[发明专利]微处理器的自主动态电压和频率调节的方法和计算机系统

说明书

技术领域

本发明涉及计算机系统操作的自适应动态管理，更具体地说，涉及微处理器的动态电压和频率调节(DVFS)。

背景技术

通常，通过提高微处理器(时钟)频率来实现微处理器性能增益。但是这要求生产和开发成本方面的更高努力，最终导致计算机系统的更高资产成本。标称频率的持续上升伴随着对冷却技术和材料的高要求。许多微处理器制造商相当保守地制定最大微处理器频率以确保操作稳定性并做出最坏情况的假设，以使例如那些在大型服务器群集的空调房间中提供的环境设置可行。

现代微处理器的功耗和关联的发热是计算机系统的开发过程中的关键设计问题，特别是当可用空间非常有限(如在桌面系统或刀片中心内)时。当前微处理器中存在许多改变其功耗的机制，例如，通过显式降低或提高频率和电压。许多现代微处理器提供了此类DVFS机制。增强的SpeedStep是其中之一并为各种Intel微处理器所支持。

当前微处理器的重要特性是大量性能计数器的可用性，所述计数器提供与工作负荷特性有关的详细信息，例如，关于每个时钟周期(IPC)的过时(完成)指令、处理器高速缓存未命中等的信息。

在计算机系统中使用的标称微处理器频率基于有关特定特性的最坏情况的设想；例如，周围的温度和工作负荷的功率要求。通常，微处理器硬件允许显著高于标称频率的频率。经常通过现代冷却技术或系统的空气调节设置减轻了热限制。微处理器功耗较大地取决于工作负荷的类型。但是，在典型的客户情景下，最坏情况的设想并不同时出现。

当在一段时间内未检测到或检测到很少的系统使用时，存在各种自主降低微处理器功耗的方法。经常用于工作负荷特性描述的度量是IPC数。它允许独立于微处理器时钟频率来表征微处理器性能。在C.Isci等人2005年5月发表在IEEE Micro第25卷第39-51页的“Long-Term WorkloadPhases：Duration Predictions and Applications to DVFS”中提出了用于预测工作负荷阶段持续时间和特性的方法。该工作主要关注使用最终值预测来进行工作负荷估算。W.L.Bircher等人在ILSPED 2005的会议录第275-280页的“Runtime Identification of Microprocessor EnergySaving Opportunities”中说明了根据线性回归的基于梯度的工作负荷预测技术。

如Intel Itanium2中使用的所谓的Foxton技术是在当代微处理器中使用的机制的实例，所述机制通过在芯片级上使用暂时超频来将频率和电压提高到默认值以上。在R.McGowen等人2006年1月发表在IEEE Journalof Solid State Signals第1卷第229-237页的“Power and Temperaturecontrol on a 90-nm Itanium family processor”以及T.Fischer等人2006年1月发表在IEEE Journal of Solid State Signals第1卷第218-228页的“A 90-nm variable frequency clock system for a power-manageditanium architecture processor”中给出了对Foxton技术的描述。

现有的DVFS解决方案主要关注微处理器能量效率的改善而非其性能的提高。它们优化微处理器功耗，且对由微处理器当前执行的工作负荷的性能仅产生最小的影响。

发明内容

因此，本发明的目标是提供一种相对于现有技术改进的用于微处理器的自主DVFS的方法、相应的计算机程序和计算机程序产品，以及相应的计算机系统。

通过自主检测高微处理器工作负荷的阶段并预测其持续时间来实现本发明的优点。将微处理器频率暂时增加到与技术和环境约束一致的适当安全值(甚至超过其标称频率)，以便当包括所述微处理器的计算机系统受益最大时改善性能，而在低微处理器工作负荷阶段期间，将降低其频率和电压以节约能量。此技术充分利用了隐藏的性能容量并改善了计算机系统的整体性能而不会危害工作稳定性。无需诸如服务处理器之类的额外硬件，因为当前的计算机系统已支持性能计数器和DFVS。

根据本发明的方法主要包括结合包括至少一个微处理器的计算机系统进行测量、预测和控制的步骤。更具体地说，所述方法包括以下步骤：

在一段时间内收集和存储所述计算机系统的性能数据；