述高速緩沖存貯器是在所述降低功率模式時用來訪問所述外部存貯器的單元。
5.如權利要求3的微處理器，其特征在于進一步包括一耦合到所述高速緩沖存貯器和所述模式控制器當所述高速緩沖存貯器是在所述降低功率模式時用來將所述信息的預取調(diào)節(jié)到所述高速緩沖存貯器中的單元。
6.如權利要求3的微處理器，其特征在于所述被存貯的信息包括指令，并且所述微處理器進一步包括一耦合到所述高速緩沖存貯器的用來執(zhí)行所述指令的指令執(zhí)行單元。
7.如權利要求3的微處理器，其特征在于所述被存儲的信息包括數(shù)據(jù)，并且所述微處理器進一步包括一耦合到所述高速緩沖存貯器用來對所述數(shù)據(jù)執(zhí)行運算的數(shù)據(jù)運算單元。
8.一種具有被控制功耗的微處理器，包括一數(shù)據(jù)運算單元，用來對存貯在一外部存貯器的數(shù)據(jù)執(zhí)行運算；一數(shù)據(jù)高速緩沖存貯器，與所述數(shù)據(jù)運算單元和所述外部存貯器相耦合，用來存貯所述數(shù)據(jù)；一有效監(jiān)視器，耦合到所述數(shù)據(jù)高速緩沖存貯器，用來指明所述數(shù)據(jù)高速緩沖存貯器的最近利用；一指令執(zhí)行單元，用來執(zhí)行來自所述外部存貯器的指令；一指令高速緩沖存貯器，耦合到所述指令執(zhí)行單元和所述外部存貯器，用來存貯所述指令和可工作在一正常模式和一降低功率模式；和一模式控制器，耦合到所述指令高速緩沖存貯器和所述有效監(jiān)視器，當所述最近利用大于一閾值時用來將所述指令高速緩沖存貯器置于降低功率模式。
9.一種具有被控制功耗的微處理器，包括一指令執(zhí)行單元，用來推理地執(zhí)行指令；一有效監(jiān)視器，耦合到所述指令執(zhí)行單元，用來指明所述指令執(zhí)行單元的最近利用；和一模式控制器，耦合到所述指令執(zhí)行單元和所述有效監(jiān)視器，用來當所述最近利用大于一閾值時調(diào)節(jié)所述推理指令執(zhí)行。
10.一種具有被控制功耗的微處理器，包括一指令執(zhí)行單元，用來執(zhí)行指令；一有效監(jiān)視器，耦合到所述執(zhí)行單元，用來指明所述指令執(zhí)行單元的最近利用；和一模式控制器，耦合到所述指令執(zhí)行單元和所述有效監(jiān)視器，用來當所述最近利用大于一閾值時調(diào)節(jié)所述指令執(zhí)行單元。
11.如權利要求10的微處理器，其特征在于所述模式控制器通過降低所述指令執(zhí)行單元被調(diào)節(jié)的速率可調(diào)節(jié)所述指令執(zhí)行單元。
12.如權利要求10的微處理器，其特征在于所述模式控制器通過降低所述指令執(zhí)行單元退下指令的速率可調(diào)節(jié)所述指令執(zhí)行單元。
13.如權利要求10的微處理器，其特征在于所述模式控制器通過降低所述指令執(zhí)行單元發(fā)出指令的速率可調(diào)節(jié)所述指令執(zhí)行單元。
14.如權利要求10的微處理器，其特征在于所述有效監(jiān)視器可根據(jù)所述指令執(zhí)行單元的最近指令退下速率指明所述指令執(zhí)行單元的最近利用。
15.如權利要求10的微處理器，其特征在于所述有效監(jiān)視器可根據(jù)所述指令執(zhí)行單元的最近指令發(fā)出速率指明所述指令執(zhí)行單元的最近利用。
16.如權利要求10的微處理器，其特征在于所述指令執(zhí)行單元可預測轉移指令的輸出；和所述有效監(jiān)視器可根據(jù)所述轉移預測的精確速率指明所述指令執(zhí)行單元的最近利用。
