控制多核環(huán)境中的功率消耗的制作方法
【專利摘要】在多核環(huán)境中實(shí)現(xiàn)對(duì)第一核的頻率的調(diào)制的系統(tǒng)和方法包括用以確定指派給第一核的功率限制的邏輯、用以確定第一核的停滯計(jì)數(shù)的邏輯以及用以至少基于指派給第一核的功率限制和第一核的停滯計(jì)數(shù)調(diào)制第一核的頻率的邏輯。第一核被包括在多核計(jì)算機(jī)環(huán)境中的插槽的第一分片中。
【專利說明】控制多核環(huán)境中的功率消耗

【背景技術(shù)】
[0001]高性能計(jì)算(HPC)和超級(jí)計(jì)算環(huán)境可能需要多個(gè)核的集成。然而，這些環(huán)境中的功率消耗可能是很大的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0002]通過閱讀以下說明書和所附權(quán)利要求以及通過參考下列附圖，本發(fā)明的實(shí)施例的各種益處對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得清楚，在附圖中:
圖1是示出根據(jù)一些實(shí)施例的示例計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的框圖；
圖2是示出根據(jù)一些實(shí)施例的多核處理器的示例的框圖；
圖3是示出根據(jù)一些實(shí)施例的插槽功率控制單元(PCU)的示例的框圖；
圖4是示出根據(jù)一些實(shí)施例的可用于控制核的頻率的核本地功率單元(CLPU)的示例的框圖；以及
圖5是根據(jù)一些實(shí)施例的調(diào)制分片(tile)中的核的頻率的示例方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0003]實(shí)施例可以涉及在多核環(huán)境中實(shí)現(xiàn)對(duì)第一核的頻率的調(diào)制的設(shè)備，其中該設(shè)備可以包括用以確定指派給第一核的功率限制的邏輯、用以確定第一核的停滯計(jì)數(shù)的邏輯以及用以至少基于指派給第一核的功率限制和第一核的停滯計(jì)數(shù)調(diào)制第一核的頻率的邏輯。第一核可被包括在多核計(jì)算機(jī)環(huán)境中的插槽的第一分片中。
[0004]實(shí)施例可以涉及其中鎖相環(huán)(PLL)被配置為與多核環(huán)境中的時(shí)鐘信號(hào)相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以包括與PLL相耦合且被配置為包括多個(gè)分片的插槽。分片中的至少一個(gè)可以包括第一核和第二核。第一核可被配置為包括用以確定指派給第一核的功率限制、確定第一核的停滯計(jì)數(shù)以及用以至少基于指派給第一核的功率限制和第一核的停滯計(jì)數(shù)調(diào)制第一核的頻率的邏輯?？梢元?dú)立于與第一核無關(guān)聯(lián)的分片的頻率而執(zhí)行對(duì)第一核的頻率的調(diào)制。
[0005]實(shí)施例可以涉及計(jì)算機(jī)實(shí)施的方法，該計(jì)算機(jī)實(shí)施的方法提供對(duì)多核環(huán)境的第一分片中的核的頻率的調(diào)制，該調(diào)制至少基于核的估計(jì)的功率需求、指派給核的功率限制和核的停滯計(jì)數(shù)、至少獨(dú)立于其它分片中的核而進(jìn)行。第一分片和其它分片可以與插槽的鎖相環(huán)(PLL)相關(guān)聯(lián)。
[0006]轉(zhuǎn)到圖1，根據(jù)一些實(shí)施例示出了圖示示例計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100的框圖。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100可以包括中央處理單元(CPU) 105、圖形和存儲(chǔ)控制器中心(GMCH) 110和輸入/輸出控制器中心(ICH) 125。GMCH 110可經(jīng)由總線107被耦合到CPU 105。ICH 125可經(jīng)由總線122被耦合到GMCH 110。GMCH 110還可被耦合到存儲(chǔ)裝置115和顯示裝置120。ICH 125可被耦合到I/O裝置130。GMCH 110可以包括圖形系統(tǒng)200(未示出)。雖然CPU 105,GMCH110和ICH 125可被示出為分離的部件，但是這些部件中的兩個(gè)或更多的功能可被組合?？墒褂秒娫?50來向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100提供功率。電源150可以是電池或外部功率源。
