高性能嵌入式微处理器集群的主动峰值功率管理的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于主动峰值功率管理的系统和方法。更具体地，本文中公开的一些实施例涉及高性能嵌入式微处理器集群的峰值功率管理。
【背景技术】
[0002]手持嵌入式系统的电源通常在成本、形状因数和最高预期性能水平下的可持续电流之间进行取舍。这允许价格最佳化设计，同时维持系统的日常性能要求。
[0003]然而，一些应用程序和/或特别设计的测试可能能够超过设计极限，并且需要系统调节微处理器集群的性能以保持在可持续供应包络内。
[0004]为了实现有限持续时间和缓冲电流涌入事件的峰值性能，采用芯片封装和板级电容器。电源调节之前的这些递送峰值电流可满足需求。在每个峰值性能事件下，电源将这些系统电容器再充电，从而添加至电源的基本负载。如果电源无法满足该需求，则系统经历电压降。为了避免系统故障，添加处理器系统的电压和频率的操作裕度(operating margin)。
[0005]CPU功率要求和电源刚度之间的这种军备竞赛(arms race)添加了材料清单而没有对平均系统性能作出贡献。迄今为止，已通过以下操作实现了在不增加电源能力和系统操作裕度的情况下降低峰值功率:在功率密集型指令的分派时间进行的预测性功率估计以及基于预测进行的对功率密集型指令的分派速率的控制；以及在CPU核心供应线路处进行的用于临机操作(ad-hock)分派速率降低或基于正在进行中的指令的时钟抖动的电压降传感器使用。此类方法改进了系统，但并不影响主动去耦电容和电源刚度之间的比率。因此，仍然需要电源及时对所有峰值放电电容进行再充电以防止显著电压降。
[0006]因此，将迫切需要一种包括至少一个功率管理单元的系统和/或一种主动地缓和峰值功率需求的方法。
【发明内容】
[0007]—般而言，本文中所述的系统和方法的优点包括允许电源刚度的放宽，但持续使得系统能够提供高功率指令的峰值性能突变。使用本文中所述的系统，可使用较低成本的电源，而不会损害在峰值功率事件期间的功能。经常基于功耗病毒(power virus)诊断对前几代封装级电容器和供应栗进行尺寸设定和放置，这是一种用于评估峰值功率电容器放置的方法。由于本文中所述的系统的主动控制因素，与先前实施方式相比，可能不会增大封装和板级电容的量，但是支持较高峰值性能。
[0008]在一些实施例中，一种系统可包括一个或多个电压降控制器(或更简单地，电压控制器)。该电压控制器可耦接至提供在集成电路的功率输入上的电容器的子集，并且可检测正导致(或可导致)电源电压降的峰值功率事件。该电压控制器可启用电容器的子集以在峰值功率事件期间供应附加电流，该附加电流可增强在峰值功率事件期间的电源电压的稳定性。随后，可停用子集并且对该子集进行再充电。在一些实施例中，可通过一串电阻来控制再充电速率，以减小对电源上的电容器进行再充电的负载。还可包括一个功率管理单元。该功率管理单元可起作用以响应于预先确定条件(包括功率门控事件、电源接通事件、集成电路中的电路的性能水平变化等)来传输将在系统内供应的电压改变至新电压水平的请求。在一些实施例中，当需要电压增大时，启用电容器的子集以便响应于预先确定条件来提供附加能量。
【附图说明】
[0009]以下详细描述参考附图，现简要描述这些附图。
[0010]图1描绘了结合高性能嵌入式微处理器集群使用的包括两个电压控制器的系统的图示的实施例。
[0011]图2描绘了使用至少一个电压控制器来管理峰值功率的方法的图示的实施例。
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[0013]在图中以举例的方式示出特定实施例并且将在本文中详细描述这些特定实施例。然而，应当理解，图示和详细描述并不旨在将权利要求限制于所公开的特定实施例，甚至在相对于特定特征仅描述单个实施例的情况下也是如此。相反地，该意图涵盖对于受益于本发明的本领域技术人员而言将显而易见的所有修改形式、等同形式和替代形式。除非另有陈述，否则本发明中所提供的特征的实例旨在为说明性的而非限制性的。
[0014]本文中所使用的标题仅用于组织目的，并且不意在用于限制该描述的范围。如贯穿本专利申请所使用的字词“可能”仅在允许意义(即，意味着有可能)而非强制意义(即，意味着必须)上使用。字词“包括”(“include” “ including”和“ includes”)指示开放式关系，因此意味着包括但不限于。类似地，字词“具有”(“have” “having”和“has”)也指示开放式关系，因此意味着具有但不限于。如本文中使用的术语“第一”、“第二”、“第三”等用作这些术语之后的名词的标记，并且并不暗含任何类型的排序(例如，空间、时间、逻辑等)，除非以其它方式明确指示此种排序。例如，除非以其它方式指定，否则“电连接到模块基板的第三晶粒”并不排除“电连接到模块基板的第四晶粒”是在第三晶粒之前连接的情况。类似地，“第二”特征并不需要在“第二”特征之前实施“第一”特征，除非另有说明。