17.具有被控制功耗的IC，包括一可工作在一正常模式和一降低功率模式的具有調(diào)節(jié)參量的功能單元；一有效監(jiān)視器，耦合到所述功能單元，用來指明所述功能單元的最近利用；和一模式控制器，耦合到所述功能單元和所述有效監(jiān)視器，用來當所述利用大于一閾值時將所述功能單元置于所述降低功率模式，所述調(diào)節(jié)參量包括所述閾值。
18.如權利要求17的IC，其特征在于進一步包括一耦合到所述功能單元和所述模式控制器的單元，當所述功能單元是在所述降低功率模式時用來降低所述功能單元被計時的速率。
19.如權利要求17的IC，其特征在于所述功能單元包括存貯在一外部存貯器中已被存貯信息的高速緩沖存貯器，并且所述IC進一步包括一耦合到所述功能單元和所述模式控制器的單元，用來當所述功能單元是在所述降低功率模式時用來訪問外部存貯器。
20.如權利要求17的IC，其特征在于所述功能單元包括一存貯也存貯在外部存貯器的信息的高速緩沖存貯器，并且所述IC進一步包括一耦合到所述功能單元和所述模式控制器的單元，用來當所述功能單元是在所述降低功率模式時將來自所述外部存貯器的予取調(diào)節(jié)到所述高速緩沖存貯器中。
21.如權利要求17的IC，其特征在于所述功能單元可執(zhí)行推理操作，并且所述IC進一步包括一耦合到所述功能單元和所述模式控制器的單元，用來與所述功能單元是在所述降低功率模式時調(diào)節(jié)所述推理操作。
22.如權利要求17的IC，其特征在于所述功能單元可工作在周期狀態(tài)；和所述有效監(jiān)視器指明通過由用于所述功能單元起作用的每一所述周期的第一數(shù)量改變一活動級的利用和由用于所述功能單元是無效的每一所述周期的第二數(shù)量改變一活動級的最近利用，所述調(diào)節(jié)參量包括進一步所述活動級、所述第一數(shù)量和所述第二數(shù)量。
23.如權利要求22的IC，其特征在于所述調(diào)節(jié)參量的至少一個參量被予定。
24.如權利要求22的IC，其特征在于進一步包括一能夠改變所述調(diào)節(jié)參量的至少一個參量的功率協(xié)調(diào)器。
25.一種具有被控制功耗的集成電路，包括一用來在正常模式和降低功率模式中用來執(zhí)行一功能的功能裝置；一監(jiān)視裝置，耦合到所述功能裝置，用來計算指明所述功能裝置的最近利用的一活動級；和一控制裝置，耦合到所述功能裝置和所述監(jiān)視裝置，用來當所述活動級大于—予置閾值時將所述功能裝置置為降低功率模式。
26.一種具有一集成電路(IC)的控制功耗的方法，包括監(jiān)視其有所述IC的一功能單元的最近利用；將所述最近利用與所述閾值相比較；當所述最近利用小于所述閾值時將所述功能單元置為正常模式；和當所述最近利用大于所述閾值時將所述功能單元置為降低功率模式。
27.如權利要求26的方法，其特征在于所述降低功率模式包括降低所述功能單元中被計時的速率。
28.如權利要求26的方法，其特征在于所述功能單元包括一高速緩沖存貯器和所述降低功率模式包括對一外部存貯器的訪問。
29.如權利要求26的方法，其特征在于所述功能單元執(zhí)行推理操作和所述降低功率模式包括調(diào)節(jié)所述推理操作。
30.如權利要求26的方法，其特征在于所述閾值被預定。
31.如權利要求26的方法，其特征在于進一步包括動態(tài)地確定所述閾值。
32.如權利要求26的方法，其特征在于所述監(jiān)視包括由用于所述功能單元有效的每一周期的第一數(shù)量改變一活動級和由用于所述功能單元無效的每一周期的第二數(shù)量改變一活動級。
33.如權利要求31的方法，其特征在于進一步包括動態(tài)地確定所述第一數(shù)量。
34.如權利要求31的方法，其特征在于進一步包括動態(tài)地確定所述第二數(shù)量。
