JP2010539610A

JP2010539610A - 電圧レギュレータ通信のためのシステムおよび方法

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Publication number: JP2010539610A
Application number: JP2010525117A
Authority: JP
Inventors: ロドリゲス，ジョージ; ナベー，アロン; シュワルツバンド，ギル; マ，フン−ピャオ; ルス，ステファン; ハーマーディング，ジェイムズ，ジー; サントス，イシュマエル，アール; ダイビーン・ザ・セカンド，ジョセフ，ティー; スタンフォード，エドワード
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2007-09-29
Filing date: 2008-09-29
Publication date: 2010-12-16
Also published as: GB201004598D0; WO2009045937A2; WO2009045937A3; TW200937158A; GB2465135B; US20090089607A1; KR101142755B1; US7908496B2; CN102216866B; DE112008002594T5; GB2465135A; TWI390379B; CN102216866A; KR20100051113A

Abstract

規制された電圧供給を集積回路に提供するためのシステムおよび方法が開示される。本発明の実施例では、システムの電圧レギュレータは、システム内の集積回路に供給電圧を集積回路に提供する電圧レギュレータに関連する情報を提供する。本発明の別の実施例では、集積回路は、電圧レギュレータからの情報を使用して、システムの動作特性に関する決定を行う。

Description

本発明は、一般に集積回路の電圧制御に関連する。より特定すれば、本発明の実施例は、集積回路とその集積回路に供給電圧を提供する電圧レギュレータとの間の通信に関連する。

様々な演算プラットフォームでは、中央処理装置（ＣＰＵ）のような集積回路（ＩＣ）は、電圧レギュレータ（ＶＲ）によって提供される電力を受ける。ＶＲは、例えば第１供給電圧レベルで様々な異なる電流出力を提供することにより、ＩＣに種々の電力を供給する。ＶＲは、さらに第１供給電圧レベルと異なる第２供給電圧レベルで他の様々な電流出力をＩＣに供給することができる。

典型的には、ＶＲは、ＩＣが必要とする特定の電力に対する指示に基づいて、そのＩＣへの電力の供給を決定する。例えば、ＶＲは、ＩＣがより少ないかあるいはより多くの電力を必要とすること、例えばそのＩＣが電力消費の特定のレベルあるいは範囲により良く適した動作モードに入る必要があることを示す信号をそのＩＣから受け取る。その受信信号に応答して、ＶＲは、供給電圧を提供する電圧規制資源（リソース）をそのＩＣへ適切に配分する。例えば、ＶＲは、一組のＶＲのフェイズを割り付け、その割り付けられたフェイズの各々は、ＶＲの全電流出力に寄与する。

電圧規制資源を割り付ける際に、ＶＲは、異なる最適レベルの電力出力ために評価された資源を割り付ける。したがって、所定のどの時間においても、ＶＲは、出力電流を提供するために専用された電圧資源の特定の選択に依存して、より優れたかあるいはより劣った電力効率で動作している。また、所定のどの時間においても、ＶＲは、特定の負荷レベル、つまり特定の電力負荷および／または特定の熱負荷で動作しており、それは、ＩＣの追加の電力リクエストに都合するためのＶＲの容量を制限することになる。残念ながら、所定のどの時間においてもＶＲの効率レベル、および／または、ＶＲの現状の負荷は、増加したデータ処理がＩＣに要求されているかどうかとは無関係である。その結果、ＩＣは、あまり効率的でないかあるいはＶＲの動作能力を越えている、電圧規制資源の特定の組み合わせを割り付けるためにＶＲに要求することにより、増加した処理リクエストに応答することができる。

本発明の様々な実施例は、制限するためではなく、例として描かれた添付図面中に示される。

本発明の一実施例を実施することができるシステムを示すブロック図である。

本発明の実施例に従う方法を示すフローチャートである。

本発明の一実施例を実施する電圧レギュレータの動作を示す状態遷移図である。

図１は、本発明の実施例に従うシステム１００のブロック図である。システム１００は、電力をＩＣ１７０に供給するＶＲ１１０を含む。本発明の実施例では、ＶＲ１１０は、異なる電圧レベルの供給電圧１６０をＩＣ１７０に種々に出力するためのＶＲ電圧制御器１４０を含む。ＩＣ１７０は、半導体基板上に集積された多様なあらゆる回路を含み、マイクロプロセッサに限定されることはないが、個々の処理コア、あるいはあらゆる他の適切な回路を含む。システム１００は、いくつかの実施例に従って、デスクトップまたはラップトップ・コンピュータ（例えば、コンピュータ・マザーボード上）、モバイル・プラットフォーム、サーバ・プラットフォーム、あるいは他の適切なコンピューティング・プラットフォームのようなより大きなプラットフォームの一部であってもよい。例えば、電圧レギュレータ１１０は、マザーボードに結合される基板に搭載される電圧レギュレータ「モジュール」として、マザーボード上に直接搭載される要素を有する電圧レギュレータ「ダウン」として、あるいは他のあらゆる形式で実装されてもよい。更に、ＶＲ１１０およびＩＣ１７０の各々は、個々の装置として本発明の実施例を実現することができる。

