JP2011165202A - Processor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電源の制御技術に関し、パーソナルコンピュータのような電子機器に用いられ、特にプロセッサ用電源の制御方法に特徴を有する電源システムに適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a power supply control technique, and more particularly to a technique that is used in an electronic device such as a personal computer, and that is particularly effective when applied to a power supply system characterized by a processor power supply control method.
近年のパーソナルコンピュータ等の電子機器に用いられるプロセッサはますます高性能化し、これに伴いプロセッサの処理スピード、消費電力も増大しており、プロセッサの発熱量、駆動バッテリの消費電力も増大している。 Processors used in electronic devices such as personal computers in recent years have become more and more sophisticated, and accordingly, the processing speed and power consumption of processors have increased, and the amount of heat generated by processors and the power consumption of drive batteries have also increased. .
これらを考慮して、従来の電子機器においては、プロセッサのクロック周波数やコア電圧を変化させて、プロセッサ消費電力を制御するという手法が取られている。図１４は、本発明者が検討した本発明に対する比較技術のプロセッサ向け電源システムのブロック図を示す。プロセッサ１については、動作電圧とクロック周波数に関する部分のみ記述しており、具体的にはプロセッサコア１２と、演算量検出器１３と、プロセッサコア１２のクロック周波数を算出し、逓倍器１５が所望のクロック周波数を生成するよう指令値を出力するクロック指令発生器１６がある。プロセッサ１はバスコントローラ２と同期して動作しており、プロセッサ１のクロック周波数はシステムクロック２２の周波数を逓倍器１５で逓倍させることで生成する。前述したプロセッサコア１２とは、プロセッサ１の中で命令発生器や演算器などを組み合わせた回路ブロックで、データ処理の役割を担う。
Taking these into consideration, conventional electronic devices employ a technique of controlling processor power consumption by changing the clock frequency and core voltage of the processor. FIG. 14 shows a block diagram of a power supply system for a processor of a comparative technique compared to the present invention examined by the present inventors. For the
通常、パーソナルコンピュータのシステムクロック２２の周波数は６００ＭＨｚから１ＧＨｚ程度の帯域が用いられており、逓倍器１５の出力、すなわちプロセッサコア１２のクロック周波数は２００ＭＨｚから３ＧＨｚ程度となっている。バスコントローラ２は、プロセッサ１と外部メモリ２３やＨＤＤ２４などの外部記憶機器、グラフィック２５などの出力機器、ＢＩＯＳ２６などの入出力機器との間でデータを仲介する。データ伝送路２７はプロセッサ１とバスコントローラ２のデータの経路、データ伝送路２８は外部機器とのデータの経路で、ともに双方向となる。
Usually, the frequency of the
プロセッサコア１２に電力を供給する電源については、プロセッサコア１２の演算量に応じて、電圧指令発生器１１から電源制御コントローラ３１に電圧指令値が送られ、ＶＲ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｅｇｕｒａｔｏｒ）３５を介してプロセッサ１に所望の電圧が供給される。電源制御コントローラ３１はＶＲ３５の出力電圧を監視しており、電圧指令発生器１１からの目標値と電圧フィードバック３８の値が一致するように制御される。
With respect to the power source that supplies power to the
プロセッサコア１２の動作電圧を決める要因として電源３があり、電源管理部３２は電源３がＡＣアダプタ３３か、バッテリ３４かに応じてプロセッサコア１２の動作電圧を可変とする。例えば、電源３がバッテリ３４の場合、ＡＣアダプタ３３と比べてプロセッサコア１２の動作電圧を下げる。これはバッテリの寿命を伸ばすため、プロセッサ１の処理速度を犠牲にして、消費電力を低減するためである。一方、電源３としてＡＣアダプタ３３が接続されている場合は、プロセッサ１の処理速度を優先して、動作電圧はバッテリ３４と比べて高めに設定する。電力伝送路３６は電源３からＶＲ３５への電力の伝送、電力伝送路３７はＶＲ３５からプロセッサコア１２への電力の伝送を示す。
The
次に、図１５を用いてＶＲ３５の構成について説明する。図１５において、点線の内部がＶＲ３５に相当し、構成要素としては、入力容量Ｃｉｎ、電源制御コントローラ３１、ドライバ４３、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ（ＱＨ１）、ローサイドＭＯＳＦＥＴ（ＱＬ１）、出力インダクタンスＬ、出力容量Ｃｏｕｔがある。ＭＯＳＦＥＴ入力の直流電源源Ｖｉｎは図１４のＡＣアダプタ３３またはバッテリ３４の出力となる。出力容量Ｃｏｕｔと並列にプロセッサ１が接続される。ＶＲ３５の回路動作については、電源制御コントローラ３１から出力されるＰＷＭ信号に同期して、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ（ＱＨ１）のゲートＧＨが駆動され、これと逆位相でローサイドＭＯＳＦＥＴ（ＱＬ１）のゲートＧＬが駆動される。ＰＷＭ信号の周波数はスイッチング周波数と呼ばれるが、これはＰＷＭ信号と同じ周期で、スイッチング素子であるハイサイドＭＯＳＦＥＴ（ＱＨ１）とローサイドＭＯＳＦＥＴ（ＱＬ１）がオンとオフのスイッチング動作をするためである。ＰＷＭとはＰｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎの略で、スイッチング周波数が一定で、ＰＷＭ信号のパルス幅を可変とすることで出力電圧を制御する。ＰＷＭ制御の欠点は負荷となるプロセッサの消費電流が小さい時、スイッチングに伴って発生する損失が大きく、電源効率が低下することである。この欠点を解決する手法として、プロセッサの消費電流が小さい時、ＰＷＭからＰＦＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）に切り替える手法が知られている。ＰＦＭとは消費電力が小さい領域でスイッチング周波数を下げる制御法で、スイッチングに伴い発生する損失を小さくすることができる。