35.一種具有被控制功耗的集成電路(IC)，包括在所述IC之中的第一功能單元；在所述IC之中的第二功能單元，所述第二功能單元可工作在一正常模式和一降低功率模式；在所述IC之中的一有效監(jiān)視器，耦合到所述第一功能單元，用于產(chǎn)生表示所述第一功能單元的最近利用的活動級；和在所述IC之中的一控制器，耦合到所述第二功能單元和所述有效監(jiān)視器，用來當所述活動級大于一閾值時將所述第二功能單元置為降低功率模式。
36.一種具有被控制功耗的集成電路(IC)，包括多個功能單元，每一個可工作于正常模式和降低功率模式；多個本地功率控制器，每一個與至少一個所述功能單元相關并且每一個具有調(diào)節(jié)參量，根據(jù)所述調(diào)節(jié)參量的當前值用來控制所述相關功能單元的功耗；和一功率協(xié)調(diào)器，耦合到至少二個所述本地功率控制器，用來讀取在所述被耦合的本地功率控制器的第一本地功率控制器中的調(diào)節(jié)參量，并且基于其用來改變在所述被耦合的本地功率控制器的第二本地功率控制器中的調(diào)節(jié)參量。
37.一種控制一集成電路(IC)的功耗的方法，包括監(jiān)視在所述IC中的第一功能單元的最近利用以降低第一活動級；和控制在所述IC中的第二功能單元的操作模式，所述第二功能單元可工作在正常模式和降低功率模式，當所述有效量級大于一閾值時將第二功能單元置為降低功率模式。
38.一種控制一集成電路(IC)的功耗的方法，包括根據(jù)一組調(diào)節(jié)參量控制在所述IC中的多個功能單元的工作模式，每一所述功能單元可工作在正常模式和降低功率模式；和通過動態(tài)監(jiān)視和改變所述調(diào)節(jié)參量協(xié)調(diào)所述多個功能單元的功耗。
39.一種具有由一處理器可控制的功耗的集成電路(IC)，包括一可工作在正常模式和降低功率模式的功能單元；一耦合到所述功能單元的具有一調(diào)節(jié)參量的有效監(jiān)視器，用來根據(jù)所述調(diào)節(jié)參量產(chǎn)生指明所述功能單元的最近利用的一活動級，并且響應于來自所述處理器的一指令可改變所述調(diào)節(jié)參量；一耦合到所述功能單元和所述有效存貯器的模式控制器，用來控制響應于所述活動級的所述功能單元的模式。
40.如權利要求39的IC，其特征在于所述指令的出現(xiàn)響應于在所述處理器中所執(zhí)行的平臺軟件。
41.如權利要求29的IC，其特征在于所述指令的出現(xiàn)響應于在所述處理器中所執(zhí)行的操作系統(tǒng)軟件。
42.如權利要求29的IC，其特征在于所述指令的出現(xiàn)響應于在所述處理器中所執(zhí)行的應用軟件。
全文摘要
在一集成電路(IC)中的功耗是由調(diào)節(jié)在IC中的特定功能單元(105)的性能而降低的。在一IC中的特定功能單元的最近利用量級是例如通過計算整個它的最近操作歷史的每一功能單元的平均工作周期來監(jiān)視的(106)。如果它的活動級(109)大于一閾值,則該功能單元可工作在一降低功率模式(110)。該閾值被設置得足夠大以允許出現(xiàn)短的高利用的脈沖串。當它的利用超過一可維持值時通過調(diào)節(jié)功能單元的性能,一IC可動態(tài)地在高速操作和低功率操作之間取得折衷。在一IC中的多個功能單元之間或在一功能系統(tǒng)的多個IC之中這種動態(tài)功率/速率的折衷可以是最佳的。這種動態(tài)功率/速率折衷可以通過提供對調(diào)節(jié)參量的軟件控制而變化。
文檔編號G06F1/32GK1276070SQ97182454
公開日2000年12月6日 申請日期1997年9月29日 優(yōu)先權日1997年9月29日
發(fā)明者M·米塔爾, R·瓦倫丁 申請人:英特爾公司