向處理器的異構(gòu)計算元件分配功率的制作方法
【專利說明】向處理器的異構(gòu)計算元件分配功率
【背景技術(shù)】
[0001] 隨著半導體領(lǐng)域的技術(shù)進步，諸如處理器之類的設(shè)備包括越來越多的電路。隨著 時間的推移，處理器設(shè)計從獨立集成電路（1C)的集合發(fā)展到單一集成電路，到在單一 1C封 裝內(nèi)包括多個處理器核的多核處理器。隨著時間的推移，越來越多的核以及相關(guān)的電路正 在被包括到處理器及其他半導體中。
[0002] 多核處理器正在被擴展以通過在處理器內(nèi)合并其他功能單元來包括額外的功能。 產(chǎn)生的一個問題是，不同的電路會基于它們的工作負荷消耗不同的電量。然而，目前不存在 確保這些不同的單元具有足夠的功率的合適的機制。
[0003] 例如，包括不同的計算元件的處理器將消耗的總功率量限制到叫做熱設(shè)計功率 (TDP)極限的級別除處理器的配置的TDP極限之外，初始設(shè)備制造廠家（OEM)可能會對于 不同的形狀因子等，將處理器的TDP限制到更低，以實現(xiàn)比較長的電池使用時間。當在這些 系統(tǒng)上運行功率消耗大的工作負荷時，在不同的計算元件之間拆分可用功率（直到TDP極 限）。拆分功率的方式會影響系統(tǒng)的性能。當前對此功率分配問題的解決方法是對于所有 工作負荷和TDP，使用固定比率，意味著，功率的某一部分被分配給處理器的不同的單元。然 而，此方法不是對于所有工作負荷都最佳的。
[0004] 附圖簡述
[0005] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于在處理器的不同的域之間控制功率偏置 的方法的流程圖。
[0006] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的處理器的一部分的框圖。
[0007] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的處理器的框圖。
[0008] 圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的多域處理器的框圖。
[0009] 圖5是包括多個核的處理器的一個實施例的框圖。
[0010] 圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的系統(tǒng)的框圖。
[0011] 詳細描述
[0012] 在各實施例中，可以提供功率偏置技術(shù)，并可以將其用于包括多個域的處理器的 功率預算的分配。另外，在運行時，還可以動態(tài)地更新功率偏置值本身。如此處所使用的， 術(shù)語"域"被用來表示在相同電壓和頻率點操作的硬件和/或邏輯的集合。作為示例，多核 處理器還可以包括其他非核處理引擎，諸如固定功能單元、圖形引擎等等。其他計算元件可 包括數(shù)字信號處理器、處理器通信互連（總線、環(huán)等等）以及網(wǎng)絡(luò)處理器。處理器可包括多 個獨立域，包括與核相關(guān)聯(lián)的第一域（此處被稱為核或中央處理單元（CPU)域）以及與圖 形引擎相關(guān)聯(lián)的第二域（此處被稱為圖形或圖形處理單元（GPU)域）。雖然可以在單一半 導體管芯上形成多域處理器的許多實現(xiàn)，但是，其他實現(xiàn)可以通過其中不同的域可以存在 于單一封裝的不同的半導體管芯上的多芯片封裝來實現(xiàn)。進一步的實施例可以適用于在由 許多單個芯片封裝構(gòu)成的單一系統(tǒng)的計算元件之間平衡功率。例如，如此處所描述的，可以 管理一個封裝上的CPU和不同的封裝上的GPU，且整個系統(tǒng)功率極限為50瓦特。
[0013] 在多域處理器中，多個域共同地共享單一功率預算。相應(yīng)地，例如，核域操作所在 的頻率越高，由核域消耗的功率越高。由核域消耗的功率越高，留給圖形域消耗的功率越 小，反之亦然。
[0014] 對于在處理器上執(zhí)行的許多應(yīng)用，核域可以充當生成要被圖形域執(zhí)行的工作負荷 數(shù)據(jù)的生產(chǎn)者，如此，該圖形域充當消費者。例如，對于許多應(yīng)用，諸如基于3維（3D)的應(yīng) 用，處理器可以操作以從存儲器訪問數(shù)據(jù)，向存儲器寫入命令和指令，并將數(shù)據(jù)提供到圖形 域，圖形域用于執(zhí)行圖形操作，諸如各種著色、呈現(xiàn)及其他操作，以如此生成像素數(shù)據(jù)，供顯 示在相關(guān)聯(lián)的顯示器上。