Next, the configuration of the
次に、図１６を用いてプロセッサの演算量と、（ａ）コアの動作電圧、（ｂ）コアのクロック周波数との関係について説明する。ここでは横軸を演算量としたが、コアの演算量が大きい時、コアの消費電力も大きいことから、横軸をプロセッサコアの消費電力とすることもできる。（ａ）及び（ｂ）のグラフから分かるように、プロセッサコアの演算量が大きくなると、コアの動作電圧とクロック周波数は高くなる。これはＦＶ制御（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｖｏｌｔａｇｅ制御）と呼ばれる手法で、プロセッサコアの演算量が増加すると、クロック周波数と動作電圧が増加し、損失と発熱量は増加する。損失をＰ、クロック周波数をｆ、トランジスタの全出力容量をＣ、動作電圧をＶとすると、損失ＰはＰ＝ｆ×ＣＶ２／２と表現でき、クロック周波数ｆと動作電圧Ｖが増加すると損失Ｐも増加することが分かる。逆に、演算量が少ない場合は積極的にプロセッサコアの動作電圧とクロック周波数を下げて、消費電力を削減することができる。 Next, the relationship between the amount of computation of the processor, (a) the operating voltage of the core, and (b) the clock frequency of the core will be described with reference to FIG. Here, the horizontal axis is the amount of calculation. However, when the amount of calculation of the core is large, the power consumption of the core is large. Therefore, the horizontal axis can be the power consumption of the processor core. As can be seen from the graphs (a) and (b), when the amount of calculation of the processor core increases, the operating voltage and clock frequency of the core increase. This is a method called FV control (Frequency-Voltage control). When the amount of calculation of the processor core increases, the clock frequency and the operating voltage increase, and the loss and the heat generation amount increase. Loss P, and clock frequency f, and the total output capacitance of the transistor C, and the operating voltage to is V, the loss P can be expressed as P = f × CV 2/2 , the clock frequency f and the operating voltage V increases loss It can be seen that P also increases. Conversely, when the amount of computation is small, it is possible to actively reduce the operating voltage and clock frequency of the processor core to reduce power consumption.
以上述べたように、プロセッサの演算量が小さい時、電子機器の電力効率を向上する技術として、次の２つがある。 As described above, there are the following two techniques for improving the power efficiency of an electronic device when the amount of computation of the processor is small.
（１）ＶＲのスイッチング損失を低減するために、プロセッサの消費電流、すなわちＶＲの出力電流が小さい時、スイッチング周波数を下げる。 (1) In order to reduce the switching loss of VR, the switching frequency is lowered when the consumption current of the processor, that is, the output current of VR is small.
（２）プロセッサの損失を低減するため、プロセッサの演算量が小さい時、プロセッサコアの動作電圧とクロック周波数を下げる。 (2) In order to reduce the loss of the processor, the operating voltage and the clock frequency of the processor core are lowered when the calculation amount of the processor is small.
プロセッサの演算量が小さい時の電力効率が重要な理由として、モバイルパソコンなど、バッテリ駆動の電子機器の寿命がある。例えば、個人ユーザのモバイルパソコンでは、使用時間の９０％以上はプロセッサの演算量が小さい状態なので、演算量が小さい領域の損失を低減することがバッテリの長寿命化に有効となる。 The reason why the power efficiency when the amount of computation of the processor is small is important is the life of battery-powered electronic devices such as mobile personal computers. For example, in an individual user's mobile personal computer, the amount of calculation of the processor is small for 90% or more of the usage time, so reducing the loss in a region where the amount of calculation is small is effective for extending the battery life.
