稳定处理设备的性能的制作方法

稳定处理设备的性能


背景技术：

1.处理器在外部数据源上执行操作以便执行计算机可读程序代码。除其他外，示例处理器尤其包括中央处理单元、图形、视频、张量、神经、物理，以及数字处理单元等。这些中的每一个都可以实现采用时钟信号来对处理器所执行的操作进行稳步（pace）的某些电路。
附图说明
2.附图示出了本文所述原理的各种示例，并且是说明书的一部分。所示出的示例仅用于说明，而不限制权利要求的范围。
3.图1是描绘根据本文所述原理的示例的稳定处理设备的性能的方法的流程图。
4.图2是示出根据本文所述原理的示例的在不同热容量状态下的不同可能状态的曲线图。
5.图3是描绘根据本文所述的原理的示例的操作中央处理单元(cpu)的方法的流程图。
6.图4是根据本文所述原理的示例的中央处理单元(cpu)自适应功率控制器的框图。
7.在所有附图中，相同的附图标记表示相似的但不一定相同的要素。附图不一定按比例，并且一些部件的尺寸可能被放大以更清楚地图示所示的示例。此外，附图提供了与本描述一致的示例和/或实现方式；然而，本描述并不局限于附图中提供的示例和/或实现方式。
具体实施方式
8.处理设备接收并执行计算机可读程序代码。可以从处理设备外部的数据存储设备接收计算机可读程序代码。处理设备还可以使数据被高速缓存在高速缓存或其他存储设备中。然而，在使用期间，提供给处理设备的能量增加了由处理设备产生的热量。如果热量超过某一阈值，则处理设备本身可能会被损坏。在许多情况下，包括缺乏适当的散热、超频和灰尘在处理设备上或附近的积聚，都会增加热量。
9.为了防止来自热量增加对处理设备造成的损坏，处理设备本身可以包括热监视器，该热监视器实时读取处理设备的温度并采取行动，使得处理设备的热量不超过阈值温度。热监视器可以监视处理设备内的单个或多个核。在本文的特定示例中，热监视器可以被设置成监视满足和/或超过由处理设备的制造商设置的最大热容量的阈值温度。最大热容量可以基于由处理设备上的相关联的吸热器（heat bump）的能力产生的预测环境温度来设置，并且还可以是处理设备将要或被请求操作的时钟速率的函数。由于较快的时钟速率提高温度(即，经由功耗)，并且由于任何给定处理设备的热容量，由处理设备的制造商设置的最大热容量可以遵循以下等式：p=c*v2*（a*f)
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等式1其中，“p”是提供给处理设备的功率，“v”是提供给处理设备的能量的电压，“f”是以赫兹(hz)测量的频率(时钟速率)，“c”是与电容器存储的能量相关联的常数，并且“a”是
常数。
10.然而，表示由处理设备的制造商设置的最大热容量的阈值温度可以被设置成保守温度。该保守温度可以被设置在处理设备可以承受的较低温度，使得不会达到处理设备能够承受的最大温度(即，故障温度)。结果，在表示由处理设备的制造商设置的最大热容量的阈值温度与处理设备可以能够承受的实际最大温度之间可能形成温度间隙。另外，表示由处理设备的制造商设置的最大热容量的阈值温度可以为增加时钟速率而不损坏处理设备留出空间。更进一步，实际的环境温度可以更低，从而允许与处理设备相关联的散热器能够耗散额外的热量。这允许更高的时钟速率，而不会使处理设备的热量增加超过处理设备的热监视器所预期的。本文描述的本方法和系统允许来自在制造商的温度限制和/或时钟速率下操作的处理设备的额外处理输出，同时还防止了对处理设备的损坏。本文描述的本方法和系统还提供了一种处理设备，该处理设备与其他制造商的温度和节流方法相比具有针对终端用户的相对更好的性能。
11.本说明书描述了一种稳定处理设备的性能的方法，包括：从处理设备的热控制电路确定处理设备的任意数量的核的最大操作温度；基于所述处理设备的最大热容量将最大功率设置为低于所述最大操作温度的功率；当所述最大热容量低于设置的温度时，增加提供给所述处理设备的功率；以及，当处理设备的操作要超过处理设备的任何核的操作温度时，将提供给处理设备的功率置于相对于操作温度和最大热容量的中间功率水平。
