JP2007521538A - 要求駆動型クロック・スロットリング電力低減を用いるプロセッサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 スカラ・プロセッサ又はスーパースカラ・プロセッサのような同期式集積回路である。回路コンポーネント又はユニットが、共通システム・クロックによってクロック駆動され、該共通システム・クロックに同期される。クロック駆動ユニットの少なくとも2つが、多数のレジスタ・ステージ、例えばパイプライン・ステージを含む。クロック駆動ユニット内のローカル・クロック生成装置が、共通システム・クロック及び1つ又はそれ以上の他のユニットからのストール状態を組み合わせ、レジスタ・クロック周波数を上下に調整する。
【選択図】 図2
Description
102、122:命令ユニット
104、124、220:実行ユニット
108:命令キャッシュ
110、238:データ・キャッシュ
115:システム・クロック
120:スカラ・プロセッサ
126、128:動作監視・クロック制御論理
130:ストール・ビット
150、178:ゲート制御シフト・レジスタ
156、176、182:ANDゲート
174:1ビット・カウンタ
200:スーパースカラ・プロセッサ
216:監視・クロック制御論理
Claims (33)
- 共通のシステム・クロックと、
前記共通システム・クロックに同期された複数のクロック駆動ユニットであって、そのうちの少なくとも2つについての各々が、
複数のレジスタ・ステージと、
前記共通システム・クロック及びストール状態を受け取り、前記ストール状態に応答して前記複数のレジスタのクロック周波数を調整するローカル・クロック生成装置と
を備える、クロック駆動ユニットと
を備える同期式集積回路。 - 前記ローカル・クロック生成装置が複数の単一ビット・カウンタを含むゲート制御シフト・レジスタ(GCSR)を備える、請求項1に記載の同期式集積回路。
- 前記ローカル・クロック生成装置は、前記複数の単一ビット・カウンタの1つから出力を受け取ること、及び、前記出力を前記システム・クロックと組み合わせてレジスタ・ステージ・クロックを生成することを、その各々が行う、複数のローカル・クロック・ドライバをさらに備える、請求項2に記載の同期式集積回路。
- 前記複数のレジスタ・ステージがレジスタ・パイプラインのステージであり、前記GCSRは、各パイプライン・ステージについて前記複数の単一ビット・カウンタの1つを含む、請求項3に記載の同期式集積回路。
- 前記集積回路がスカラ・プロセッサであり、少なくとも2つのクロック駆動ユニットが、前記スカラ・プロセッサ内にIユニット及びEユニットを備え、前記Iユニットはストール状態を前記Eユニットに提供し、Eユニットはストール状態を前記Iユニットに提供する、請求項4に記載の同期式集積回路。
- 前記スカラ・プロセッサが、
前記Eユニットと通信するデータ・キャッシュと、
前記Iユニット及び前記Eユニットと通信するレジスタ・ファイルと
をさらに備え、
前記Iユニットは、Iキャッシュと、前記Iキャッシュからデータを受け取るIキューと、前記Iキューからデータを受け取るIパイプとを備え、
前記Eユニットは、前記Iパイプからデータを受け取るEキューと、前記Eキューからデータを受け取るEパイプとを備える、請求項5に記載の同期式集積回路。 - 前記Iユニット及び前記Eユニットの各々において、前記GCSRのそれぞれにおける出力が、前記複数のクロック・ドライバのうちの対応する1つにおいて前記システム・クロックと組み合わされ、該複数のクロック・ドライバの各々は、対応するパイプライン・ステージを個々にゲート制御する、請求項6に記載の同期式集積回路。
- ストール状態ビットが前記GCSRの第1のステージに提供される、請求項7に記載の同期式集積回路。
- ストール状態ビットが1ビット・カウンタに提供され、前記1ビット・カウンタは、前記ストール状態ビットがアサートされなければ設定状態に保持され、前記ストール状態ビットがアサートされたときにカウントを行い、前記1ビット・カウンタの出力は前記GCSRの第1のステージに提供される、請求項7に記載の同期式集積回路。
- 前記GCSRの最後の出力が、前記複数のクロック・ドライバの各々において前記システム・クロックと組み合わされ、ストール状態ビットが1ビット・カウンタに提供され、前記1ビット・カウンタは、前記ストール状態ビットがアサートされなければ設定状態に保持され、前記ストール状態ビットがアサートされたときにカウントを行い、前記1ビット・カウンタの出力は該GCSRの第1のステージに提供される、請求項6に記載の同期式集積回路。