一般に、電圧レギュレータ１１０は、ＩＣ１７０に特定の供給電圧１６０で電力を提供する装置を含む。いくつかの実施例によれば、ＶＲ電圧制御器１４０は、供給電圧１６０を調整する。例えば、ＶＲ電圧制御器は、ＩＣ１７０からの１またはそれ以上の通信（図示せず）に応じて供給電圧を調整する。

供給電圧１６０をＩＣ１７０に提供するケースの場合では、ＶＲ１１０は、所定の時間にＶＲ１１０が供給電圧１６０をＩＣ１７０に提供する結果としての特定の状況を有する。例えば、供給電圧１６０をＩＣ１７０に提供することにより、ＶＲ１１０は、ＶＲ１１０の１またはそれ以上のコンポーネントの温度としての特定の熱状態で動作する。加えて、ＩＣ１７０に供給電圧１６０を提供するＶＲ１１０は、特定のタイプあるいはレベルの電力出力、つまりＩＣ１７０がその動作負荷に基づいて電力を引き込むような、特定の電圧で特定の電流出力を与えるＶＲ１１０となる。

本発明の様々な実施例では、ＶＲ１１０は、ＶＲ状況検出器１２０を含み、ＶＲ１１０の特定の状況、例えばＩＣ１７０に供給電圧１６０を提供するＶＲ１１０に関連した状況を検出する。ＶＲ状況検出器１２０は、電圧検出器、電流検出器、熱検出器、タイマ、および信号検出器を含む検出要素の様々な組み合わせのいずれかを含むが、これらに制限されることはない。例えば、ＶＲ状況検出器１２０は、ＶＲ１１０の現状状態、ＶＲ１２０中の状態変化、およびＶＲ１２０中の状態変化率の１またはそれ以上を種々に検出する。ＶＲ１１０は、ＶＲ状況検出器１２０に結合されたＶＲ送信機１３０をさらに含み、ＶＲ１１０の検出された状況に関する情報１５０をＶＲ１１０からＩＣ１７０に送出する。本発明の様々な実施例では、ＩＣ１７０は、ＩＣ決定ユニット１７５を含み、送信情報１５０に基づいてシステム１００の動作特性を決定する。以下議論されるように、システム１００の動作特性は、ＩＣ１７０および／またはＶＲ１１０の特性を含む。

図２は、本発明の実施例に従う方法を実施するためのアルゴリズム２００を示す。本発明の様々な実施例では、本アルゴリズムは、供給電圧をＩＣに提供するＶＲを有するシステムによって実施される。例えば、アルゴリズム２００は、システム１００のようなシステムによって実施されてもよい。アルゴリズム２００は、供給電圧をＩＣに提供するために形成されたＶＲで２１０から始まる。２２０で、ＶＲは、供給電圧をＩＣに提供するＶＲに関連するＶＲの状況を示す情報をＩＣに送出する。

ここに使用されるように、供給電圧をＩＣに提供するＶＲに関連するＶＲの状況を示す情報は、ＶＲによる供給電圧の提供を示す情報、ＶＲによる供給電圧の提供により生じるＶＲの状況を示す情報、および／または、ＶＲによる供給電圧の提供のために必要であるＶＲの状況を示す情報を含む。ＶＲから送られた情報を受け取ると、２３０で、ＩＣは、ＶＲおよびＩＣが属するシステムの動作特性を決定する。ここに使用されるように、システムの動作特性は、システムの現状状況、つまりシステムの１またはそれ以上の要素の状態、そのような状態の変化、および／または、そのような状態の変化率を含む。さらに、動作特性は、システムの予期される将来の状況、および／または、システムの最適かあるいはそうでなければ望ましい動作状況も含む。本発明の一実施例では、システムの動作特性は、ＶＲ１１０および／またはＩＣ１７０の動作特性を含む。

図３は、本発明の実施例を実施することができるシステム３００の特定の詳細を示すブロック図である。システム３００では、ＶＲ３１０が供給電圧３８０を提供するＩＣは、中央処理装置（ＣＰＵ）３９０である。加えて、ＶＲ３１０は、データ処理能力がある他の様々な集積回路のいずれにも供給電圧を提供することができる。例えば、ＶＲ３１０は、共通の半導体基板上に集積された一群のデータ処理回路、例えば、一群のプロセッサ・コア内にある単一のプロセッサ・コアのいくつかあるいはそのすべてに供給電圧を提供する。加えて、ＶＲ３１０は、ＶＲ３１０それ自体と同じ半導体基板に集積されるデータ処理回路に供給電圧を提供する。