12.本说明书还描述了一种操作中央处理单元的方法，包括：基于中央处理单元(cpu)的最大热容量将提供给cpu的最大功率设置为低于最大操作温度；当所述最大热容量低于设置的温度并且处于节流状态时，增加提供给所述cpu的功率；以及，当cpu的操作要超过操作温度时，将提供给cpu的功率置于相对于操作温度和最大热容量的中间功率水平；以及，当提供给cpu的功率增加时，接合节流最大热容量，以在提升时段内超频cpu。
13.本说明书还描述了一种中央处理单元(cpu)自适应功率控制器，其包括：具有多个核的cpu；热容量监视器，用于：从所述cpu的热控制电路确定cpu的任何数量的多个核的最大操作温度；以及，基于cpu的最大热容量将最大功率设置为低于最大操作温度的功率；以及，当最大热容量低于设置的温度时，增加提供给cpu的功率；其中，当提供给所述cpu的功率增加时，接合（engage）节流最大热容量以在提升时段内对所述多个核中的任何核进行超频。
14.现在转到附图，图1是描绘根据本文描述的原理的示例的稳定处理设备的性能的方法(100)的流程图。处理设备可以是可以从数据存储设备接收任何类型的数据作为输入并提供输出的任何类型的处理设备。处理设备可以包括电子电路的任何组合以便于处理该数据。在示例中，处理设备可以形成计算设备的一部分，除其他外，所述计算设备诸如服务器、台式计算机、膝上型计算机、个人数字助理(pda)、移动设备、智能电话、游戏系统和平板电脑。为了实现其期望的功能，计算设备可以包括各种硬件组件。在这些硬件组件中可以是本文描述的处理设备、多个数据存储设备、多个外围设备适配器和多个网络适配器。这些硬件组件可以通过使用多个总线和/或网络连接而互连。在一个示例中，处理设备、数据存储设备、外围设备适配器和网络适配器可以经由总线通信地耦合。在本文呈现的一些示例中，处理设备可以热和/或机械地耦合到吸热器。吸热器可用于将热量从处理设备传递到周围环境中，以便冷却该处理设备。热量从处理设备传递到周围环境的速率可以在计算设备制
造时确定。在示例中，可以将这种信息提供给处理设备以供参考，以便执行本文所述的方法的功能。
15.如本文所述，处理设备可以包括用于从数据存储设备提取可执行代码并执行该可执行代码的硬件架构。可执行代码在由处理器执行时可以使处理器实现结合本文描述的本说明书的方法描述的功能。在执行代码的过程中，处理设备可以从多个剩余硬件单元接收输入并向其提供输出。在本文描述的特定示例中，可以接收数据并将其发送到热控制电路以控制处理设备的时钟速率/温度。在示例中，热控制电路可以是由处理设备本身或单独的处理设备执行的计算机可执行程序代码形式的。在示例中，热控制电路可以是专用集成电路(asic)形式的。该asic可以由处理设备访问或者形成为处理设备的一部分，使得在处理设备的操作期间，处理设备可以能够访问以下信息：除了其他数据之外关于散热器的热传递特性、描述相对于功耗的处理设备的预期热输出的数据、以及描述相对于处理设备的时钟速率的处理设备的预期热输出的数据，除本文所述的其他类型的数据之外。
16.与处理设备相关联的数据存储设备可以存储诸如由处理设备执行的可执行程序代码之类的数据。在示例中，数据存储设备可以具体地存储表示处理设备执行以实现本文描述的功能的多个应用的计算机代码。数据存储设备可以包括各种类型的存储器模块，包括易失性和非易失性存储器。例如，本示例的数据存储设备包括随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)和硬盘驱动器(hdd)存储器。还可以利用许多其它类型的存储器，并且本说明书考虑了在数据存储设备中使用如可以适合本文描述的原理的特定应用的许多不同类型的存储器。
17.方法(100)可以包括从处理设备的热控制电路确定(105)处理设备的任何数量的核的最大操作温度。在示例中，与任何给定核相关联的最大操作温度可以被存储在数据存储设备上和/或由热控制电路维护，如本文所述。最大操作温度可以是处理设备在由于过热而发生故障之前可以承受的最大操作温度(即，故障温度)。在替选示例中，最大操作温度可以是小于处理设备的故障温度但大于制造商的操作温度限制的某个操作温度。因此，在所确定的(105)最大操作温度和制造商的操作温度限制之间产生了温度间隙。本说明书描述了在温度间隙内的处理设备的操作，而不管制造商的操作温度限制如何。