- 前記スカラ・プロセッサがスーパースカラ・プロセッサであり、前記Iユニットは、前記Eユニットから前記ストール状態ビットに応答してIキャッシュ・フェッチ帯域幅をさらに調整する、請求項5に記載の集積回路。
- 前記Eユニットが、
前記Iユニットから命令を受け取り、汎用レジスタ/リネーム・バッファ・ユニットと通信する固定小数点ユニットと、
前記Iユニットから命令を受け取り、前記汎用レジスタ/リネーム・バッファ・ユニット及びデータ・キャッシュと通信するロード・ストア・ユニットと、
前記Iユニットから命令を受け取り、浮動小数点レジスタ/リネーム・バッファ・ユニットと通信する浮動小数点ユニットであって、前記ロード・ストア・ユニットは前記浮動小数点レジスタ/リネーム・バッファ・ユニットとさらに通信し、前記ロード・ストア・ユニットはストール状態を前記浮動小数点ユニットに提供し、前記浮動小数点ユニットはストール状態を前記ロード・ストア・ユニットに提供する、浮動小数点ユニットと、
前記Iユニットから命令を受け取り、前記Iユニット内の完了ユニットと通信するベクトル・マルチメディア拡張ユニットと
を備える、請求項11に記載の同期式集積回路。 - 前記Iユニットが、
Iキャッシュと、
前記Iキャッシュから命令を受け取る命令フェッチ・ユニット/分岐ユニット(IFU/BRU)と、
前記IFU/BRUから命令を受け取り、受け取った前記命令を前記Eユニットに提供する、ディスパッチ・ユニットと
をさらに備える、請求項11に記載の同期式集積回路。 - 前記GCSRの各々における各ステージからの出力が、前記システム・クロックと組み合わされ、対応するパイプライン・ステージを個々にゲート制御する、請求項12に記載の同期式集積回路。
- ストール状態ビットが前記GCSRの第1のステージに提供される、請求項14に記載の同期式集積回路。
- 前記GCSRの各々において、ストール状態ビットが1ビット・カウンタに提供され、前記1ビット・カウンタは、前記1ビット・カウンタがアサートされなければ設定状態に保持され、前記ストール状態ビットがアサートされときにカウントを行い、前記1ビット・カウンタの出力は前記GCSRの各々の第1のステージに提供される、請求項14に記載の同期式集積回路。
- 前記GCSRの最後の出力が、前記複数のクロック・ドライバの各々において前記システム・クロックと組み合わされ、ストール状態ビットが1ビット・カウンタに提供され、前記1ビット・カウンタは、前記ストール状態ビットがアサートされなければ設定状態に保持され、前記ストール状態ビットがアサートされたときにカウントを行い、前記1ビット・カウンタの出力は前記GCSRの第1のステージに提供される、請求項14に記載の同期式集積回路。
- 共通のシステム・クロックと、
前記システム・クロックによってクロック駆動されるIユニットと、
前記システム・クロックによってクロック駆動され、前記Iユニットと通信状態にあるEユニットと
を備え、
前記Iユニット及び前記Eユニットの各々は、
複数のレジスタ・ステージと、
前記共通システム・クロック及びストール状態を受け取り、前記ストール状態に応答して前記複数のレジスタのクロック周波数を調整するローカル・クロック生成装置であって、前記Iユニットがストール状態を前記Eユニットに提供し、前記Eユニットがストール状態を前記Iユニットに提供する、ローカル・クロック生成装置と
を備える、スカラ・プロセッサ。 - 前記ローカル・クロック生成装置が、
複数の単一ビット・カウンタを含むゲート制御シフト・レジスタ(GCSR)と、
その各々が、前記複数の単一ビット・カウンタの1つから出力を受け取り、前記出力を前記システム・クロックと組み合わせてレジスタ・ステージ・クロックを生成する、複数のローカル・クロック・ドライバと
を備える、請求項18に記載のスカラ・プロセッサ。 - 前記複数のレジスタ・ステージがレジスタ・パイプラインのステージであり、前記GCSRが各パイプライン・ステージについて1つの単一ビット・カウンタを含む、請求項19に記載のスカラ・プロセッサ。
- 前記Eユニットと通信するデータ・キャッシュと、
前記Iユニット及び前記Eユニットと通信するレジスタ・ファイルと、
Iキャッシュと、前記Iキャッシュからデータを受け取るIキューと、前記Iキューからデータを受け取るIパイプと、を備えるIユニットと、