[0007]對(duì)于某些實(shí)施例，CPU 105可以是多核處理器。例如，多核處理器可以基于加利福尼亞州圣克拉拉市的英特爾公司的集成眾核(MIC)架構(gòu)，并且可以被實(shí)施為PCI Express(快速外圍部件互連)卡。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100還可以包括許多其它部件；然而，為了簡(jiǎn)明起見，未示出它們。對(duì)于某些實(shí)施例，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100可以是服務(wù)器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
[0008]轉(zhuǎn)到圖2，根據(jù)一些實(shí)施例示出了圖示示例多核處理器的框圖。多核處理器200可以包括多個(gè)核240、242、250、252、260、262、270和272以及多個(gè)分片205、215、225和235。每個(gè)分片可以包括兩個(gè)核。例如，分片205可以包括核240和242。應(yīng)注意的是，多核處理器200中的分片和核的數(shù)目可以更多得多。例如，可以有五十(50)個(gè)核被包括在二十五(25)個(gè)分片中。核240-272和分片205-235可以與插槽相關(guān)聯(lián)。
[0009]通常，多核處理器200可被實(shí)施為具有為所有分片205-235和核240-272提供共同的參考信號(hào)并且因此提供相同頻率的單個(gè)鎖相環(huán)(PLL)280。這可以將所有的核240-272限制到單個(gè)頻率并且因此限制到單個(gè)性能(P)狀態(tài)?？朔撓拗频囊粋€(gè)可能的解決方案是每個(gè)核或分片實(shí)施一個(gè)PLL。這可以能夠使得將分片205的核240置于一種P狀態(tài)(例如，PO)中而將分片215的核250置于不同的P狀態(tài)(例如，Pl)中。然而，該解決方案在存在設(shè)計(jì)或功率約束時(shí)可能是不實(shí)際的。
[0010]轉(zhuǎn)到圖3,根據(jù)一些實(shí)施例示出了圖示示例插槽功率控制單元(P⑶)的框圖。P⑶305可被配置為指派功率限制310，插槽中的每個(gè)分片都可被指派該功率限制310。P⑶305還可以向分片指派熱限制315。P⑶305還可包括插槽計(jì)量器325，其可被配置為接收來自每個(gè)分片的功率估計(jì)320。對(duì)于一些實(shí)施例，指派給分片的功率限制310可以與該分片的功率估計(jì)320成比例。P⑶305可與插槽功率限制(也稱為運(yùn)行平均功率限制(RAPL))330相關(guān)聯(lián)。
[0011]P⑶305可以基于RAPL 330周期性地(例如每幾毫秒)重新評(píng)估分片功率限制310。P⑶305可被配置為比較從分片接收的功率估計(jì)320與指派的功率限制310。對(duì)于一些實(shí)施例，當(dāng)功率估計(jì)320小于功率限制310時(shí)，P⑶305可以減小功率限制310。對(duì)于一些實(shí)施例，當(dāng)功率估計(jì)320在預(yù)定范圍內(nèi)接近功率限制310時(shí)，P⑶305可以增大功率限制310。
[0012]轉(zhuǎn)到圖4，根據(jù)一些實(shí)施例示出了可被用來控制核的頻率的核本地功率單元的圖。由于運(yùn)行在各個(gè)核上的工作負(fù)載可以是不同的，因此能夠針對(duì)每個(gè)核或分片獨(dú)立于相同插槽中的其它核或分片在使用相同的PLL用于該插槽的同時(shí)控制P狀態(tài)可能是有益的。在該示例中，核本地功率單元(CLPU)400可與核240 (圖3)相關(guān)聯(lián)，并且CLPU 401可以與核242(圖3)相關(guān)聯(lián)。
[0013]CLPU 400可以包括核能量監(jiān)視器405。對(duì)于某些實(shí)施例，功率估計(jì)320 (在圖3中示出)可由CLPU 400的核能量監(jiān)視器405以及CLPU 401的核能量監(jiān)視器(未示出)來確定。CLPU 400可以包括性能/節(jié)流(P/T)選擇邏輯410。P/T選擇邏輯410可被配置為控制核240的功率消耗。這可以包括將核240置于不同的性能(P)狀態(tài)或節(jié)流(T)狀態(tài)中。
[0014]P/T選擇邏輯410可被配置為修改核240可在其處工作的時(shí)鐘速率或頻率。P/T選擇邏輯410還可以控制用于核240的電壓工作點(diǎn)。例如，當(dāng)被置于PO狀態(tài)中時(shí)，核240可以工作在相對(duì)較高頻的高性能水平并且可以具有更多的功率消耗；當(dāng)被置于Pl狀態(tài)中時(shí)，核240的頻率和性能可以較低并且功率消耗可以較少；當(dāng)被置于T或節(jié)流狀態(tài)中時(shí)，可通過調(diào)制頻率對(duì)核240進(jìn)行節(jié)流并且功率消耗可以處于其最低點(diǎn)。使核240工作在低頻水平還可以降低與核240相關(guān)聯(lián)的熱負(fù)載以及冷卻需求。