ＣＰＵ３９０が時間の経過とともに動作すると、それは、ＶＲ３１０から求められた電力負荷を変えることにより電力リクエストを変えることに従ってその動作を調整する。本発明の実施例では、ＶＲ３１０は、変化する負荷の下でＣＰＵ３９０に電力を不定に配送するためのハードウェアおよび／またはソフトウェア手段を含む。例えば、本発明のある実施例では、ＶＲ電圧制御器３４０は、マルチフェイズ・バック（降圧）レギュレータのような、１またはそれ以上のフェイズ３４３，３４４，３４６を含む。フェイズ３４３，３４４，３４６の各々は、ＣＰＵ３９０へ供給電圧３８０で電力を配送することで、ＣＰＵ３９０へＶＲ３１０の総出力電流を与える。所定のどの時間においても、フェイズ３４３，３４４，３４６の特定の選択により、ＣＰＵ３９０の電力リクエストを満たすために供給電圧３８０で電流が与えられる。しかしながら、ＣＰＵ３９０の電力リクエストの変化は、ＶＲ３１０からの新しい電流出力および／または供給電圧３８０用の新しい電圧レベルを要求する。その結果、フェイズ３４３，３４４，３４６の異なる選択は、ＣＰＵ３９０の新しい電力リクエストを満たすに際に、現在の選択よりより効率的になる。同様に、他のＶＲ要素は、特定のタイプおよび／または範囲の電力配送に適した効率性を示す。

図１に関して議論されるように、供給電圧３８０をＣＰＵ３９０に提供するケースの場合において、ＶＲ３１０は、ＶＲ３１０が供給電圧３０８をＣＰＵ３９０に提供する結果として、所定の時間に、特定の状況を有する。本発明の様々な実施例では、ＶＲ３１０は、ＶＲ状況検出器３２０を含み、供給電圧３８０をＣＰＵ３９０に提供するＶＲ３１０に関連した状況のようなＶＲ３１０の特定の状況を検出する。ＶＲ状況検出器３２０は、電圧検出器、電流検出器、熱形検出器、タイマ、信号検出器、および処理回路類を含む検出要素の様々な組み合わせのいずれかを含むが、これらに制限されるものではない。ＶＲ３１０は、さらにＶＲ状況検出器３２０に結合されたＶＲ送信機３３０を含み、ＶＲ１１０からＩＣ１７０にＶＲ３１０の検出状況に関する情報３７５を送出する。本発明の様々な実施例では、ＣＰＵ３９０は、送信情報１５０に基づいたシステム３００の動作特性を決定するためのＣＰＵ決定ユニット３９４を含む。

本発明の実施例では、ＣＰＵ３９０は、通信３７０をＶＲ３１０へ提供し、システム３００の定められた動作特性に基づいてシステム３００の所望の動作状態を様々に決定し、指図し、および／または、示す。図４−図６は、本発明の実施例に従って、ＶＲ１１０およびＩＣ１７０のような装置の様々な動作状態を描く。

図４は、本発明の実施例に従って、電力をＩＣに提供する過程において、異なる電力状態で様々に動作するＶＲの遷移を示す状態ダイアグラム４００を含む。状態ダイアグラム４００は、例えば、ＶＲ３１０のようなＶＲによって実施される。とりわけ、状態ダイアグラム４００は、規制された電圧の供給を集積回路に提供するとき、１またはそれ以上のフェイズ、つまりフェイズ３４３，３４４，３４６の様々な組み合わせを用いることができるＶＲによって実施される。ＶＲの電力状態は、ＶＲのフェイズの異なる組み合わせに関して今後記述されるが、異なる電力状態で動作するＶＲの追加のあるいは代替となる分類を含めるために、本発明が拡張されると理解される。

ここに使用されるように、与えられた電力状態で動作するＶＲは、供給電圧を提供する過程において、特定のモード組み合わせで動作するＶＲ要素の特定の組み合わせに関連する。ＶＲの特定の動作状態に言及する限りにおいて、与えられた電力状態で動作するＶＲは、例えばそのような動作に起因する出力電力から識別されることになっている。図面によれば、与えられた電力状態で動作するＶＲは、本発明の様々な実施例において、その与えられた電力状態で動作するＶＲと各々一致している出力電力、電圧および／または電流レベルの様々な組み合わせのいずれかを提供する。さらに、ＶＲの動作効率は、２つの電力状態間で変わるが、出力電力、電圧および／または電流レベルの特定の組み合わせは、第１電力状態あるいは第２電力状態のいずれかで動作するＶＲと一致している。

状態ダイアグラム４００において、ＶＲは、ＶＲのある最小出力容量に関連したＶＲ電力状態０４１０で動作する。一実施例では、ＶＲ電力状態０４１０は、ＶＲからの非同期電流出力を考慮に入れるＶＲの動作を表わし、出力電流レベルは、少なくとも時々０まで落ちることが許される。ＶＲ電力状態０４１０は、例えば不連続の電流モードで動作する単一のＶＲフェイズを有することにより達成される。

加えてあるいはそれに代えて、ＶＲは、ＶＲのある中間出力容量に関連するＶＲ電力状態１４２０で動作することができる。一実施例では、ＶＲ電力状態１４２０は、ＶＲからの直流出力を考慮に入れるＶＲの動作を表わし、出力電流レベルは、０に落ちることはない。ＶＲ電力状態０４１０は、例えば不連続の電流モードで動作する単一のＶＲフェイズを有することにより達成され、少なくともある最小の電流出力を提供する。

加えてあるいはそれに代えて、ＶＲは、ＶＲのある最大出力容量に関連するＶＲ電力状態２４３０で動作することができる。一実施例では、ＶＲ電力状態２４３０は、ＶＲからの直流出力を考慮に入れるＶＲの動作を表わし、ＶＲは、あるより高い電流出力レベルでより効率的に動作する。ＶＲ電力状態２４３０は、例えばＶＲのすべてのフェイズを電流出力に寄与させることにより達成される。

