[发明专利]用于指定应用线程性能状态的指令的指令处理装置及相关方法

说明书

描述了一种包括处理器的装置。该处理器具有执行指定应用线程的性能状态的指令的处理核。该指令属于应用线程。该处理器包括存储性能状态的寄存器。该处理器包括耦合到寄存器以根据该性能状态设置处理核的性能状态的功率管理控制逻辑。

本申请是国际申请日为2011/12/22，国际申请号为PCT/US2011/067025，进入中国国家阶段的申请号为201180075795.7，题为“用于指定应用线程性能状态的指令的指令处理装置及相关方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本申请通常涉及计算科学，且尤其涉及指定应用线程性能状态的指令。

背景技术

随着多年来处理器性能的增加，它们的功率消耗也已经增加。无论是“绿色能源”意识、尝试最小化电池消耗还是简单地尝试最小化计算系统的用户的物业账单，计算系统的用户日益聚焦于他们的内部处理器的功率管理能力。因而，大多数现代处理器具有内建的功率管理电路。内建的功率管理电路通常被设计为在硬件中动态地进行细粒度的功率管理调整，以及/或者，从软件支持粗粒度的功率管理调整/指导。

通常，可以通过三种主要技术中的任意技术来控制电子电路的功率消耗：1)频率缩放；2)时钟门控；以及3)电压缩放。这些技术中的每一种都考虑电子电路的功率消耗的基本原理。大体上，电子电路操作得越快，其性能和功率消耗将越大。下面提供对这些技术中的每一种的回顾。

频率缩放调整逻辑电路的模块的工作频率。在这里，在以增加其功率消耗为代价对逻辑块期望较高性能时，提高逻辑块的工作频率。同样地，在以较低性能为代价期望较低功率消耗时，降低逻辑块的工作频率。频繁缩放的不同逻辑块的大小和功能可以取决于设计师期望的粒度而改变。

时钟门控可以被看作是频率缩放的极端形式。在时钟门控的情况中，取消去往逻辑块的时钟信号以便将该模块的性能和功率消耗两者减少到零。在要使用该逻辑块时，时钟信号再度出现，使得该逻辑块复活。时钟门控因此具有启用/禁用逻辑块的效果。

除了降低/提高电源电压以便降低/减少逻辑块的性能和功率消耗之外，电压缩放类似于频率缩放。值得注意的是，电子电路接收到的电源电压越高，可以施加到逻辑块的最大时钟频率就越高。

处理器核迄今为止已经被设计为带有这样的硬件控制逻辑电路：响应于所检测到的处理器芯片的使用，可以快速地和动态地调整对处理器芯片的小的、中等的和/或大的逻辑块的频率缩放、时钟门控和/或电压缩放设置。例如，取决于指令队列中是否存在任何浮点指令，可以经由时钟门控禁用/启用流水线中的浮点执行单元。在这里，因为硬件控制可以快速地调整小尺寸或中等尺寸的逻辑块的功率管理设置，应理解，硬件功率管理控制能够进行“细粒度”控制。

话虽如此，应理解，频率和电压缩放具有与它们各自的状态转换相关联的不期望的等待时间。即是说，即使硬件频率和/或电压缩放控制逻辑可以快速地做出需要改变频率和/或电压的决定，但实现改变本身要花费时间，这是因为，通常在没有数据恶化的风险的前提下不能对操作逻辑快速地改变电子逻辑电路的工作频率和/或供电电压。当在启用/禁用状态之间切换时，中等尺寸到大尺寸的逻辑块的时钟门控也倾向于具有相似的不期望的等待时间。举例来说，如果禁用了整个处理器核，通常不能在“下一个”时钟周期复活。

在这一方面，值得注意的是，硬件功率管理控制是反应性的，这是因为它只能对它所观察到的处理器使用反应。在所观察的处理器使用显著改变时，至少部分由于在上面讨论的功率管理状态变化之间的等待时间，硬件控制的反应性本质引起性能冲击或工作量失衡。举例来说，如果大的多核处理器处于低功率状态，且已经由于低利用率禁用了多个核，并且突然给处理器呈现大量的线程以供执行，则新近呈现的线程中的许多必须不期望地“等待”在核心可以执行之前启用核心。