前記Iパイプからデータを受け取るEキューと、前記Eキューからデータを受け取るEパイプと、を備えるEユニットと
をさらに備える、請求項20に記載のスカラ・プロセッサ。 - 前記Iユニット及び前記Eユニットの各々は、前記GCSRの出力を、前記複数のクロック・ドライバのうちの対応する1つにおいて、前記システム・クロックと組み合わされ、前記複数のクロック・ドライバの各々は、対応するパイプライン・ステージを個々にゲート制御する、請求項21に記載のスカラ・プロセッサ。
- ストール状態ビットが前記GCSRの第1のステージに提供される、請求項22に記載のスカラ・プロセッサ。
- ストール状態ビットが1ビット・カウンタに提供され、前記1ビット・カウンタは、前記ストール状態ビットがアサートされなければ設定状態に保持され、前記ストール状態ビットがアサートされたときにカウントを行い、前記1ビット・カウンタの出力は前記GCSRの第1のステージに提供される、請求項22に記載のスカラ・プロセッサ。
- 前記GCSRの最後の出力が前記複数のクロック・ドライバの各々において前記システム・クロックと組み合わされ、ストール状態ビットが1ビット・カウンタに提供され、前記1ビット・カウンタは、前記ストール状態ビットがアサートされなければ設定状態に保持され、前記ストール状態ビットがアサートされたときにカウントを行い、前記1ビット・カウンタの出力は前記GCSRの第1のステージに提供される、請求項21に記載のスカラ・プロセッサ。
- 共通のシステム・クロックと、
前記システム・クロックによってクロック駆動されるIユニットであって、
Iキャッシュと、
前記Iキャッシュから命令を受け取る命令フェッチ・ユニット/分岐ユニット(IFU/BRU)と、
前記IFU/BRUから命令を受け取り、実行のために受け取った前記命令を送るディスパッチ・ユニットと
を備えるIユニットと、
前記システム・クロックによってクロック駆動されるEユニットであって、
前記Iユニットから命令を受け取り、汎用レジスタ/リネーム・バッファ・ユニットと通信する固定小数点ユニットと、
前記Iユニットから命令を受け取り、前記汎用レジスタ/リネーム・バッファ・ユニット及びデータ・キャッシュと通信するロード・ストア・ユニット(LSU)と、
前記Iユニットから命令を受け取り、浮動小数点レジスタ/リネーム・バッファ・ユニットと通信する浮動小数点ユニット(FPU)であって、前記ロード・ストア・ユニットは前記浮動小数点レジスタ/リネーム・バッファ・ユニットとさらに通信し、前記ロード・ストア・ユニットはストール状態を該浮動小数点ユニットに提供し、前記浮動小数点ユニットはストール状態を前記ロード・ストア・ユニットに提供する、浮動小数点ユニットと、
前記Iユニットから命令を受け取り、前記Iユニット内の完了ユニットと通信するベクトル・マルチメディア拡張ユニットと
を備えるEユニットと、
前記LSU及び前記FPUの各々内にあって、前記共通システム・クロックとストール状態とを受け取り、前記ストール状態に応答してユニット・レジスタのクロック周波数を調整するローカル・クロック生成装置と
を備える、スーパースカラ・プロセッサ。 - 前記ストール状態がユニット・レベルの動作を示す、請求項26に記載のスーパースカラ・プロセッサ。
- 前記IユニットがEユニットのストール状態に応答してフェッチ帯域幅を調整する、請求項27に記載のスーパースカラ・プロセッサ。
- 集積回路チップ・コンポーネントに対するローカル・クロックのローカル周波数を制御する方法であって、
チップ・コンポーネントの動作レベルを監視するステップと、
第2のコンポーネントにおける動作レベルがしきい値レベルを越えているという表示に応答して、第1のコンポーネントの前記ローカル周波数のクロックを調整するステップと
を有する方法。 - 前記第2のコンポーネントにおける前記動作レベルが、前記しきい値レベルより上に上がった場合に、前記ローカル・クロックが一時停止される、請求項29に記載の方法。
- 前記第2のコンポーネントにおける前記動作レベルが、前記しきい値レベルより上に上がった場合に、前記クロックの周波数が半分になる、請求項29に記載の方法。
- 前記動作レベルが第2のしきい値レベルより上に上がった場合に、前記クロックが一時停止される、請求項31に記載の方法。
- 前記動作レベルが前記しきい値レベルより下に下がった場合に、前記ローカル・クロックが通常の作動周波数に戻る、請求項29に記載の方法。
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