本発明の実施例では、ＣＰＵ３９０のようなＩＣは、第１電力状態の動作と第２電力状態との間で遷移するために、ＶＲに命令する。図４の典型的なケースでは、ＩＣは、ＩＣの可能性のある最悪ケースの電流負荷（Ｉ_{ｃｃｍａｘ}）を検出するＩＣに少なくとも部分的に基づいて電力状態を変更するようにＶＲに命令する。例えば、ＣＰＵ決定ユニット３９４は、現在のデータ処理動作および／または現在キューに入れられているか、そうでなければペンディング状態にあるデータ処理リクエストに基づいて、Ｉ_{ｃｃｍａｘ}を検出することができる。

状態ダイアグラム４００の場合には、Ｉ_{ｃｃｍａｘ}が、ある第１しきい値電流レベルＹアンペア（Ａｍｐｓ）あるいはそれ以下にある限り、ＩＣは、ＶＲ電力状態０４１０の動作から遷移するようにＶＲに命令することはしない。一実施例では、この第１しきい値電流レベルＹアンペアは、２−４アンペアの範囲である。Ｉ_{ｃｃｍａｘ}がＹアンペアより大きくなると、ＩＣは、ＶＲ電力状態０４１０での動作からＶＲ電力状態１４２０での動作へ遷移するようにＶＲに命令する。同様に、Ｉ_{ｃｃｍａｘ}がＹアンペアに等しいかあるいは小さいことをＩＣが検出すれば、ＩＣは、ＶＲ電力状態１４２０での動作からＶＲ電力状態０４１０での動作に遷移するようにＶＲに命令する。さらに、状態ダイアグラム４００の典型的な場合では、ＩＣは、Ｉ_{ｃｃｍａｘ}が第１しきい値電流レベルＹアンペアより大きくかつある第２しきい値電流レベルＸアンペアに等しいかあるいは小さいことをＩＣが検出する間、ＩＣは、ＶＲ電力状態１４２０での動作から遷移するようにＶＲに命令することはしない。本発明の一実施例において、この第２しきい値電流レベルＸアンペアは、２２−２４アンペアの範囲である。Ｉ_{ｃｃｍａｘ}がＸアンペアより大きいことをＩＣが検出すれば、ＩＣは、ＶＲ電力状態１４２０での動作からＶＲ電力状態２４３０での動作に遷移するようにＶＲに命令する。同様に、Ｉ_{ｃｃｍａｘ}が再びＸアンペアより小さいかあるいは等しいことをＩＣが検出すれば、ＩＣは、ＶＲ電力状態２４３０の動作からＶＲ電力状態１４２０の動作に遷移するようにＶＲに命令する。Ｉ_{ｃｃｍａｘ}が第２しきい値電流レベルＸアンペアより大きいことをＩＣが検出する間、ＩＣは、ＶＲ電力状態２４３０の動作から遷移するようにＶＲに命令することはしない。

本発明の実施例では、状態ダイアグラム４００による電力状態間で遷移するＶＲは、現状の電力状態をＣＰＵ３９０のようなＩＣへ示すために情報３７５のような情報を伝送する。別の実施例では、ＶＲは、ＣＰＵ３９０のようなＩＣにＶＲの状況を伝え、その結果ＣＰＵ３９０は、ＶＲが特定の電力状態であることを決める。ＣＰＵは、さらにシステム３００の特定の動作特性がＶＲの示された出力状態を利用するために変更されたかどうか、および／または、どのように変更されたかを決定する。

図５は、本発明の実施例を実行する過程において、異なる熱状態で種々に動作するＶＲの遷移を示す状態ダイアグラム５００を含む。例えば、状態ダイアグラム５００は、ＶＲ３１０のようなＶＲの熱状態遷移を表わす。ここに使用されているように、ＶＲの熱状態は、特定の熱値あるいはＶＲの１またはそれ以上のコンポーネントが動作する熱値の範囲（例えば、温度範囲）に関連する。ＶＲの熱状態の決定は、ＶＲ自体によって、あるいは、例えばＣＰＵ３９０のようなＩＣによって実行される。例えば、ＶＲは、そのコンポーネントの１またはそれ以上が所定の熱状態に関連した特定の温度範囲で動作し、その熱状態をＩＣに伝えることを決める。加えてあるいはそれに代えて、ＶＲは、そのコンポーネントの１またはそれ以上が動作している温度を単にＩＣに伝え、ＩＣは、伝えられた温度に基づいてＶＲの熱状態を決定する。