[0015]核能量監(jiān)視器405可被配置為接收來自核240的活動(dòng)計(jì)數(shù)器407以確定核能量420?；顒?dòng)計(jì)數(shù)器407可以包括有關(guān)核240被置于CO狀態(tài)中的次數(shù)、收回的指令的數(shù)目、核停滯的數(shù)目等的信息。
[0016]P/T選擇邏輯410可被配置為接收有關(guān)來自核能量監(jiān)視器405的核能量420、來自核240的核停滯計(jì)數(shù)409、來自P⑶305的熱限制315以及來自P⑶305的功率限制310的信息。對(duì)于一些實(shí)施例，當(dāng)功率估計(jì)320被確定為大于指派的功率限制310時(shí)，CLPU 400可以使具有較高核停滯的核的頻率被調(diào)制?？梢允褂瞄撝祦泶_定核停滯計(jì)數(shù)409是否處于可影響核240的頻率的調(diào)制的水平。例如，當(dāng)核停滯時(shí)，其可能不執(zhí)行任何指令。這樣，將核的頻率調(diào)制到較低頻率可能不影響其性能但是可以減小其功率消耗。頻率的調(diào)制可以與核停滯比(例如，停滯對(duì)比未停滯)成比例并且可以由功率限制來限界?？梢酝ㄟ^核時(shí)鐘調(diào)制模塊420來執(zhí)行對(duì)核的頻率的調(diào)制。核時(shí)鐘調(diào)制模塊410可與核時(shí)鐘選通控制415相耦合。核時(shí)鐘選通控制415可與PLL 280 (在圖2中示出)相耦合。通過基于估計(jì)的功率320和功率限制310調(diào)制插槽中的核的頻率，可以優(yōu)化各個(gè)核的性能和功率消耗。對(duì)于某些實(shí)施例，對(duì)核的頻率的調(diào)制可以進(jìn)一步基于指派的熱限制315。例如，當(dāng)確定核的溫度在所指派的熱限制315附近時(shí)，P/T選擇邏輯410可以降低核的頻率。P/T選擇邏輯410還可以接收用戶需求490和操作系統(tǒng)(OS)需求495并使用這些需求來確定如何調(diào)制頻率。
[0017]轉(zhuǎn)到圖5，根據(jù)一些實(shí)施例示出了圖示由核本地功率單元(CLPU)執(zhí)行的過程的示例流程圖。該過程可以對(duì)應(yīng)于CLPU 400管理核240的功率消耗。在框505處，CLPU可以確定指派給核的功率限制。功率限制可由P⑶305 (在圖4中示出)指派。在框510處，可以確定核所需要的估計(jì)功率。估計(jì)的功率需求可由核能量監(jiān)視器405 (在圖4和5中示出)確定。在所示的框515處，將功率限制與估計(jì)的功率需求相比較以確定由PCU 305指派給核的功率是否適當(dāng)。例如，當(dāng)估計(jì)的功率需求比PCU 305指派的功率限制小得多時(shí)，功率限制可被減小。在框520處，可以確定核停滯的數(shù)目。在框525處，可以基于估計(jì)的功率需求與功率限制之間的比較結(jié)果并基于核停滯的數(shù)目來調(diào)制核的頻率。例如，當(dāng)核停滯的數(shù)目高于預(yù)定閾值且估計(jì)的功率需求小于功率限制時(shí)，可以降低頻率。雖然未在圖5中示出，但是也可以基于由PCU 305指派給核的熱限制來調(diào)制核的頻率。
[0018]各種實(shí)施例可以通過使用硬件元件、軟件元件或二者的組合來實(shí)現(xiàn)。硬件元件的示例可以包括處理器、微處理器、電路、電路元件(例如，晶體管、電阻器、電容器、電感器等等)、集成電路、專用集成電路(ASIC)、可編程邏輯器件(PLD)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)、邏輯門、寄存器、半導(dǎo)體器件、芯片、微芯片、芯片組等等。軟件的示例可以包括軟件部件、程序、應(yīng)用、計(jì)算機(jī)程序、應(yīng)用程序、系統(tǒng)程序、機(jī)器程序、操作系統(tǒng)軟件、中間件、固件、軟件模塊、例程、子例程、功能、方法、過程、軟件接口、應(yīng)用程序接口(API)、指令集、計(jì)算代碼、計(jì)算機(jī)代碼、代碼段、計(jì)算機(jī)代碼段、字、值、符號(hào)或其任何組合。確定是否通過使用硬件元件和/或軟件元件來實(shí)現(xiàn)實(shí)施例可以根據(jù)任何數(shù)目的因素而變化，所述因素諸如所期望的計(jì)算速率、功率水平、耐熱性、處理循環(huán)預(yù)算、輸入數(shù)據(jù)率、輸出數(shù)據(jù)率、存儲(chǔ)器資源、數(shù)據(jù)總線速度以及其它設(shè)計(jì)或性能約束。
[0019]至少一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)方面可以通過存儲(chǔ)在機(jī)器可讀介質(zhì)上的代表性指令來實(shí)現(xiàn)，所述指令代表處理器內(nèi)的各種邏輯，其當(dāng)由機(jī)器讀取時(shí)使機(jī)器構(gòu)建用以執(zhí)行本文描述的技術(shù)的邏輯。這樣的表示稱為“IP核”，可以被存儲(chǔ)在有形、機(jī)器可讀介質(zhì)上并且被供應(yīng)給各種消費(fèi)者或制造機(jī)構(gòu)以加載到實(shí)際制成邏輯或處理器的構(gòu)建機(jī)器中。
