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TW201403301A - 多核心環境中之功率耗損的控制技術 - Google Patents

多核心環境中之功率耗損的控制技術 Download PDF

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TW201403301A
TW201403301A TW102107669A TW102107669A TW201403301A TW 201403301 A TW201403301 A TW 201403301A TW 102107669 A TW102107669 A TW 102107669A TW 102107669 A TW102107669 A TW 102107669A TW 201403301 A TW201403301 A TW 201403301A
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Inventor
Anil K Kumar
Original Assignee
Intel Corp
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Publication date
Application filed by Intel Corp filed Critical Intel Corp
Publication of TW201403301A publication Critical patent/TW201403301A/zh
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Abstract

能夠調變多核心環境中之第一核心的頻率之系統及方法包含邏輯，以決定被分派至該第一核心的功率限制；邏輯，以決定該第一核心的停滯計數；及邏輯，以至少基於被分派至該第一核心之功率限制及該第一核心的停滯計數來調變該第一核心之頻率。該第一核心被包含於多核心電腦環境中之通訊端的第一區塊中。

Description

多核心環境中之功率耗損的控制技術
本發明係關於多核心環境中之功率耗損的控制技術。
高效能計算(HPC)及超級計算環境可需要多核心之整合。然而，這些環境中之功率耗損可為顯著的。
實施例可涉及一設備，其能夠調變多核心環境中之第一核心的頻率，其中該設備可包含邏輯，以決定被分派至第一核心之功率限制；邏輯，以決定該第一核心的停滯計數；及邏輯，以至少基於被分派至該第一核心之功率限制及該第一核心的停滯計數來調變該第一核心之頻率。該第一核心可被包含於多核心電腦環境中之通訊端的第一區塊中。
實施例可涉及一系統，其中鎖相迴路(PLL)建構成與多核心環境中之時脈信號有關聯。該系統可包含一通訊端，其與該PLL耦接，且被建構成包含多數區塊。該等 區塊之至少一者包含第一核心及第二核心。該第一核心被建構成包含邏輯，以決定被分派至第一核心之功率限制；決定該第一核心之停滯計數；及至少基於被分派至該第一核心的功率限制與該第一核心之停滯計數來調變該第一核心之頻率。該第一核心之頻率的調變可為和與該第一核心無關聯之區塊的頻率獨立地施行。
實施例可涉及一電腦實施之方法，該方法提供用以至少基於該核心之估算功率需求、分派至該核心的功率限制、及該核心之停滯計數，而至少與其他區塊中之核心獨立地調變多核心環境的第一區塊中之核心的頻率。該第一區塊及該其他區塊係與通訊端之鎖相迴路(PLL)有關聯。
100‧‧‧電腦系統
105‧‧‧中央處理單元
107‧‧‧匯流排
110‧‧‧繪圖與記憶體控制器集線器
115‧‧‧記憶體裝置
120‧‧‧顯示裝置
122‧‧‧匯流排
125‧‧‧輸入/輸出控制器集線器
130‧‧‧輸入/輸出裝置
150‧‧‧電源供給
200‧‧‧繪圖系統
205‧‧‧區塊
215‧‧‧區塊
225‧‧‧區塊
235‧‧‧區塊
240‧‧‧核心
242‧‧‧核心
250‧‧‧核心
252‧‧‧核心
260‧‧‧核心
262‧‧‧核心