状態ダイアグラム５００は、ＶＲ熱状態０５１０、ＶＲ熱状態１５２０、ＶＲ熱状態２５３０、およびＶＲ熱状態３５４０を含む。１またはそれ以上のＶＲ熱状態は、それらに関連するＶＲ動作状況のそれぞれのセットを有する。例えば、ＶＲの特定の熱状態は、特定のパフォーマンス・レベルに関連し、その熱状態でＶＲに要求されているものである。図５の典型的なケースでは、ＶＲがＶＲ熱状態０５１０にある場合、ＶＲは、特定の高レベル電力出力（強化レベル）を満たす独立した能力を示す。対照的に、ＶＲがＶＲ熱状態１５２０にある場合に、ＶＲは、電力出力の強化レベルを満たすために依存あるいは適格な能力を示す。例えば、ＶＲがＶＲ熱状態１５２０にある間、ＶＲの冷却ファンは、ＶＲの温度がＭ℃を越えて増加するのを防ぐために活動させる必要がある。さらに、ＶＲがＶＲ熱状態２５３０にある場合、ＶＲの電力出力は、強化されたパフォーマンス・レベル未満である基準線のパフォーマンス・レベルに制限される。最後に、ＶＲがＶＲ熱状態３５４０にある場合、ＶＲは、ＩＣによって電力リクエストを押さえることを要求する。

ＶＲの温度が第１しきい値温度Ｌ℃未満である場合に、ＶＲは、ＶＲ熱状態０５１０にあると判断する。ＶＲの温度が第１しきい値温度Ｌ℃か、あるいはそれより低い場合、および、より高い第２しきい値温度Ｍ℃より低い場合、ＶＲは、ＶＲ熱状態１５２０にあると判断する。ＶＲの温度が第２しきい値温度Ｍ℃か、あるいはそれより低い場合、および、より高い第３しきい値温度Ｎ℃より低い場合、ＶＲは、ＶＲ熱状態２５３０にあると判断する。最後に、ＶＲの温度が第３しきい値温度Ｎ℃か、あるいはそれより高い場合、ＶＲは、ＶＲの熱状態３５４０にあると判断する。本発明の実施例では、Ｌ℃、Ｍ℃、およびＮ℃は、それぞれ７８℃から８２℃、８８℃から９２℃、１０３℃から１０７℃の温度範囲の温度である。

ＶＲ温度の決定は、ＶＲ状況検出器３２０のような検出器によって行なわれる。本発明の様々な実施例では、ＶＲの熱状態の決定は、ＶＲ状況検出器３２０のような検出器によって、あるいはＣＰＵ決定ユニット３９４のようなＩＣの要素によって行なわれる。ＣＰＵ決定ユニット３９４のようなＩＣの要素によるＶＲの熱状態の決定は、情報３７５のようなＶＲによって提供される熱情報に基づく。

状態ダイアグラム５００の場合において、特定のＶＲ熱状態は、特定の容量を有し、電圧をＩＣに提供するＶＲに関連する。ＶＲは、ＩＣ供給電圧の提供に関連する１またはそれ以上のＶＲの熱値を検出する。その後、ＶＲは、決定されたＶＲ熱状態あるいはＶＲ熱状態を決定するのに使用される１またはそれ以上の熱値のような検出熱値に関するＩＣ情報を送出する。ＶＲによって送られた情報に基づいて、ＩＣは、ＩＣおよびＶＲが動作するシステムの動作特性を決定する。例えば、ＩＣは、ＶＲの動作負荷、電力出力を増加させるＶＲの容量、ＶＲのためのより効率的な動作モード、およびＩＣのより効率的な動作モードの内の１またはそれ以上を（例えば、ＣＰＵ決定ユニット３９４で）決定する。

図６は、本発明の実施例を実施するＩＣの異なる電圧状態を示す状態ダイアグラム６００を含む。例えば、状態ダイアグラム６００は、ＣＰＵ３９０のようなＩＣによって実行される。例えば、状態ダイアグラム６００は、様々な異なる電圧状態のうちの１つで動作する間に、データを種々に処理することができるＣＰＵによって実行される。各電圧状態は、例えばＣＰＵの動作特性の様々な組み合わせのうちのどれに関連していてもよい。例えば、ＣＰＵでの現状のあるいは所望のクロック周波数によって、そのＣＰＵが特定の電圧状態で動作するための必要性が決まる。加えてあるいはそれに代えて、ＣＰＵのキャッシュがフラッシュされているかあるいはフラッシュされる必要があるかどうかによって、ＣＰＵが特定の電圧で動作するための必要性が決まる。キャッシュをフラッシュすることによって、キャッシュ（データ）のコンテンツの完全性がキャッシュに供給された電圧が降下した低い電力状態中でもよく維持される。加えてあるいはそれに代えて、電力消費量を制限するために、ＣＰＵがゲート制御されたクロックを使用するかどうかあるいはどのように使用するかによって、ＣＰＵが特定の電圧で動作するための必要性が決まる。本発明の実施例では、ＣＰＵは、処理サイクル中にどのレジスタがその処理サイクルに関与しなかったか決めるためにマイクロ命令を分析し、またこれらのレジスタがこのような処理サイクル中にクロックされるのを防止する。従って、処理サイクル中の非活性レジスタは、活性レジスタのレベルで電力を消費することはなく、それにより、このようなゲート制御されたクロック・レジスタを使用するあらゆるシステムの全電力使用を低下させる。