[0020]可能已經(jīng)給出示例尺寸/模型/值/范圍，但是本發(fā)明的實(shí)施例不限于它們。由于制造技術(shù)(例如光刻)隨時(shí)間而成熟，因此預(yù)期的是可以制造更小尺寸的裝置。另外，眾所周知的到集成電路(IC)芯片和其它部件的電力/接地連接可以或可以不在圖中示出，這是為了圖示和討論的簡(jiǎn)單，并且以免模糊本發(fā)明的實(shí)施例的某些方面。此外，布置可以以框圖形式示出，以免模糊本發(fā)明的實(shí)施例，并且這也鑒于以下事實(shí):關(guān)于實(shí)現(xiàn)這樣的框圖布置的詳情高度取決于實(shí)施例將被實(shí)現(xiàn)在其中的平臺(tái)，即，這樣的詳情應(yīng)當(dāng)很好地在本領(lǐng)域技術(shù)人員的認(rèn)知范圍內(nèi)。在具體細(xì)節(jié)(例如電路)被闡明以便描述本發(fā)明的示例實(shí)施例的情況下，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚的是，本發(fā)明的實(shí)施例可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)或具有這些具體細(xì)節(jié)的變型的情況下被實(shí)行。描述因而應(yīng)被認(rèn)為是說明性的而非限制性的。
[0021]術(shù)語“耦合”可以在本文中被用于指代在所討論的部件之間的任何類型的關(guān)系(直接或間接)，并且可以應(yīng)用于電、機(jī)械、流體、光學(xué)、電磁、機(jī)電或其它連接。另外，術(shù)語“第一”、“第二”等可以在本文中僅僅用于便利于討論，并且不帶有任何特定時(shí)間或時(shí)間先后的意義，除非另外指明。
[0022]本領(lǐng)域技術(shù)人員將從前述描述中領(lǐng)會(huì)到，本發(fā)明的實(shí)施例的廣泛的技術(shù)可以以各種形式來實(shí)現(xiàn)。因此，雖然本發(fā)明的實(shí)施例已經(jīng)結(jié)合其特定示例而被描述，但是本發(fā)明的實(shí)施例的真實(shí)范圍不應(yīng)當(dāng)受此限制，因?yàn)樵谘芯扛綀D、說明書和所附權(quán)利要求后，其它修改對(duì)于技術(shù)實(shí)踐者而言將變得清楚。
【權(quán)利要求】
1.一種設(shè)備，包括: 用以確定指派給第一核的功率限制的邏輯； 用以確定第一核的停滯計(jì)數(shù)的邏輯；以及 用以至少基于指派給第一核的所述功率限制和第一核的所述停滯計(jì)數(shù)對(duì)第一核的頻率進(jìn)行調(diào)制的邏輯，其中第一核要包括在多核計(jì)算機(jī)環(huán)境中的插槽的第一分片中。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括: 用以確定第一核的估計(jì)的功率需求的邏輯，其中進(jìn)一步基于第一核的所述估計(jì)的功率需求來調(diào)制第一核的頻率。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述功率限制由與所述插槽相關(guān)聯(lián)的功率控制單元(P⑶)指派給第一核。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中用以調(diào)制第一核的頻率的邏輯與和所述插槽相關(guān)聯(lián)的鎖相環(huán)(PLL)相耦合。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述插槽被配置為包括第一分片和第二分片，并且其中第一分片和第二分片與所述PLL相關(guān)聯(lián)。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中獨(dú)立于與第二分片相關(guān)聯(lián)的頻率而調(diào)制第一核的頻率。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中第一分片包括第一核和第二核，并且其中獨(dú)立于與第二核相關(guān)聯(lián)的頻率而調(diào)制第一核的頻率。
8.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，還包括用以確定由所述PCU指派給第一核的熱限制的邏輯。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中基于所述熱限制調(diào)制第一核的頻率。