18.在操作期间，处理设备和/或热控制电路可以确定(105)任何给定核的最大操作温度。热控制电路可以实时地监视处理设备的热量，并且可以用于确定操作温度是否以及何时满足或被预测为满足最大操作温度。此外，最大操作温度可以是由处理设备的制造商设置的温度，并且可以取决于多个因素，除其他因素外包括处理设备的电路的硬件结构和用于形成处理设备的材料的类型。然而，不管所述因素如何，最大操作温度都可以在处理设备制造时提供，并存储在与处理设备相关联的数据存储设备上。
19.方法(100)可以包括基于处理设备的最大热容量将最大功率设置(110)为低于最大操作温度的功率。如本文结合以上等式1所述，提供给处理设备的功率可以与处理设备的时钟速率的以赫兹为单位的频率相关。由于由处理设备维护或由处理设备可访问的数据包括了关于最大操作温度与由处理设备消耗的功率之间的关系的数据，所以最大热容量可以通过例如参考查找表来确定。在该示例中，查找表可以包括描述在对应功耗下由处理设备产生的热量以及相应的时钟速率的任何数量的关系。
20.当最大热容量低于设置的温度时，方法(100)可以继续增加(115)提供给处理设备
的功率。由于处理设备在某些情况(即，散热器的时钟速率和散热能力)下已经访问了与处理设备的热容量相关联的数据，所以当计算的热容量尚未达到在处理设备的制造时间定义的最大操作温度时，可以增加功率。在示例中，处理设备的最大热容量可以被设置为35摄氏度。在该示例中，时钟速率可以被设置为4.6 ghz，而不增加处理设备的操作温度。另外，这可以导致150瓦特功率的功率消耗。然而，在当前操作温度低于最大热容量的情况下，处理器可能被超频，或者额外的功率可能被处理器用来提高处理速度。这会导致温度的增加，但是这种增加不会对达到最大操作温度的点过量。
21.当处理设备的操作要超过处理设备的任何核的操作温度时，方法可以继续将提供给处理设备的功率置于(120)相对于操作温度和最大热容量的中间功率水平。因此，在最大热容量低于设置的温度的情况下，处理器可以在较高时钟速率下操作而不被节流。在最大热容量高于设置的温度的示例中，可以实现处理设备的正常节流。然而，利用本文所述的方法(100)，可以稳定处理设备的性能，从而产生更好的整体性能。
22.举例来说，处理设备可被设置成具有被设置为150瓦特的最大功率。这可以对应于处理设备在4.7 ghz、35摄氏度的设置的温度下操作。如果处理设备的实际温度或预测温度低于35摄氏度，则处理设备可以具有以诸如4.9 ghz的相对较高的时钟速率运行的能力。然而，在重负载过程期间，基于设置的温度，给处理设备的功率可被限制到150瓦特。在这种情况下，处理设备的时钟速率通常将从4.9 ghz回落到4.7 ghz。利用本文描述的方法(100)，处理设备的功率可以从150瓦特增加到170瓦特，并且将时钟速率保持在4.9 ghz。这导致随时间的相对更好的平均性能。另外，在设置的温度高于35摄氏度的情况下，热容量可被设定为较低功率，例如130瓦特，从而防止了时钟速率的任何节流，以便保持处理设备的时钟以4.5 ghz而不是下降到4.3 ghz来运行。
23.图2是示出根据本文所述原理的示例的在不同热容量状态下的不同可能状态的曲线图。如可以看出，存在第一状态(205)，其中，在该示例中，设置的最大热容量为35摄氏度环境温度。环境温度是在给定功率水平下处理设备的预测温度的温度。同样，该环境温度可以由查找表来定义，或者从制造时关于处理设备的数据来推断。由于不同的处理设备包括了不同的材料和特性，所以本文所述的特定最大操作温度、最大功率、最大热容量和设置的温度仅为示例，并且本文的方法和系统中所述的原理也仅为示例。第一状态的功率水平(150瓦特)可由处理设备的制造商来定义，并产生了4.6 ghz的默认时钟速率。因此，在该示例中，基于设置(110)的最大热容量的最大功率是150瓦特。然而，在第二状态(210)，功率增加到180瓦特，因为环境温度已被检测为25摄氏度。由于环境温度较低，所以处理设备的热容量增加，从而允许向处理设备提供更多的功率。给处理设备的更多功率会导致相对较高的时钟速率，并且在此示例中，可以导致约4.9 ghz的时钟速率。如本文所述，处理设备可以超过预定义最大功率操作以便利用较低环境温度情形。