状態ダイアグラム６００の典型的なケースでは、低電圧状態６１０と高電圧状態６３０と間に遷移状態６２０を有するＣＰＵを示す。ＣＰＵは、特定の供給電圧を提供するようにＶＲに命令し、所望の電圧状態をＣＰＵに提供する。例えば、ＣＰＵが低電圧状態６１０で動作している場合、それはＣＰＵに対する現在の処理要求のような動作状況がＣＰＵに高電圧状態に移行することを要求していることであると決定してもよい。この決定に基づいて、ＣＰＵは、低電力出口リクエストをＶＲに送信し、例えば、現在提供しているより高い電圧レベルでＶＲがＣＰＵに供給電圧を提供しなければならないことを示す。ＶＲは、低電力出口リクエストに応答して、供給電圧の電圧レベルの増加を開始し、結局ＣＰＵが高電圧状態６３０で動作することを可能にする。

ＶＲが高電圧実行状態６３０を可能にする電圧レベルに供給電圧を増加させるのをＣＰＵが待機しているとき、ＣＰＵは、高電圧遷移状態６２０で動作することができる。本発明の実施例では、ＣＰＵは、１またはそれ以上の動作状況に基づいて、いつ高電圧実行状態６３０に遷移すべきかを決定する。例えば、ＣＰＵは、ＣＰＵが高電圧遷移状態６２０で動作している時間長を示すレイテンシ・タイマを開始する。ＶＲが低電圧実行状態６１０のための電圧レベルの提供から高電圧実行状態６３０のための電圧レベルの提供へ遷移する際に必要とする少なくともある最小待ち時間期間の間、ＣＰＵが高電圧遷移状態６２０で動作していたことを示すレイテンシ・タイマに応答して、ＣＰＵは、高電圧遷移状態６２０から高電圧実行状態６３０に遷移する。

様々な実施例において、ＶＲが高電圧実行状態６３０のための電圧レベルを提供していることを示すＶＲからの電圧準備信号に応答して、ＣＰＵは、また、高電圧遷移状態６２０から高電圧実行状態６３０に遷移することができる。そのような指示は、例えばＶＲからＣＰＵに送られるが、ＣＰＵは、ＶＲによって提供される供給電圧が特定の電圧状態で動作するために十分であることをＣＰＵ自身のために決定する適切な手段を含んでいない。そのような実施例では、ＣＰＵの電圧状態は状態ダイアグラム６００によって表わされるが、（１）ある最小待ち時間期間を追跡するレイテンシ・タイマの終了、または（２）ＣＰＵが高電圧実行状態６３０で動作するための電圧レベルを今提供していることのＶＲからの指示のいずれかがあるまで、そのＣＰＵは、高電圧遷移状態６２０から高電圧実行状態６３０へ遷移しないであろう。一度高電圧実行状態６３０になると、ＣＰＵは、低電力状態への移行を要求する必要があるまで、より高い供給電圧で動作し続ける。ＶＲが低電圧実行状態６１０で電圧レベルを供給している間、ＣＰＵの現状のおよび／または予期される処理負荷がＣＰＵの電力リクエストを満たす程度に十分に低い場合、このような要求が起こるかもしれない。

本発明の様々な実施例では、電圧状態６１０，６２０，６３０の１またはそれ以上に加えて、あるいはそれらの代替として、ＣＰＵは、他の様々な電圧状態で動作することができる。同様に、電圧状態間で遷移するＣＰＵのための様々な動作状況は、状態ダイアグラム６００に描かれた状態に加えて、あるいはそれらの代替として、存在する。例えば、高電圧遷移状態６２０に関して上述したものに類似する電圧準備信号も、高電圧実行状態６３０から低電圧実行状態６１０に遷移する際にＣＰＵを制御するために使用されてもよい。

図７は、本発明の実施例を実行するためのシステム７００を示す。システム７００は、ＶＲ７２０、ＩＣ７５０、マザーボード７７０、電源７１０、およびメモリ７６０を含む。例えば、システム７００は、デスクトップ・コンピューティング・プラットフォーム、モバイル・プラットフォーム、あるいはサーバ・プラットフォームのコンポーネントを含む。メモリ７６０は、ＳｉｇｌｅＤａｔａＲａｔｅＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭａｍｏｒｙ（ＲＡＭ）、ＤｏｕｂｌｅＤａｔａＲａｔｅＲＡＭ、スタティックＲＡＭ、ダイナミックＲＡ、および／または、プログラマブル読取専用メモリ（ＲＯＭ）のようなデータを格納するためにあらゆるタイプのメモリを含む。ＶＲ７２０は、電源７１０から電力７１５を受け取り、ＩＣ７５０の電力リクエストに基づいて電力を規制する。マザーボード７７０は、信号および／または１またはそれ以上の電源７１０を接続する電線、ＶＲ７２０、ＩＣ７５０、およびメモリ７６０を含む。システム７００は、状況検出器７２２、通信ユニット７２４、電圧制御器７２８、および決定ユニット７５２を含み、図３に関して議論された対応する要素に類似する。システム７００は、さらに電圧制御器７２８による使用のために電力７１５を電源７１０から変換するための電圧変換器（例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータあるいはＤＣ／ＤＣコンバータ）を含む。