270‧‧‧核心
272‧‧‧核心
280‧‧‧鎖相迴路
305‧‧‧功率控制單元
310‧‧‧功率限制
315‧‧‧熱限制
320‧‧‧功率估算
325‧‧‧通訊端儀錶
330‧‧‧運行平均功耗限制
400‧‧‧核心局部功率單元
401‧‧‧核心局部功率單元
405‧‧‧核心能量監視器
407‧‧‧活動計數器
409‧‧‧核心停滯計數
410‧‧‧性能/節流選擇邏輯
415‧‧‧核心時脈閘控
420‧‧‧核心能量
490‧‧‧需求
495‧‧‧需求
對於熟諳此技藝者藉由閱讀以下說明書及所附申請專利範圍、及藉由參考以下之圖面，本發明之實施例的各種優點將變得明顯，其中：圖1係方塊圖，其繪示按照一些實施例的示範電腦系統；圖2係方塊圖，其繪示按照一些實施例的多核心處理器之範例；圖3係方塊圖，其繪示按照一些實施例的通訊端功率控制單元(PCU)之範例；圖4係方塊圖，其繪示按照一些實施例的核心局部功 率單元(CLPU)之範例，該CLPU可被用來控制一核心之頻率；及圖5係按照一些實施例調變一區塊中之核心的頻率之示範方法的流程圖。
參照圖1，按照一些實施例說明一示範電腦系統100的方塊圖被顯示。該電腦系統100可包含中央處理單元(CPU)105、繪圖與記憶體控制器集線器(GMCH)110、及輸入/輸出控制器集線器(ICH)125。該GMCH 110可經由匯流排107被耦接至該CPU 105。該ICH 125可經由匯流排122被耦接至該GMCH 110。該GMCH 110亦可被耦接至記憶體裝置115及顯示裝置120。該ICH 125可被耦接至I/O裝置130。該GMCH 110可包含繪圖系統200(未示出)。雖然該CPU 105、該GMCH 110、及該ICH 125可被說明為分開之零組件，這些零組件之二或更多者的功能可被組合。電源供給150可被使用來提供電力至該電腦系統100。該電源供給150可為電池或外部電源。
用於一些實施例，該CPU 105可為多核心處理器。譬如，該多核心處理器可為基於加州聖塔克拉拉市之英特爾公司的多重整合核心(MIC)架構，並可被實施為PCI Express(周邊元件連接快速)卡。該電腦系統100亦可包含許多其他零組件；然而，為求簡化，它們不被顯示。 對於一些實施例，該電腦系統100可為伺服器電腦系統。
參照圖2，按照一些實施例說明一示範多核心處理器的方塊圖被顯示。該多核心處理器200可包含多核心240、242、250、252、260、262、270及272及多數區塊205、215、225及235。每一區塊可包含二核心。譬如，該區塊205可包含該等核心240及242。應注意的是該多核心處理器200中的區塊及核心之數目可為更多。譬如，可有五十(50)核心被包含於二十五(25)區塊中。該等核心240-272及該等區塊205-235可為與通訊端有關聯。
大致上，該多核心處理器200可被以單一鎖相迴路(PLL)280實施，該PLL對於所有該等區塊205-235及核心240-272提供共用之參考信號且因此相同的頻率。這可將所有該等核心240-272限制於單一頻率、且因此單一性能(P)狀態。克服此限制的一可能之解決方法係每核心或區塊實施一PLL。這可為能夠將該區塊205的核心240放置進入一P狀態(例如P0)，並將該區塊215之核心250放置進入一不同的P狀態(例如P1)。然而，當有設計或功率限制時，此解決方法可能不實用。
參照圖3，按照一些實施例說明一示範通訊端功率控制單元(PCU)的方塊圖被顯示。該PCU 305可被建構成分派一功率限制310，該通訊端中之區塊的每一者可被分派至該功率限制。該PCU 305亦可將一熱限制315分派至該區塊。該PCU 305可包含通訊端儀錶325，其可被建構成接收該等區塊的每一者之功率估算320。用於一些實施 例，被分派至一區塊的功率限制310可為與該區塊之功率估算320成比例的。該PCU 305可為與通訊端功率限制(亦被稱為運行平均功耗限制(RAPL))330有關聯。