24.更进一步地，处理设备可以被设置为第三状态(215)。在该状态下，可以基于处理设备的温度并通过使用本文所述的方法来超驰控制热控制电路偏移(tcc)触发器。在之前制造的系统中，tcc可以在检测到阈值处理设备温度（例如97摄氏度，或者在另一示例中，在90至99摄氏度之间）时触发。在先前制造的系统中在tcc阈值温度的触发时，处理设备就可以停止工作几毫秒，直到温度降到低于阈值处理设备温度。这种节流会使显著更低的功率提供给处理器：在该示例中，130瓦特。即使当处理设备的热容量降至140瓦特时，该状态
(215)显著较低的时钟速率(即，4.3 ghz)。
25.为了减轻当达到tcc阈值温度时处理设备性能的降低，当热控制电路检测到tcc被触发或将被触发时，处理设备可以被设置为第四状态(220)。在该状态(220)下，热控制电路可以将提供给处理设备的功率设置(120)为相对于操作温度和最大热容量的中间功率水平。在示例中，在该状态(220)下提供给处理设备的功率可以是140瓦特。通过这样做，可以实现处理设备的最大处理能力。实际上，代替允许处理设备被降级到第三状态(215)，处理设备满足可以被置于处理设备上的温度阈值和功率阈值两者。因此，该方法(100)和系统防止了对处理设备的损坏，同时仍然以相对一致和较高时钟速率的形式平均地实现了更好的性能。
26.图3是描绘根据本文描述的原理的示例的操作中央处理单元(cpu)的方法(300)的流程图。方法(300)可以包括基于中央处理单元(cpu)的最大热容量将提供给cpu的最大功率设置(305)为低于最大操作温度。然后，当最大热容量低于设置的温度并且处于节流状态时，可以增加(310)提供给cpu的功率。如本文所述，cpu在从制造商接收之后可能受到两个不同的限制：功率限制(即，设置cpu的最大热容量)和热控制电路偏移(tcc)(即，设置节流温度)。因此，本文描述的方法(300)适应这两个限制，同时仍然最大化cpu的处理能力。
27.方法(300)还可以包括当cpu的操作将超过操作温度时，将提供给处理设备的功率置于(315)相对于操作温度和最大热容量的中间功率水平。这样做，使得当提供给cpu的功率增加时，可以接合节流最大热容量以在提升时段中超频cpu(320)。在示例中，该提升时段可以是100毫秒。在示例中，提升时段可以在50毫秒至150毫秒之间。因为在此示例中，tcc是基于温度数据触发的，所以在一些情况下cpu的超频可能不一定导致达到tcc阈值。在示例中，提升时段由指数加权滑动平均(ewma)来定义，并且在多个不同处理设备上可以不是固定的数量。在示例中，ewma可以与任何给定处理设备特定的图表相关联。举例来说，ewma图表可以示出70℃的处理设备在30秒的时段内可以导致10秒的提升。在另一示例中，ewma图表可以示出处理设备表现出在过去的30秒内已经出现了处理设备的温度为95℃，这种情况可能会得到100ms的提升时段。因此，本说明书考虑了ewma与数据存储设备上维护的随附图表一起使用，以便确定本文描述的提升时段。
28.图4是根据本文所述原理的示例的中央处理单元(cpu)自适应功率控制器(400)的框图。cpu自适应功率控制器(400)可以包括cpu(405)，该cpu包括多个核(410
‑
1、410
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2、410
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3、410
‑
n)。cpu(405)内的核(410
‑
1、410
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2、410
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3、410
‑
n)的实际数量可以变化，并且本说明书考虑使用其中具有任何数量的核(410