電圧を規制するための技術およびアーキテクチャがここに記述される。上記記述では、説明目的のために、多くの特定の詳細事項が本発明についての完全な理解を提供するために述べられる。しかしながら、これらの詳細事項がなくても本発明を実施できることは、当業者には明らかであろう。例えば、構造および装置は、その記述を不明瞭にしないようにするためにブロック図の形式で示される。「一実施例」あるいは「実施例」に対する本明細書中の参照は、実施例に関して述べられた特定の特徴、構造、あるいは特性が本発明の少なくとも一実施例に含まれることを意味する。本明細書中の様々な場所に現れる語句「一実施例中」は、必ずしも全てが同じ実施例を参照するものではない。

詳細な説明のいくつかの部分は、コンピュータ・メモリ内のデータ・ビットに対する動作のアルゴリズムおよび記号表記によってここに示される。これらのアルゴリズム記述および表記は、コンピューティング技術の当業者によって使用される手段であり、それらの成果の資産を最も効果的に他の当業者に伝える。アルゴリズムは、ここでは一般に所望の結果を導く首尾一貫したシーケンスのステップであると考えられる。ステップは、物理量の物理的な操作を要求するものである。通常、必ずしも必要ではないが、これらの量は、電気的あるいは磁気的信号の形態をとり、格納、転送、結合、比較、および他の操作をすることができる。これらの信号をビット、値、要素、シンボル、文字、用語、数、あるいはその他同種のものとして言及することが主に一般的に使用されているという理由から、しばしば便宜である。

しかしながら、これらおよび類似の用語の全ては、適切な物理量に関連するものであり、かつ、これらの量に適用される単に便宜的なラベルであることを心に留めるべきである。以上の記述からも明白なように、特に明記されない限り、本記述の全体にわたって「処理する」または「演算する」または「計算する」または「決定する」というような用語を用いた記述は、コンピュータ・システムのレジスタおよびメモリ内の物理（電子）量としてのデータを、コンピュータ・システムのメモリまたはレジスタまたは他の同様の情報ストレージ、送信装置または表示装置内の物理量として同様に表わす他のデータに処理および変換するための、コンピュータ・システムまたは同様の電子演算装置の動作およびプロセスに関する記述であると理解することができる。

本発明は、さらに、ここに記述された動作を行うための機器に関連する。この機器は、必要な目的のために特に構築されたものであり、あるいは、それは、コンピュータに格納されたコンピュータ・プログラムによって選択的に活動化または再構成された汎用コンピュータを含む。そのようなコンピュータ・プログラムは、フレキシブル・ディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、および光磁気ディスクを含むあらゆるタイプのディスク、リード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）のようなランダム・アクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気または光カード、または任意の電子命令の格納に適したあらゆるタイプの媒体（ただし、これらに限らない）のようなコンピュータ読取り可能な格納媒体に格納され、それらの各々がコンピュータ・システム・バスに結合される。

ここに示されたアルゴリズムおよびディスプレイは、特定のコンピュータまたは他の機器と本質的に関連するものではない。様々な汎用システムが、ここに記述された教示に従ったプログラムと共に使用され、あるいは、それは、必要な方法のステップを実行するためのより特化された機器を構築するために便利であることがわかる。これらの様々なシステムのために必要な構造は、以上の記述から明らかになるであろう。さらに、本発明は、特定のプログラミング言語に関して記述されたものではない。ここに記述されるような発明の教示を実施するために、様々なプログラミング言語が使用できることが理解されるであろう。

ここに記述されるものに加えて、様々な修正が、本発明の範囲から逸脱することなく、本発明について開示された実施例およびインプリメンテーションに対して行なわれるかもしれない。したがって、ここに記述された実施例および実例は、制限する意味ではなく、例示であると解釈されるべきである。本発明の範囲は、専ら以下の請求項を参照することによって判断されるべきである。