該PCU 305可基於該RAPL 330定期地(例如每隔數毫秒)重新評估該區塊功率限制310。該PCU 305可被建構成比較由該區塊所接收之功率估算320與該被分派的功率限制310。對於一些實施例，當該功率估算320係少於該功率限制310時，該PCU 305可減少該功率限制310。對於一些實施例，當該功率估算320係在預定範圍內接近該功率限制310時，該PCU 305可增加該功率限制310。
參照圖4，按照一些實施例可被用來控制核心之頻率的核心局部功率單元之概要圖被顯示。因為在該等個別核心上所執行之工作量可為不同，其可為有利的是能夠與相同通訊端中之其他核心或區塊獨立地控制用於每一核心或區塊的P狀態，同時對於該通訊端使用相同之PLL。在此範例中，核心局部功率單元(CLPU)400可為與該核心240有關聯(圖3)，且該CLPU 401可為與該核心242有關聯(圖3)。
該CLPU 400可包含一核心能量監視器405。用於一些實施例，該功率估算320(圖3所示)可藉由該CLPU 400的核心能量監視器405、及該CLPU 401之核心能量監視器(未示出)所決定。該CLPU 400可包含性能/節流(P/T)選擇邏輯410。該P/T選擇邏輯410可被建構成控制該核心240之功率耗損。這可包含將該核心240放置進 入不同的性能(P)狀態或節流(T)狀態。
該P/T選擇邏輯410可被建構，以修改該核心240可為正操作之時脈速率或頻率。該P/T選擇邏輯410亦可控制用於該核心240之電壓操作點。譬如，當處於P0狀態中時，該核心240可在一相當高頻之高效能位準操作，並可具有更多的功率耗損；當處於P1狀態中時，該核心240之頻率及性能可為較低，且該功率耗損可為更少；當處於該T或節流狀態中時，該核心240可藉由調變該頻率而被節流，且該功率耗損可為在其最低處。使該核心240在低頻位準操作亦可減少與該核心240有關聯之熱量負載及冷卻需求。
該核心能量監視器405可被建構成接收來自該核心240之活動計數器407，以決定該核心能量420。該活動計數器407可包含與該核心240處於該C0狀態中之若干次數、止用指示之數目、核心停滯之數目等有關的資訊。
該P/T選擇邏輯410可被建構成接收關於來自該核心能量監視器405之核心能量420、來自該核心240的核心停滯計數409、來自該PCU 305之熱限制315、及來自該PCU 305的功率限制310之資訊。用於一些實施例，當該功率估算320被決定為大於該分派之功率限制310時，該CLPU 400可造成具有該較高核心停滯的核心之頻率將被調變。一閾值可被用來決定該核心停滯計數409是否在一可影響該核心240之頻率的調變之位準。譬如，當該核心停滯時，其不能施行任何指令。如此，將該核心之頻率調 變至較低頻率不能影響其性能，但可減少其功率耗損。該頻率之調變可為與該核心停滯比率(例如停滯對不停滯)成比例，並可藉由該功率限制所約束。該核心之頻率的調變可藉由該核心時脈調變模組420所施行。該核心時脈調變模組410可被與該核心時脈閘控415耦接。該核心時脈閘控415可被與該PLL 280耦接(於圖2所示)。藉由基於該估算功率320及該功率限制310來調變該通訊端中之核心的頻率，該等個別核心之性能及功率耗損可被最佳化。用於一些實施例，該核心之頻率的調變可為進一步基於該分派之熱限制315。譬如，當其被決定該核心之溫度係接近該分派的熱限制315時，該P/T選擇邏輯410可減少該核心之頻率。該P/T選擇邏輯410亦可接收使用者需求490及作業系統(OS)需求495，並使用這些需求以決定如何調變該頻率。
翻至圖5，按照一些實施例說明藉由核心局部功率單元(CLPU)所施行之製程的示範流程圖。該製程可對應於該CLPU 400，而管理該核心240之功率耗損。在方塊505，該CLPU可決定被分派至一核心的功率限制。該功率限制可被PCU 305所分派(圖4中所示)。在方塊510，藉由該核心所需要之估算功率可被決定。該估算功率需求可被該核心能量監視器405所決定(圖4及5中所示)。在說明方塊515，該功率限制係與該估算功率需求比較，以決定藉由該PCU 305分派至該核心之功率是否適當的。譬如，當該估算功率需求係比藉由該PCU 305所分 派之功率限制遠較少時，該功率限制可被減少。在方塊520，許多核心停滯可被決定。在方塊525，該核心之頻率可基於該估算功率需求與該功率限制間之比較結果及基於核心停滯之數目被調變。譬如，當核心停滯之數目係高於一預定閾值且該估算功率需求係少於該功率限制時，該頻率可被減少。雖然在圖5中未示出，該核心之頻率亦可基於藉由該PCU 305被分派至該核心之熱限制而被調變。