10.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中當(dāng)所述停滯計(jì)數(shù)高于閾值且所述估計(jì)的功率需求小于所述功率限制時(shí)，第一核的頻率被降低。
11.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中與核停滯比成比例地調(diào)制第一核的頻率。
12.如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中在所述功率限制的界限內(nèi)調(diào)制第一核的頻率。
13.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備,其中由與第一核相關(guān)聯(lián)的核本地功率單兀(CLPU)的核能量監(jiān)視器來確定第一核的所述估計(jì)的功率需求。
14.一種計(jì)算機(jī)實(shí)施的方法，包括: 調(diào)制多核環(huán)境的第一分片中的核的頻率，所述調(diào)制至少基于所述核的估計(jì)的功率需求、指派給所述核的功率限制和所述核的停滯計(jì)數(shù)、至少獨(dú)立于其它分片中的核而進(jìn)行，其中第一分片和所述其它分片與插槽的鎖相環(huán)(PLL)相關(guān)聯(lián)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括: 確定所述核的所述估計(jì)的功率需求； 確定指派給所述核的所述功率限制；以及 確定所述核的所述停滯計(jì)數(shù)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中調(diào)制第一分片中的所述核的頻率包括:當(dāng)核停滯的數(shù)目高于閾值且所述估計(jì)的功率需求小于所述功率限制時(shí)，降低所述核的頻率。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中與核停滯比成比例地調(diào)制所述核的頻率。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中在所述功率限制的界限內(nèi)調(diào)制所述核的頻率。
19.如權(quán)利要求14所述的方法，其中由與所述核相關(guān)聯(lián)的核本地功率單元(CLPU)的核能量監(jiān)視器來確定所述核的所述估計(jì)的功率需求。
20.如權(quán)利要求14所述的方法，其中與第一分片中的其它核獨(dú)立地調(diào)制第一分片中的所述核的頻率。
21.如權(quán)利要求14所述的方法，其中當(dāng)所述停滯計(jì)數(shù)高于閾值且所述估計(jì)的功率需求小于所述功率限制時(shí)，第一分片中的所述核的頻率被降低。
22.如權(quán)利要求14至21中任一項(xiàng)所述的方法，其中與核停滯比成比例地調(diào)制所述核的頻率。
23.如權(quán)利要求14至21中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述功率限制的界限內(nèi)調(diào)制所述核的頻率。
24.—種系統(tǒng),包括: 鎖相環(huán)(PLL)，其被配置為與多核環(huán)境中的時(shí)鐘信號(hào)相關(guān)聯(lián)； 插槽，其與所述PLL相耦合并被配置為包括多個(gè)分片，至少一個(gè)所述分片包括第一核和第二核，其中第一核被配置為包括用以執(zhí)行以下處理的邏輯: 確定指派給第一核的功率限制； 確定第一核的停滯計(jì)數(shù)；以及 至少基于指派給第一核的所述功率限制和第一核的所述停滯計(jì)數(shù)、獨(dú)立于與第一核沒有關(guān)聯(lián)的分片的頻率而對(duì)第一核的頻率進(jìn)行調(diào)制。
25.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中，第一核被進(jìn)一步配置為包括用以確定第一核的估計(jì)的功率需求的邏輯。
26.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中，基于第一核的所述估計(jì)的功率需求調(diào)制第一核的頻率。
27.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中，基于指派給第一核的所述功率限制與第一核的所述估計(jì)的功率需求之間的比較來調(diào)制第一核的頻率。
28.如權(quán)利要求24至27中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中與第二核的頻率獨(dú)立地調(diào)制第一核的頻率。
【文檔編號(hào)】G06F1/32GK104185827SQ201280072139
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月31日
【發(fā)明者】A.K.庫(kù)馬爾 申請(qǐng)人:英特爾公司