[发明专利]基于指令使用的自适应电压缩放的方法和设备

说明书

本申请涉及基于指令使用的自适应电压缩放的方法和设备。不同软件应用程序可使用具有比复合处理器的最坏情况临界时序路径小的临界时序路径的指令集。对于此类应用程序，可降低电源电压，同时仍维持满足所述应用程序的性能要求必需的时钟频率。为了降低电源电压，使用一种自适应电压缩放方法。从多个临界路径中选择一临界路径以供在模仿逻辑上分析以确定所述所选临界路径在芯片上功能操作期间的属性。所述所选临界路径表示将在程序执行期间操作的最坏情况临界路径。在芯片上功能操作期间，响应于所述属性来控制电压，其中所述电压将功率供应给与所述多个临界路径相关联的功率域。所述电压降低基于指令集使用而减少功率耗用，从而允许延长电池寿命。

分案申请的相关信息

本案是分案申请。该分案的母案是申请日为2008年7月25日、申请号为200880100592.7、发明名称为“基于指令使用的自适应电压缩放的方法和设备”的发明专利申请案。

技术领域

本发明大体上涉及集成电路和处理系统中的功率控制的领域，且更具体来说，涉及基于指令使用的自适应电压缩放。

背景技术

许多便携式产品(例如，手机、膝上型计算机、个人数据助理(PDA)或其类似者)利用处理器执行的程序，例如通信和多媒体程序。用于此类产品的处理系统包括用于处理指令和数据的复合处理器。此类便携式产品、其它个人计算机和其类似者的功能复杂性要求高性能的处理器和存储器。同时，便携式产品具有呈电池形式的有限能量源且通常需要在功率电平减少的情况下提供高性能水平以增加电池寿命。还正开发许多个人计算机以在低功率耗用的情况下提供高性能以减少总能量消耗。

在复合处理器内部，信号路径和管线级被设计成满足对应于所要时钟频率的最坏情况临界时序路径。存储器元件、逻辑门、触发器和使所述元件互连的线在临界路径时序中引入延迟，从而限制管线级中功能元件的数目，此取决于时钟频率。因此，许多处理器使用大量管线级来执行复杂性各不相同的指令且实现满足产品功能要求所需的千兆赫(GHz)时钟频率。由于功率随频率、切换电容和电源电压的平方而变，因此减少功率需要减少这三个变量中的至少一者。由于千兆赫频率操作常常为产品功能所需，因此降低频率限于较不苛求的功能。切换电容随实施方案和用于制造装置的技术工艺而变，且一旦用硅来使设计实例化，那么这个变量便不可改变。减少电源电压的一个后果为：随着电压电压的减少，逻辑元件和存储器元件变慢，使满足频率要求的难度增加。

为了满足复合处理器中的最坏情况临界时序路径，对所述复合处理器内的所有信号路径的最坏情况临界时序路径进行分析，且这些路径中的最长路径变成临界时序路径，其管理所述复合处理器的最高的可能时钟频率。为保证满足这个时钟频率，指定电源电压大于或等于最坏情况最小电压。举例来说，可确定，在执行浮点指令时，通过浮点乘法器的信号路径可为复合处理器中最长的临界时序路径。确定电源电压，使得通过浮点乘法器的最坏情况时序路径满足所要时钟频率。

由于可从处理器的指令集选择任何指令供在任何时候执行，因此复合处理器通常在为最坏情况时序路径作准备的情况下操作。因此，在执行临界时序路径小于最坏情况时序路径的指令时，浪费功率。不幸地，不可容易地改变电源电压以匹配千兆赫处理器的逐指令使用。可变电压调节器需要数微秒或毫秒来调整电源电压。

发明内容

本发明认识到，降低复合处理器中的功率要求对于便携式应用为重要的且大体上针对减少处理系统中的功率使用。还认识到，不同软件应用程序可使用临界时序路径小于复合处理器的最坏情况临界时序路径的指令集。另外，认识到，可针对此类应用减少电源电压，同时仍维持满足应用程序的性能必需的时钟频率，其基于指令集使用而减少功率耗用，从而允许延长电池寿命。