Claims

電圧レギュレータ（ＶＲ）および集積回路（ＩＣ）を含むシステムにおける方法において、
前記ＶＲから供給電圧を前記ＩＣに提供する段階と、
前記供給電圧を前記ＩＣへ提供する段階に関連して、前記ＶＲで前記ＶＲの状況を検出する段階と、
前記検出された前記ＶＲの状況に関する情報を前記ＶＲから前記ＩＣに送出する段階と、
前記送出された情報に基づいて、前記システムの動作特性を前記ＩＣで決定する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
前記検出された状況に関する情報は、前記ＶＲの電圧出力、前記ＶＲの電力出力、前記ＶＲの電流出力、および前記ＶＲの温度の少なくとも１つを示す情報を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
前記動作特性は、より高い周波数の動作モードに遷移するためのＣＰＵの能力を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
前記動作特性は、前記ＶＲの負荷を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
動作特性を決定する段階は、前記ＶＲが予め定められた一組の動作状態からの状態で動作する段階を含み、前記方法は、さらに、
前記予め定められた一組の動作状態からの別の状態で動作するために、前記ＶＲに命令する信号を前記ＣＰＵから前記ＶＲに送出する段階であって、前記信号を送出する段階は、前記動作特性の決定に基づく、前記段階と、
を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
前記予め定められた一組の動作状態からの別の状態で動作するために、前記ＶＲに命令する信号を送出する段階は、前記ＣＰＵの可能性のある最悪ケースの電流負荷の検出に基づくことを特徴とする請求項５記載の方法。
供給電圧を集積回路（ＩＣ）に提供する段階と、
前記供給電圧を前記ＩＣに提供することになる状態を検出する段階と、
前記検出された状態に関する情報を前記ＩＣに送出する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
前記検出された状況に関する情報は、前記ＶＲの電圧出力、前記ＶＲの電力出力、前記ＶＲの電流出力、および前記ＶＲの温度の少なくとも１つを示す情報を含むことを特徴とする請求項７記載の方法。
前記供給電圧を提供する段階は、前記ＩＣのリクエストに応答し、前記送出された情報は、前記ＶＲが前記リクエストを満たしたという確認を含むことを特徴とする請求項７記載の方法。
電圧レギュレータ（ＶＲ）において、
供給電圧を集積回路（ＩＣ）に提供する電圧制御器と、
前記供給電圧を集積回路（ＩＣ）に提供すること関連する前記ＶＲの状況を検出する検出ユニットと、
前記検出されたＶＲの状況に関する情報をＩＣに送出する通信ユニットと、
ことを特徴とする電圧レギュレータ。
前記検出された状況に関する情報は、前記ＶＲの電圧出力、前記ＶＲの電力出力、前記ＶＲの電流出力、および前記ＶＲの温度情報の少なくとも１つの指示を含むことを特徴とする請求項１０記載の電圧レギュレータ。
前記通信ユニットは、前記ＩＣからリクエストを受け、前記供給電圧の前記ＩＣへの提供は、前記ＩＣのリクエストに応答するとともに、前記情報は、前記ＶＲが前記リクエストを満たしたという確認を含むことを特徴とする請求項１０記載の電圧レギュレータ。
集積回路（ＩＣ）において、
供給電圧の前記ＩＣへの提供に起因する電圧レギュレータ（ＶＲ）の状況に関する情報をＶＲから受ける通信ユニットと、
前記送られた情報に基づいて動作特性を決定する決定ユニットと、
を含むことを特徴とする集積回路。
前記ＶＲの状況に関する情報は、前記ＶＲの電圧出力、前記ＶＲの電力出力、前記ＶＲの電流出力、および前記ＶＲの温度の少なくとも１つを示す情報を含むことを特徴とする請求項１３記載の集積回路。
前記動作特性は、より高い周波数の動作モードに遷移するためのＣＰＵの能力を含むことを特徴とする請求項１３記載の集積回路。
前記動作特性は、前記ＶＲの負荷を含むことを特徴とする請求項１３記載の集積回路。
前記動作特性の決定は、前記ＶＲが予め定められた一組の動作状態からの状態で動作し、
前記通信ユニットは、さらに前記予め定められた一組の動作状態からの別の状態で動作するために、前記ＶＲに命令する信号を前記ＶＲに送出し、前記信号の送出は、前記動作特性の決定に基づく、通信ユニットと、
を含むことを特徴とする請求項１３記載の集積回路。
前記決定ユニットは、さらに前記ＩＣの可能性のある最悪ケースの電流負荷を決定し、前記信号の前記ＶＲへの送出は、前記ＩＣの前記決定された可能性のある最悪ケースの電流負荷に応答することを特徴とする請求項１７記載の集積回路。
システムにおいて、
供給電圧を集積回路（ＩＣ）へ提供する起因となる前記ＶＲの状況を検出する検出ユニット、および
前記ＶＲの状況に関する情報を前記ＩＣに送出するＶＲ通信ユニット、
を含む電圧レギュレータ（ＶＲ）と、
前記ＶＲに結合された前記ＩＣであって、
前記ＶＲの状態に関する前記送出された情報を前記ＶＲから受信するためのＩＣ通信ユニット、および
前記ＶＲの状態に関する前記送出された情報に基づいて、前記システムの動作特性を決定するための決定ユニットを含む前記ＩＣと、
前記ＩＣに結合されたダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）であって、前記ＤＲＡＭは、前記ＩＣによってアクセス可能なデータを格納するＤＲＡＭと、
を含むことを特徴とするシステム。
前記検出された状況に関する情報は、前記ＶＲの電圧出力、前記ＶＲの電力出力、前記ＶＲの電流出力、および前記ＶＲの温度の少なくとも１つを示す情報を含むことを特徴とする請求項１９記載のシステム。
前記動作特性は、より高い周波数の動作モードに遷移するためのＣＰＵの能力を含むことを特徴とする請求項１９記載のシステム。
前記動作特性は、前記ＶＲの負荷を含むことを特徴とする請求項１９記載のシステム。
前記動作特性の決定は、前記ＶＲが予め定められた一組の動作状態からの状態で動作し、前記ＩＣ通信ユニットは、さらに前記予め定められた一組の動作状態からの別の状態で動作するために、前記ＶＲに命令する信号を前記ＶＲに送出し、前記信号の送出は、前記動作特性の決定に基づく、
ことを特徴とする請求項１９記載のシステム。
前記信号を前記ＣＰＵから前記ＶＲへの送出は、前記ＣＰＵの可能性のある最悪ケースの電流負荷の検出に応答することを特徴とする請求項２３記載のシステム。