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1、410
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2、410
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3、410
‑
n)的任何cpu(405)。
29.cpu(405)可以是任何类型的处理设备，其可以从数据存储设备接收任何类型的数据作为输入并提供输出。处理设备可以包括电子电路的任何组合以便于处理该数据。在示例中，cpu(405)可以形成计算设备的一部分，所述计算设备除其他类型的计算设备外诸如服务器、台式计算机、膝上型计算机、个人数字助理(pda)、移动设备、智能电话、游戏系统和平板电脑。
30.cpu自适应功率控制器(400)还可以包括热容量监视器(415)。热容量监视器(415)可以通信地耦合到cpu(405)本身以便接收输入并向cpu(405)发送数据以促进本文描述的过程和方法。可在热容量监视器(415)与cpu(405)之间交换的数据的示例可包括关于作为一组或单独的核(410
‑
1,410
‑
2,410
‑
3,410
‑
n)中的每一个的温度数据以及根据本文所述的
方法(100,300)来设置提供给cpu(405)的功率的指令。
31.热容量监视器(415)可由cpu(405)或其他处理设备执行以从cpu(405)的热控制电路确定cpu(405)的多个核(410
‑
1,410
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2,410
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3,410
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n)中的任何数量的核的最大操作温度。当最大热容量低于设置的温度并且处于节流状态时，热容量监视器(415)还可以增加提供给cpu的功率。更进一步地，当cpu的操作超过操作温度时，热容量监视器(415)可以进一步将提供给cpu的功率置于相对于操作温度和最大热容量的中间功率水平。此外，当提供给cpu的功率增加时，热容量监视器(415)可以接合节流最大热容量以在提升时段内超频cpu。同样地，提升时段可以在50至150毫秒之间，或者可以特定于如本文描述的ewma图表。在示例中，提升时段可以是100毫秒。在示例中，最大操作温度可以在90摄氏度至110摄氏度之间。在示例中，最大操作温度可以是97摄氏度。
32.本文参考根据本文描述的原理的示例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图图示和/或框图来描述本系统和方法的方面。流程图图示和框图的每个框以及流程图图示和框图中的框的组合可以由计算机可用程序代码来实现。计算机可用程序代码可以被提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以产生一种机器，使得计算机可用程序代码在经由例如计算设备的cpu(405)或其他可编程数据处理设备执行时实现流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能或动作。在一个示例中，计算机可用程序代码可以被包含在计算机可读存储介质内；该计算机可读存储介质是计算机程序产品的一部分。在一个示例中，计算机可读存储介质是非暂时性计算机可读介质。
33.说明书和附图描述了一种稳定处理设备的性能的方法和执行该方法的cpu自适应功率控制器。cpu自适应功率控制器可以提高其操作的处理设备的整体性能，以使得不实现时钟速度的降低。这允许计算设备在不执行本文描述的方法的情况下不能实现的速度下操作。
34.已经呈现了前面的描述以说明和描述所描述的原理的示例。本说明书不意图是穷举的，也不是要将这些原理限制为所公开的任何精确形式。根据上述教导，许多修改和变化是可能的。