各種實施例可使用硬體元件、軟體元件、或兩者之組合而被實施。硬體元件之範例可包含處理器、微處理器、電路、電路元件(例如電晶體、電阻器、電容器、電感器等)、積體電路、特定應用積體電路(ASIC)、可程式化邏輯裝置(PLD)、數位信號處理器(DSP)、現場可程式閘陣列(FPGA)、邏輯閘、暫存器、半導體裝置、晶片、微晶片、晶片組等。軟體的範例可包含軟體組件、程式、應用、電腦程式、應用程式、系統程式、機械程式、作業系統軟體、中間軟體、韌體、軟體模組、常駐程式、子常駐程式、函數、方法、程序、軟體介面、應用程式介面(API)、指令集、計算碼、電腦碼、碼段、電腦碼段、字、值、符號、或其任何組合。決定一實施例是否使用硬體元件及/或軟體元件被實施可按照任何數目之因素而有不同變化，諸如想要之計算速率、功率位準、熱容差、處理週期預算、輸入資料率、輸出資料率、記憶體資源、資料匯流排速率、及其他設計或性能限制。
至少一實施例之一或更多態樣可藉由被儲存在機器可 讀媒體上之代表性指令所實施，其代表在該處理器內之各種邏輯，且當藉由一機器所讀取時，造成該機器製造邏輯，以施行在此中所敘述之技術。此代表者、已知為“IP核心”可被儲存在一有實體的、機器可讀媒體上，且被供給至各種顧客或製造設備，以載入真正地製成該邏輯或處理器的裝配機器。
示範尺寸/模型/值/範圍可能已被提供，雖然本發明之實施例不被限制於此。當製造技術(例如微影術)隨著時間之消逝而成熟時，其係預期較小尺寸之裝置可被製成。此外，用於說明及討論之單純故，至積體電路(IC)晶片及其他零組件之熟知的電力/接地連接可或不能被顯示在該等圖示內，且如此不會使本發明之實施例的某些態樣不清楚。再者，配置可被以方塊圖形式顯示，以便避免使本發明之實施例不清楚，且亦鑑於對於實施此方塊圖配置的細節係高度視該實施例將被實施的平臺內而定之事實、亦即此等細節應很好地在熟諳此技藝者視界內。在此特定之細節(例如電路)被提出，以便敘述本發明之示範實施例，對於一熟諳此技藝者應變得明顯的是本發明之實施例能被實踐，而沒有或有這些特定細節之變動。該敘述係如此將被視為說明性而非限制性的。
該“被耦接”一詞在此中被使用於意指所討論零組件間之任何型式、直接或間接的關係，並可應用至電力、機械、流體、光學、電磁、電機或其他連接。此外，該“第一”、“第二”等詞在本文中可僅只被使用於有利於討 論，且不帶有特別之暫時的或依時間前後排列而記載的重大意義，除非以別的方式指示。
那些熟諳此技藝者將由該前面之敘述了解本發明之實施例的寬廣技術能被以各種形式實施。因此，雖然本發明之實施例已關於其特別之範例被敘述，本發明之實施例的真實範圍如此將不被限制，因為其他修改對於該熟練之從事者在研究該等圖面、說明書、及以下申請專利範圍時將變得明顯。
100‧‧‧電腦系統
105‧‧‧中央處理單元
107‧‧‧匯流排
110‧‧‧繪圖與記憶體控制器集線器
115‧‧‧記憶體裝置
120‧‧‧顯示裝置
122‧‧‧匯流排
125‧‧‧輸入/輸出控制器集線器
130‧‧‧輸入/輸出裝置
150‧‧‧電源供給

Claims (28)

  1. 一種設備，包括：邏輯，以決定被分派至第一核心之功率限制；邏輯，以決定該第一核心的停滯計數；及邏輯，以至少基於被分派至該第一核心之功率限制及該第一核心的停滯計數來調變該第一核心之頻率，其中該第一核心被包含於多核心電腦環境中之通訊端的第一區塊中。
  2. 如申請專利範圍第1項之設備，另包括：邏輯，以決定該第一核心之估算功率需求，其中該第一核心之頻率係進一步基於該第一核心之估算功率需求而被調變。
  3. 如申請專利範圍第2項之設備，其中該功率限制藉由與該通訊端有關聯之功率控制單元(PCU)而被分派至該第一核心。
  4. 如申請專利範圍第1項之設備，其中調變該第一核心之頻率的邏輯係和與該通訊端有關聯之鎖相迴路(PLL)耦接。