[0015]各种部件可被描述为“被配置为”执行一项或多项任务。在这些情况下，“被配置为”是广泛表述，其通常意味着“具有在操作期间执行一项或多项任务的结构”。因而，该部件可被配置为执行任务，即使该部件当前没有执行该任务时也是如此(例如，一组电导电体可被配置为将模块电连接到另一模块，即使这两个模块未连接时也是如此)。在一些情况下，“被配置为”可为对结构的广泛表述，其通常意味着“具有在操作期间执行一项或多项任务的电路”。因而，该部件可被配置为执行任务，即使该部件当前未工作时也是如此。通常，形成与“被配置为”对应的结构的电路可包括硬件电路。
[0016]为了描述的方便，可将各种部件描述为执行一项或多项任务。这种描述应解释为包括短语“被配置为”。表述被配置为执行一项或多项任务的部件明确地不旨在援引35U.S.C § 112第六段对于该部件的解释。
[0017]本发明的范围包括本文中所公开的特征中的任一特征或组合(明显地或隐含地)，或其任何一般化，而不管其是否缓解本文中所提出的问题中的任一个问题或全部问题。因此，可在针对特征的任何此类组合贯彻该专利申请(或向其要求优先权的专利申请)期间制定新的权利要求。具体地，参考随附权利要求，可将来自从属权利要求的特征与独立权利要求的特征组合，并且可以任何适当的方式组合而非仅以随附权利要求中所列举的特定组合的形式来组合来自相应独立权利要求的特征。
【具体实施方式】
[0018]本说明书包括对“一个实施例”(“one embodiment”或“an embodiment”)的参考。短语“一个实施例”(“one embodiment”或“an embodiment”)的出现未必是指同一实施例。可与本公开一致的任何合适的方式来组合特定特征、结构或特性。
[0019]在一些实施例中，系统可包括至少一个电压控制器。图1描绘了包括两个电压控制器150a至150b的系统100 (例如，高性能嵌入式微处理器集群)的图示的实施例。图2描绘了使用至少一个电压控制器150来管理峰值功率的方法的图示的实施例。电压控制器中的至少一个电压控制器可在使用期间评估预先确定条件的出现(300)。在一些实施例中，该系统可包括至少第一电容器120。该至少第一电容器可耦接至电压控制器中的至少一个电压控制器，使得电压控制器中的至少一个电压控制器启用至少第一电容器，以在预先确定条件出现时供应附加电流(310)。该电压控制器可耦接至提供在集成电路的功率输入上的电容器(例如，第一电容器120)的子集，并且可检测正导致(或可导致)电源电压降的峰值功率事件。该电压控制器可启用电容器的子集以在峰值功率事件期间供应附加电流，该附加电流可增强在峰值功率事件期间的电源电压的稳定性。
[0020]当不再需要电流增大时，可停用至少第一电容器(320)。可在停用至少第一电容器时对其进行充电330，直至达到预先确定容量。在一些实施例中，可通过一串电阻来控制再充电速率，以减小对电源上的电容器进行再充电的负载。还可包括一个功率管理单元。所述功率管理单元可起作用以响应于预先确定条件(包括功率门控事件、电源接通事件、集成电路中的电路的性能水平变化等)来传输将在系统内供应的电压改变至新电压水平的请求。在一些实施例中，当需要电压增大时，启用电容器的子集以便响应于该预先确定条件来提供附加能量。
[0021]在一些实施例中，电容器120a至120b可耦接至电源开关130a至130b的单独集合。这些电源开关可将电容器120a至120b分别耦接至CPU 140a至140b。该方法可包括在不再需要电压增大时停用至少第一电容器(320)。
[0022]电源开关120a至120b可形成一个或多个CPU 140a至140b的整体功率门控的一部分，但在一些实施例中，可在CPU超过某个电压降裕度或预测功率损耗超过给定阈值的情况下启用这些电源开关。某一电压降裕度可起因于在CPU核心供电线路处进行的用于临机操作分派速率降低或基于正在进行中的指令的时钟抖动的电压控制器使用。预测功率损耗可起因于在功率密集型指令的分派时间进行的预测性功率估计和基于预测的对分派速率的控制。
[0023]电容器120a至120b的附加电荷可桥接正在进行中的指令的完成时间，并且可提供由CPU提供的最大性能窗口的扩展，这取决于电容器尺寸。
[0024]在一些实施例中，一种系统可包括评估至少电容器120a至120b的电压水平的电压控制器150a至150b。功率管理单元110可在电压控制器响应于预先确定条件来评估不足的电压时通知系统(在一些实施例中，电压控制器可通知该系统)。在启动峰值功率电容器120a的情况下，电压降控制器可基于电容器中的可用电荷影响CPU 140a指令分派控制，以减少高功率指令的数量。
[0025]在一些实施例中，在停用至少第一电容器时以抑制系统的平均峰值功率要求增大的速率对其进行充电，直至达到预先确定容量。