[发明专利]一种低成本、低功率高性能SMP/ASMP多处理器系统

说明书

处理系统包含多个处理器，其中第一处理器始终在第一时钟频率和第一电源电压下操作。至少一个处理器可动态切换以在所述第一时钟频率和所述第一电源电压下操作从而使得所述第一处理器和所述第二处理器提供对称多处理(symmetrical multi‑processing，SMP)，或在第二时钟频率和第二电源电压下操作从而使得所述第一处理器和所述第二处理器提供不对称多处理(asymmetrical multi‑processing，ASMP)。可以包含同样始终在所述第一时钟频率和所述第一电源电压下操作的第三处理器。可以使用各种标准来确定何时切换所述至少一个可切换处理器以改进功耗和/或性能。控制器实现所述可切换处理器在所述两种模式之间的控制和快速切换。在接收到在SMP与ASMP之间进行切换的切换命令后，执行一连串或一系列动作以控制所述可切换处理器和缓存存储器的供电电压和CPU/存储器时钟。

相关申请案交叉申请

本发明要求2014年12月22日递交的发明名称为“新颖的低成本、低功率高性能SMP/ASMP多处理器系统(A Novel Low Cost,Low Power High Performance SMP/ASMPMultiple-Processor System)”第14/580,044号美国非临时专利申请案的在先申请优先权，该在先申请是2014年10月16日递交的发明名称为“用于多处理器动态不对称和对称模式切换的硬件装置和方法(Hardware Apparatus and Method for Multiple ProcessorsDynamic Asymmetric and Symmetric Mode Switching)”的第14/516,314号先前美国专利申请案的部分继续申请，所述两个专利申请案好像全文复制一样以引入的方式并入本文。

技术领域

本发明大体上涉及多处理器架构和系统，具体而言，本发明涉及用于使多处理器/内核系统中的至少一个处理器/内核在不对称多处理模式与对称多处理模式之间切换的装置和方法。

背景技术

多处理系统使用多个处理器(例如，中央处理单元(central processing unit，CPU))来处理数据并且执行所希望的功能。如将了解，术语“处理器”与术语“CPU”或“内核”同义地使用并且易于被本领域技术人员所理解。在现有技术中，存在两种主要类型的不同多处理系统：对称多处理(symmetric multi-processing，SMP)和不对称多处理(asymmetric multi-processing，ASMP)。

SMP系统通常具有以下特征：共享所有系统资源、单个同步二级缓存接口(并且可能地异步二级缓存接口)、处理器在相同时钟频率和时钟电压下受到控制。这还通常意味着处理器/内核可同等地访问共享存储器系统(例如，二级缓存和存储器)。在SMP中，时钟频率和电压不可个别地调节，因此无法在每内核/处理器的基础上改变时钟频率和电压。另外，二级缓存在所有内核当中共享，并且二级缓存频率不可在每内核基础上按比例调整。在大多数应用中(如果不是所有的应用)，SMP中的处理器的工作负荷是不平衡的并且这导致较高的功耗。SMP也可以表征为同等地对待所有处理器/内核(等同性)。

相反，ASMP系统通常具有以下特征：具有个别地用于处理器的不同的时钟频率和/或时钟电压，且二级缓存时钟频率可以独立地按比例调整。因此，处理器时钟频率和二级缓存频率可以基于工作负荷按比例调整(例如，相对于针对存储器密集工作负荷的内核的更快二级缓存)。一般来说，ASMP系统与SMP系统相比在功率上更高效，但是可能因额外且更复杂的硬件而引起潜在地更高功耗。当一级缓存未命中率较高时，处理器将从二级缓存中提取数据。如果请求相关数据存储在二级缓存的较低时钟频率部分中，那么处理器必须等待数据。这导致较高时延和较高功耗。ASMP也可以表征为以不同方式或不同等地对待所有处理器/内核(不等性)。

转向图1，示出了具有使用ASMP的多个处理器的处理系统100的基本架构。如将了解，虽然针对SMP使用类似现有技术系统，但是如本领域一般技术人员易于理解的，处理器在单个时钟频率下操作并使用单个电源电压电平。