[0015] 在這樣的應(yīng)用中，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的智能偏置控制（IBC)可以基于工作 負荷需求，動態(tài)地調(diào)整圖形域和核域之間的功率的分配。各實施例可以特別適合于低功率 環(huán)境，諸如處理器正在在諸如熱設(shè)計功率（TDP)級別（或甚至諸如由OEM設(shè)置的較低級別） 之類的熱極限操作的情況。在某些處理器中，可以諸如由基本輸入/輸出系統(tǒng)（BIOS)，例 如，作為系統(tǒng)的配置的一部分，設(shè)置多個域之間共享功率的預定值。雖然這樣的設(shè)置可以適 合于許多工作負荷，但是，對于某些應(yīng)用，特別是在處理器被配置成僅限于低于TDP極限的 操作的情況下，例如，為了功率管理等等，性能會受到影響。相反，根據(jù)本發(fā)明的一個實施 例，通過使用IBC，可以基于工作負荷動態(tài)地控制功率偏置值，該功率偏置值可用于控制不 同的域之間的功率分配。
[0016] 更具體而言，各實施例可以監(jiān)視各種域（包括核域、圖形域和互連域）的操作，以 便判斷這些域中的一個或多個是否需要比它當前正在接收的功率多一些或少一些的功率。 如果核和互連域需要比它們當前正在接收的較少的功率以便使圖形域維持十分忙，可以使 功率分配更多地偏向圖形域，例如，通過調(diào)整此功率偏置值。相反，如果核域和/或互連域 需要比它們當前正在接收的功率更多的功率以使圖形域維持全部占用，則可以使功率分配 更多地朝核域和/或互連域偏向，例如，通過對功率偏置值的反向控制。
[0017] 一般而言，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的IBC可以一般性地按如下方式進行操作。 首先，可以測量給定應(yīng)用正在為核、圖形和互連域創(chuàng)建的工作量。如果基于這些測量值判斷 圖形域空閑，例如，大于評估間隔內(nèi)的給定閾值時間量，可以向核域方向移動功率平衡，例 如，通過對功率偏置值的控制。相反，如果圖形域在評估間隔中正在被完全使用，則可以向 圖形域方向移動功率平衡。
[0018] 為便于討論，此處所描述的各實施例關(guān)于包括可以共享功率預算的核域和圖形域 的多域處理器。然而，應(yīng)理解，本發(fā)明的范圍在這方面不受限制，可以存在額外的域。作為 另一個示例，可以將每一個核分配給不同的域，可以給域中的每一個提供功率預算的動態(tài) 地重新可分割的量。此外，除核域和圖形域之外，可以理解，可以存在額外的域。例如，另一 個域可以由諸如固定功能單元、加速器等其他處理單元構(gòu)成。可以為處理器的某些管理代 理提供更進一步的域，這些域可以接收總功率預算的固定部分。
[0019] 注意，如此處所描述的執(zhí)行智能偏置控制的各實施例可以獨立于基于操作系統(tǒng) (0S)的功率管理。例如，根據(jù)基于0S的機制，S卩，高級配置和平臺接口（ACPI)標準（例如， 2006年10月10日發(fā)布的Rev. 3. Ob)，處理器可以在各種性能狀態(tài)或級別操作，g卩，從P0到 PN。一般而言，P1性能狀態(tài)可以對應(yīng)于可以由0S請求的最高保證的性能狀態(tài)。除此P1狀 態(tài)之外，0S還可以請求較高性能狀態(tài)，S卩，P0狀態(tài)。如此，此P0狀態(tài)可以是機會性狀態(tài)，其 中，當有電能和/或熱預算可用時，處理器硬件可以配置處理器或其至少一些部分，以便以 高于保證的頻率操作。在許多實現(xiàn)中，處理器可包括多個所謂的高于此P1頻率的元（bin) 頻率。另外，根據(jù)ACPI，處理器還可以在各種功率狀態(tài)或級別下操作。相對于功率狀態(tài)，ACPI 指定不同的功率消耗狀態(tài)，一般被稱為C狀態(tài)，CO, Cl到Cn狀態(tài)。當核活躍時，它在CO狀 態(tài)運行，而當核空閑時，它可以被置于核低功率狀態(tài)，也叫做核非零C狀態(tài)（例如，C1-C6狀 態(tài)）。當多核處理器的所有核都處于核低功率狀態(tài)時，可以將處理器置于封裝低功率狀態(tài)， 諸如封裝C6低功率狀態(tài)。
[0020] 現(xiàn)在參考圖1，所示是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于在處理器的不同的域之間 控制功率偏置的方法的流程圖。如圖1所示，在不同的實施例中，方法100可以以各種硬件、 軟件和/或固件來實現(xiàn)。例如，在一個實施例中，方法100可以在諸如功率控制單元（PCU) 之類的處理器的功率控制器的功率共享邏輯中實現(xiàn)。在另一個實施例中，方法100可以在 諸如內(nèi)核模式驅(qū)動程序（KMD)之類的設(shè)備驅(qū)動程序中實現(xiàn)，例如，對于圖形域。注意，圖1 中所描述的各實施例關(guān)于CPU域和圖形域之間的功率偏置的分析和控制。雖然在圖1的實 施例中被描述為在這些特定域之間共享功率，但是，可以理解，本發(fā)明的范圍在這方面不受 限制，在其他實施例中，動態(tài)功率共享可以在具有異構(gòu)計算元件的其他類型的域之間。
[0021] 如圖1所示，可以為在評估間隔過程中呈現(xiàn)的圖形的每一個幀執(zhí)行方法100的某 些部分（一般性地，通過菱形150)?？梢钥闯?，方法100從確定CP