高性能嵌入式微處理器集群的主動峰值功率管理的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于主動峰值功率管理的系統(tǒng)和方法。更具體地，本文中公開的一些實施例涉及高性能嵌入式微處理器集群的峰值功率管理。
【背景技術】
[0002]手持嵌入式系統(tǒng)的電源通常在成本、形狀因數和最高預期性能水平下的可持續(xù)電流之間進行取舍。這允許價格最佳化設計，同時維持系統(tǒng)的日常性能要求。
[0003]然而，一些應用程序和/或特別設計的測試可能能夠超過設計極限，并且需要系統(tǒng)調節(jié)微處理器集群的性能以保持在可持續(xù)供應包絡內。
[0004]為了實現(xiàn)有限持續(xù)時間和緩沖電流涌入事件的峰值性能，采用芯片封裝和板級電容器。電源調節(jié)之前的這些遞送峰值電流可滿足需求。在每個峰值性能事件下，電源將這些系統(tǒng)電容器再充電，從而添加至電源的基本負載。如果電源無法滿足該需求，則系統(tǒng)經歷電壓降。為了避免系統(tǒng)故障，添加處理器系統(tǒng)的電壓和頻率的操作裕度(operating margin)。
[0005]CPU功率要求和電源剛度之間的這種軍備競賽(arms race)添加了材料清單而沒有對平均系統(tǒng)性能作出貢獻。迄今為止，已通過以下操作實現(xiàn)了在不增加電源能力和系統(tǒng)操作裕度的情況下降低峰值功率:在功率密集型指令的分派時間進行的預測性功率估計以及基于預測進行的對功率密集型指令的分派速率的控制；以及在CPU核心供應線路處進行的用于臨機操作(ad-hock)分派速率降低或基于正在進行中的指令的時鐘抖動的電壓降傳感器使用。此類方法改進了系統(tǒng)，但并不影響主動去耦電容和電源剛度之間的比率。因此，仍然需要電源及時對所有峰值放電電容進行再充電以防止顯著電壓降。
[0006]因此，將迫切需要一種包括至少一個功率管理單元的系統(tǒng)和/或一種主動地緩和峰值功率需求的方法。

【發(fā)明內容】

[0007]—般而言，本文中所述的系統(tǒng)和方法的優(yōu)點包括允許電源剛度的放寬，但持續(xù)使得系統(tǒng)能夠提供高功率指令的峰值性能突變。使用本文中所述的系統(tǒng)，可使用較低成本的電源，而不會損害在峰值功率事件期間的功能。經?；诠牟《?power virus)診斷對前幾代封裝級電容器和供應栗進行尺寸設定和放置，這是一種用于評估峰值功率電容器放置的方法。由于本文中所述的系統(tǒng)的主動控制因素，與先前實施方式相比，可能不會增大封裝和板級電容的量，但是支持較高峰值性能。
[0008]在一些實施例中，一種系統(tǒng)可包括一個或多個電壓降控制器(或更簡單地，電壓控制器)。該電壓控制器可耦接至提供在集成電路的功率輸入上的電容器的子集，并且可檢測正導致(或可導致)電源電壓降的峰值功率事件。該電壓控制器可啟用電容器的子集以在峰值功率事件期間供應附加電流，該附加電流可增強在峰值功率事件期間的電源電壓的穩(wěn)定性。隨后，可停用子集并且對該子集進行再充電。在一些實施例中，可通過一串電阻來控制再充電速率，以減小對電源上的電容器進行再充電的負載。還可包括一個功率管理單元。該功率管理單元可起作用以響應于預先確定條件(包括功率門控事件、電源接通事件、集成電路中的電路的性能水平變化等)來傳輸將在系統(tǒng)內供應的電壓改變至新電壓水平的請求。在一些實施例中，當需要電壓增大時，啟用電容器的子集以便響應于預先確定條件來提供附加能量。
【附圖說明】
[0009]以下詳細描述參考附圖，現(xiàn)簡要描述這些附圖。
[0010]圖1描繪了結合高性能嵌入式微處理器集群使用的包括兩個電壓控制器的系統(tǒng)的圖示的實施例。
[0011]圖2描繪了使用至少一個電壓控制器來管理峰值功率的方法的圖示的實施例。
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[0013]在圖中以舉例的方式示出特定實施例并且將在本文中詳細描述這些特定實施例。然而，應當理解，圖示和詳細描述并不旨在將權利要求限制于所公開的特定實施例，甚至在相對于特定特征僅描述單個實施例的情況下也是如此。相反地，該意圖涵蓋對于受益于本發(fā)明的本領域技術人員而言將顯而易見的所有修改形式、等同形式和替代形式。除非另有陳述，否則本發(fā)明中所提供的特征的實例旨在為說明性的而非限制性的。
[0014]本文中所使用的標題僅用于組織目的，并且不意在用于限制該描述的范圍。如貫穿本專利申請所使用的字詞“可能”僅在允許意義(即，意味著有可能)而非強制意義(即，意味著必須)上使用。字詞“包括”(“include” “ including”和“ includes”)指示開放式關系，因此意味著包括但不限于。類似地，字詞“具有”(“have” “having”和“has”)也指示開放式關系，因此意味著具有但不限于。如本文中使用的術語“第一”、“第二”、“第三”等用作這些術語之后的名詞的標記，并且并不暗含任何類型的排序(例如，空間、時間、邏輯等)，除非以其它方式明確指示此種排序。例如，除非以其它方式指定，否則“電連接到模塊基板的第三晶?！辈⒉慌懦半娺B接到模塊基板的第四晶?！笔窃诘谌ЯＶ斑B接的情況。類似地，“第二”特征并不需要在“第二”特征之前實施“第一”特征，除非另有說明。
