一种处理器启动的方法

文档序号:9375221
一种处理器启动的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成电路技术领域,尤其涉及一种处理器启动的方法。
【背景技术】
[0002]随着集成电路技术的发展,目前芯片已经实现在越来越先进的工艺节点上,即芯片的性能越来越高,同时芯片的工作频率也比较高,因此芯片的功耗也比较大,但是并不是所有的应用程序都需要芯片工作在最高性能模式下,同时芯片也并不是所有时间都需要最高性能。因此为了减小芯片的功耗,动态电压频率调节(Dynamic Voltage and FrequencyScaling,简称DVFS)技术就应运而生。DVFS技术是根据芯片运行的应用程序对计算能力的不同需要,动态的调整芯片的工作电压和运行频率,从而降低芯片的功耗方法。目前服务器的处理单元结构如附图1所示,服务器的处理器芯片I由N个处理器组成,分别为处理器111,处理器112,……处理器11N,其中N > O。该处理器芯片有N个本地片上缓存,分别为本地片上缓存121,本地片上缓存122,……本地片上缓存12N,这N个本地缓存分别对应于处理器111,处理器112,……处理器11N。图中131为片上共享缓存,N个处理器通过片上共享缓存131进行数据的交互,N个本地片上缓存和片上共享缓存131均是由静态随机存储器(Static Random Access Memory,简称SRAM)实现,图中141为图形处理器,专门用于图像处理等工作。图中151为最后一级缓存,它为一个独立的芯片,最后一级缓存一般是由嵌入式动态随机访问存储器(Embedded Dynamic Random Access Memory,简称eDRAM)实现,独立的最后一级缓存芯片与处理器芯片通过多芯片封装技术(Mult1-Chip Package,简称MCP)封装在一起形成服务器的处理单元结构。举例说明服务器在以下三种情况时会利用DVFS技术动态调整电压和频率,从而达到降低功耗的目的:
[0003]1、服务器中的处理器在处理不需要高性能的任务时,这些处理器的工作电压和频率就会被降低,从而降低处理器的功耗;
[0004]2、当一些处理器不需要处理任务时,那么这些处于空闲状态的处理器会被关闭,相应的片上缓存或/和最后一级缓存的工作电压应降为片上缓存或/和最后一级缓存的保持电压,所谓片上缓存或/和最后一级缓存的保持电压即保证片上缓存或/和最后一级缓存中的数据不丢失所需要的最小的电压;
[0005]3、一些处理器不需要处理任务而且相对应的片上缓存或/和最后一级缓存也不需要保持数据,因此可以将空闲的处理器和相应的片上缓存或/和最后一级缓存关闭,从而进一步节省功耗。
[0006]下面我们分别从功耗降低、处理器被唤醒到处理任务所需要的时间和出现软错误的几率三个方面对上面可以利用DVFS技术的三种情况进行如下分析:
[0007]A、功耗降低方面;因为情况I中服务器中的处理器和相应的片上缓存或/和最后一级缓存仍在工作,只是减小了处理器和相应的片上缓存或/和最后一级缓存的工作电压和频率,在这里我们记该情况下功耗降低量为Pl ;情况2中空闲的处理器被关闭,相应片上缓存或/和最后一级缓存的工作电压降低为保持电压,在这里我们记该情况下功耗的降低量为P2 ;情况3中不仅空闲的处理器被关闭,相应的片上缓存或/和最后一级缓存也被关闭,在这里我们记该情况下功耗的降低量为P3,从以上分析我们很容易看出功耗降低量的关系为P3>P2>P1。
[0008]B、处理器被唤醒到处理任务所需要的时间;情况I中处理器只是工作电压和频率被相应的降低,但是处理器仍然在工作,所以处理器如果要处理需要高性能的任务时,可以很快的进入高性能模式,在这里我们记处理器从该模式切换到处理任务所需要的时间为tl(tl很小);情况2中空闲的处理器被关闭,但是片上缓存或/和最后一级缓存中仍然存储着数据,因此只需要将处理器唤醒,处理器就可以执行相应的任务,在这里我们记处理器醒来到处理任务所需要的时间为t2 ;情况3中空闲的处理器被关闭,相应的片上缓存或/和最后一级缓存也被关闭,因此不仅要将处理器唤醒,同时要将相应的片上缓存或/和最后一级缓存唤醒,而片上缓存一般是由静态随机存储器实现(SRAM),最后一级缓存一般是由嵌入式动态随机存储器(eDRAM)实现,在掉电后存储在静态随机存储器和嵌入式动态随机存储器中的数据会丢失,所以此时片上缓存或/和最后一级缓存中没有数据,需要从片外大容量存储器中搬运数据到内存中,再由内存搬运到片上缓存中,在这里我们记处理器从醒来到处理任务所需要的时间为t3,从以上分析中我们可以得到3种情况下处理器从醒来到处理任务所需要的时间关系为t3?t2>tl。
[0009]C、出现软错误的几率;对于静态随机存储器和动态随机存储器来说,由于宇宙射线和芯片中其他放射性元素的存在,静态随机存储器和动态随机存储器可能会出现一定数量的软错误,而且静态随机存储器和动态随机存储器的工作电压越低,静态随机存储器和动态随机存储器出现软错误的几率越大。传统的服务器中片上缓存是由静态随机存储器实现,最后一级缓存是由嵌入式动态随机存储器实现,情况I中由于片上缓存或/和最后一级缓存的工作电压降低,所以片上缓存或/和最后一级缓存出现软错误的几率会增大,记此时片上缓存或/和最后一级缓存出现软错误的几率为Cl ;情况2中片上缓存或/和最后一级缓存的电压被降为保持电压,因此情况2中片上缓存或/和最后一级缓存出现软错误的几率比情况I大,记此时片上缓存或/和最后一级缓存出现软错误的几率为C2 ;因为情况3中片上缓存或/和最后一级缓存被关闭,所以在这里我们就不讨论情况3中片上缓存或/和最后一级缓存出现软错误的几率。从以上分析我们可以得到情况I和情况2片上缓存或/和最后一级缓存出现软错误的几率关系为:C2>C1。
[0010]在目前的服务器应用中,服务器一般不会频繁进入情况2和情况3,因为虽然服务器的功耗降低了很多,但是由于服务器中的处理器从被唤醒到处理任务所需要的时间太长,在很大程度上降低了服务器的性能。同时由于片上缓存或/和最后一级缓存的工作电压降低,片上缓存或/和最后一级缓存出现软错误的几率增大,同样会降低服务器的性能。
[0011]目前在数据中心中为了解决处理器工作时的散热问题,一般通过在处理器芯片上面加上风扇来加快处理器的散热,但是无论服务器中的处理器处于以上DVFS的哪一种情况下,风扇一直以相同的频率在工作。风扇的转动是靠马达的带动,因此马达在带动风扇时也会带来一定的热量,因此对于数据中心的机柜来说,需要空调对机柜进行降温,而机柜中的空调在降温的同时也会散发热量,因此整个放置机柜的房间也需要进行降温,这样就会使数据中心的成本增大,所以说即使处理器利用DVFS技术降低处理器的工作电压和频率,在一定程度上降低了服务器的功耗,但是并不能进一步的降低数据中心的功耗。