  5. 如申請專利範圍第4項之設備，其中該通訊端將被建構成包含該第一區塊及第二區塊，且其中該第一區塊及該第二區塊將為與該PLL有關聯。
  6. 如申請專利範圍第5項之設備，其中該第一核心之頻率將和與該第二區塊有關聯之頻率獨立地被調變。
  7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之設備，其中 該第一區塊係包含該第一核心及第二核心，且其中該第一核心之頻率將和與該第二核心有關聯之頻率獨立地被調變。
  8. 如申請專利範圍第3項之設備，另包括邏輯，以決定藉由該PCU被分派至該第一核心之熱量限制。
  9. 如申請專利範圍第8項之設備，其中該第一核心之頻率將基於該熱量限制被調變。
  10. 如申請專利範圍第2項之設備，其中當該停滯計數係高於一閾值及該估算功率需求係少於該功率限制時，該第一核心之頻率被減少。
  11. 如申請專利範圍第2項之設備，其中該第一核心之頻率係與核心停滯比成比例地被調變。
  12. 如申請專利範圍第1至11項中任一項之設備，其中該第一核心之頻率係在該功率限制之界限內被調變。
  13. 如申請專利範圍第2項之設備，其中該第一核心之估算功率需求係藉由與該第一核心有關聯之核心局部功率單元(CLPU)的核心能量監視器所決定。
  14. 一種電腦實施之方法，包括：至少基於該核心之估算功率需求、分派至該核心的功率限制、及該核心之停滯計數，而至少與其他區塊中之核心獨立地調變多核心環境的第一區塊中之核心的頻率，其中該第一區塊及該其他區塊係與通訊端之鎖相迴路(PLL)有關聯。
  15. 如申請專利範圍第14項的電腦實施之方法，另包 括：決定該核心之估算功率需求；決定被分派至該核心之功率限制；及決定該核心的停滯計數。
  16. 如申請專利範圍第15項的電腦實施之方法，其中當核心停滯之次數係高於一閾值且該估算功率需求係少於該功率限制時，調變該第一區塊中之核心的頻率包含減少該核心之頻率。
  17. 如申請專利範圍第15項的電腦實施之方法，其中該核心之頻率係與核心停滯比成比例地被調變。
  18. 如申請專利範圍第17項的電腦實施之方法，其中該核心之頻率係在該功率限制之界限內被調變。
  19. 如申請專利範圍第14項的電腦實施之方法，其中該核心之估算功率需求係藉由與該第一核心有關聯之核心局部功率單元(CLPU)的核心能量監視器所決定。
  20. 如申請專利範圍第14項的電腦實施之方法，其中該第一區塊中之核心的頻率係與該第一區塊中之另一核心獨立地調變。
  21. 如申請專利範圍第14項的電腦實施之方法，其中當該停滯計數係高於一閾值且該估算功率需求係少於該功率限制時，該第一區塊中之核心的頻率被減少。
  22. 如申請專利範圍第14至21項中任一項的電腦實施之方法，其中該核心之頻率係與核心停滯比成比例地被調變。
  23. 如申請專利範圍第14至21項中任一項的電腦實施之方法，其中該核心之頻率係在該功率限制之界限內被調變。
  24. 一種系統，包括：鎖相迴路(PLL)，建構成與多核心環境中之時脈信號有關聯；通訊端，與該PLL耦接，且被建構成包含多數區塊，該等區塊之至少一者包含第一核心及第二核心，其中該第一核心被建構成包含邏輯，以：決定被分派至第一核心之功率限制；決定該第一核心之停滯計數；及至少基於被分派至該第一核心的功率限制與該第一核心之停滯計數，而和與該第一核心無關聯之區塊的頻率獨立地調變該第一核心的頻率。
  25. 如申請專利範圍第24項之系統，其中該第一核心被另建構成包含邏輯，以決定該第一核心之估算功率需求。
  26. 如申請專利範圍第25項之系統，其中該第一核心之頻率將基於該第一核心之估算功率需求而被調變。
  27. 如申請專利範圍第25項之系統，其中該第一核心之頻率將基於被分派至該第一核心之功率限制及該第一核心的估算功率需求間之比較而被調變。
  28. 如申請專利範圍第24至27項中任一項之系統，其中該第一核心之頻率係與該第二核心之頻率獨立地被調變。
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