[0015]各種部件可被描述為“被配置為”執(zhí)行一項或多項任務。在這些情況下，“被配置為”是廣泛表述，其通常意味著“具有在操作期間執(zhí)行一項或多項任務的結構”。因而，該部件可被配置為執(zhí)行任務，即使該部件當前沒有執(zhí)行該任務時也是如此(例如，一組電導電體可被配置為將模塊電連接到另一模塊，即使這兩個模塊未連接時也是如此)。在一些情況下，“被配置為”可為對結構的廣泛表述，其通常意味著“具有在操作期間執(zhí)行一項或多項任務的電路”。因而，該部件可被配置為執(zhí)行任務，即使該部件當前未工作時也是如此。通常，形成與“被配置為”對應的結構的電路可包括硬件電路。
[0016]為了描述的方便，可將各種部件描述為執(zhí)行一項或多項任務。這種描述應解釋為包括短語“被配置為”。表述被配置為執(zhí)行一項或多項任務的部件明確地不旨在援引35U.S.C § 112第六段對于該部件的解釋。
[0017]本發(fā)明的范圍包括本文中所公開的特征中的任一特征或組合(明顯地或隱含地)，或其任何一般化，而不管其是否緩解本文中所提出的問題中的任一個問題或全部問題。因此，可在針對特征的任何此類組合貫徹該專利申請(或向其要求優(yōu)先權的專利申請)期間制定新的權利要求。具體地，參考隨附權利要求，可將來自從屬權利要求的特征與獨立權利要求的特征組合，并且可以任何適當的方式組合而非僅以隨附權利要求中所列舉的特定組合的形式來組合來自相應獨立權利要求的特征。
【具體實施方式】
[0018]本說明書包括對“一個實施例”(“one embodiment”或“an embodiment”)的參考。短語“一個實施例”(“one embodiment”或“an embodiment”)的出現(xiàn)未必是指同一實施例。可與本公開一致的任何合適的方式來組合特定特征、結構或特性。
[0019]在一些實施例中，系統(tǒng)可包括至少一個電壓控制器。圖1描繪了包括兩個電壓控制器150a至150b的系統(tǒng)100 (例如，高性能嵌入式微處理器集群)的圖示的實施例。圖2描繪了使用至少一個電壓控制器150來管理峰值功率的方法的圖示的實施例。電壓控制器中的至少一個電壓控制器可在使用期間評估預先確定條件的出現(xiàn)(300)。在一些實施例中，該系統(tǒng)可包括至少第一電容器120。該至少第一電容器可耦接至電壓控制器中的至少一個電壓控制器，使得電壓控制器中的至少一個電壓控制器啟用至少第一電容器，以在預先確定條件出現(xiàn)時供應附加電流(310)。該電壓控制器可耦接至提供在集成電路的功率輸入上的電容器(例如，第一電容器120)的子集，并且可檢測正導致(或可導致)電源電壓降的峰值功率事件。該電壓控制器可啟用電容器的子集以在峰值功率事件期間供應附加電流，該附加電流可增強在峰值功率事件期間的電源電壓的穩(wěn)定性。
[0020]當不再需要電流增大時，可停用至少第一電容器(320)?？稍谕Ｓ弥辽俚谝浑娙萜鲿r對其進行充電330，直至達到預先確定容量。在一些實施例中，可通過一串電阻來控制再充電速率，以減小對電源上的電容器進行再充電的負載。還可包括一個功率管理單元。所述功率管理單元可起作用以響應于預先確定條件(包括功率門控事件、電源接通事件、集成電路中的電路的性能水平變化等)來傳輸將在系統(tǒng)內供應的電壓改變至新電壓水平的請求。在一些實施例中，當需要電壓增大時，啟用電容器的子集以便響應于該預先確定條件來提供附加能量。
[0021]在一些實施例中，電容器120a至120b可耦接至電源開關130a至130b的單獨集合。這些電源開關可將電容器120a至120b分別耦接至CPU 140a至140b。該方法可包括在不再需要電壓增大時停用至少第一電容器(320)。
[0022]電源開關120a至120b可形成一個或多個CPU 140a至140b的整體功率門控的一部分，但在一些實施例中，可在CPU超過某個電壓降裕度或預測功率損耗超過給定閾值的情況下啟用這些電源開關。某一電壓降裕度可起因于在CPU核心供電線路處進行的用于臨機操作分派速率降低或基于正在進行中的指令的時鐘抖動的電壓控制器使用。預測功率損耗可起因于在功率密集型指令的分派時間進行的預測性功率估計和基于預測的對分派速率的控制。
[0023]電容器120a至120b的附加電荷可橋接正在進行中的指令的完成時間，并且可提供由CPU提供的最大性能窗口的擴展，這取決于電容器尺寸。
[0024]在一些實施例中，一種系統(tǒng)可包括評估至少電容器120a至120b的電壓水平的電壓控制器150a至150b。功率管理單元110可在電壓控制器響應于預先確定條件來評估不足的電壓時通知系統(tǒng)(在一些實施例中，電壓控制器可通知該系統(tǒng))。在啟動峰值功率電容器120a的情況下，電壓降控制器可基于電容器中的可用電荷影響CPU 140a指令分派控制，以減少高功率指令的數量。
[0025]在一些實施例中，在停用至少第一電容器時以抑制系統(tǒng)的平均峰值功率要求增大的速率對其進行充電，直至達到預先確定容量。