【发明内容】

[0012]鉴于上述技术问题,本发明提供一种处理器启动的方法,可应用于设置有处理单元结构的服务器上(如数据中心的服务器),所述处理单元结构具有包括处理器芯片和非易失性存储器的MCP芯片,且所述服务器预设超低功耗模式,所述方法包括:
[0013]所述服务器退出所述超低功耗模式时,所述处理器芯片读取所述非易失性存储器和/或所述片上缓存和/或所述片外缓存中存储的数据进行启动操作。
[0014]作为一个优选实施例,上述的处理器启动的方法中:
[0015]所述处理器单元结构还包括内存、片上缓存和/或片外缓存;以及
[0016]所述服务器工作在所述超低功耗模式时,至少部分所述处理器芯片和/或至少部分所述内存和/或至少部分所述非易失性存储器和/或至少部分片上缓存和/或至少部分片外缓存均被置于关闭模式或待机模式。
[0017]作为一个优选实施例,上述的处理器启动的方法的所述服务器还包括片外大容量存储器,且所述方法中:
[0018]所述服务器退出所述超低功耗模式时,
[0019]若所述片上缓存或/和所述片外缓存处于关闭状态,且所述内存也处于关闭状态时,所述处理器芯片直接从所述非易失性存储器中读取存储的数据,以进行所述启动操作;
[0020]若所述片上缓存或/和所述片外缓存被打开,且所述内存处于关闭状态时,所述处理器芯片直接从所述非易失性存储器中读取存储的数据进行所述启动操作的同时,从所述非易失性存储器向所述片上缓存或/和所述片外缓存中搬运数据;或者
[0021]所述处理器芯片从所述非易失性存储器向所述片上缓存或/和所述片外缓存搬运数据,接着再利用所述处理器芯片执行所述片上缓存或/和所述片外缓存中的数据,以进行所述启动操作;
[0022]若所述片上缓存或/和所述片外缓存被打开,且所述内存也被打开时,所述处理器芯片从所述非易失性存储器中执行应用程序进行所述启动操作的同时,从所述非易失
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