前記したように、プロセッサの演算量が小さい領域において、プロセッサとＶＲの損失が小さくなった結果、電源制御コントローラの損失が相対的に大きくなり、バッテリの寿命を決める主要な要因の一つとなっている。近年、電源制御コントローラの損失が大きくなっている別の理由として、電源制御のデジタル化がある。従来、電源制御はアナログが主流であったが、高性能なデジタル制御が要求され、またデジタルＩＣが安価で入手できるようになったので、多くのメリットがあるデジタル制御が本格的に検討されるようになってきた。デジタル制御の高性能化にはクロックの高周波化が有効であるが、デジタル制御コントローラの損失が大きくなるという問題がある。 As described above, in a region where the amount of computation of the processor is small, the loss of the processor and the VR becomes small. As a result, the loss of the power supply controller becomes relatively large, which is one of the main factors determining the battery life. Yes. In recent years, another reason for the loss of the power control controller is digitization of power control. Conventionally, power supply control has been mainly analog, but high-performance digital control is required, and digital ICs are available at a low price. It has become like this. Higher clock frequency is effective in improving the performance of digital control, but there is a problem that the loss of the digital control controller increases.
以上のように、本発明に対する比較技術の課題は、プロセッサの演算量が小さい条件で、電源制御コントローラの損失が大きいので、電子機器のバッテリの寿命が短いことである。 As described above, the problem of the comparison technique with respect to the present invention is that the battery life of the electronic device is short because the loss of the power supply controller is large under the condition that the calculation amount of the processor is small.
そこで、本発明の目的は、この課題を解決し、プロセッサの演算量が小さい時、電源制御コントローラのクロック周波数を下げることで、電源制御コントローラの損失を低減し、電子機器のバッテリの寿命を伸ばすことができる電源システムを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to solve this problem and reduce the loss of the power control controller and extend the life of the battery of the electronic device by lowering the clock frequency of the power control controller when the calculation amount of the processor is small. It is to provide a power supply system that can.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
本発明は、前記目的を達成するために、プロセッサと、プロセッサに電力を供給するスイッチングレギュレータと、プロセッサのプロセッサコアの動作電圧とクロック周波数を可変する手段と、スイッチングレギュレータの入力直流電圧源としてのバッテリとを有し、スイッチングレギュレータには、プロセッサコアの動作電圧の指令値と検出値を含む、少なくとも２つ以上の入力値から、スイッチングのオン、オフの信号を生成する電源制御コントローラと、電源制御コントローラの出力信号を受けて入力直流電圧源を定電圧に変換し、プロセッサに電力を供給するボルテージ・レギュレータとが含まれる電源システムに適用され、プロセッサの演算量が小さい時、電源制御コントローラのクロック周波数を下げるものである。これにより、電源制御コントローラの損失を低減し、電子機器のバッテリの寿命を伸ばすことができる。 In order to achieve the above object, the present invention provides a processor, a switching regulator for supplying power to the processor, means for varying the operating voltage and clock frequency of the processor core of the processor, and an input DC voltage source for the switching regulator. A power supply controller for generating a switching ON / OFF signal from at least two input values including a command value and a detection value of an operating voltage of the processor core, and a power supply This is applied to a power supply system that includes a voltage regulator that receives an output signal from the control controller, converts an input DC voltage source into a constant voltage, and supplies power to the processor. The clock frequency is lowered. Thereby, the loss of a power supply controller can be reduced and the lifetime of the battery of an electronic device can be extended.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
本発明によれば、プロセッサの演算量が小さい時に電源制御コントローラのクロック周波数を下げることで、電源システムの電力効率を向上できるという効果を有する。この結果、電力効率が向上することで、バッテリを電力源とする電子機器の寿命を伸ばすことができる。 According to the present invention, it is possible to improve the power efficiency of the power supply system by reducing the clock frequency of the power supply controller when the amount of computation of the processor is small. As a result, the power efficiency is improved, so that the life of the electronic device using the battery as a power source can be extended.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態における電源システムを説明するブロック図で、プロセッサ１については動作電圧とクロック周波数に関するブロックのみ記述している。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram for explaining a power supply system according to the first embodiment of the present invention. In the
本実施の形態における電源システムは、プロセッサ１、バスコントローラ２、電源３などから構成される。
The power supply system in the present embodiment includes a
プロセッサ１には、プロセッサコア１２、プロセッサコア１２の演算量検出器１３、プロセッサコア１２の電圧指令発生器１１、プロセッサコア１２のクロック指令発生器１６、逓倍器１５、制御ＩＣのクロック指令発生器１４などが含まれ、演算量に応じてプロセッサコア１２の動作電圧とクロック周波数が決まる。演算量が小さい時、動作電圧とクロック周波数を下げ、消費電力を節約し、演算量が大きい時、動作電圧とクロック周波数を上げ、処理速度を上げる。
The
バスコントローラ２は、プロセッサ１と外部メモリ２３やＨＤＤ２４などの外部記憶機器、グラフィック２５などの出力機器、ＢＩＯＳ２６などの入出力機器との間でデータの仲介をする。プロセッサ１に電力を供給する手段については、プロセッサ１からの電圧指令に基づいて、電源制御コントローラ３１がＶＲ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）３５を制御して、プロセッサ１に所望の電圧を出力する。
The
電源３として、ＡＣアダプタ３３、入力直流電圧源としてのバッテリ３４があり、電源管理部３２がＡＣアダプタ３３、またはバッテリ３４、またはその両者が接続されていることを検出し、電源制御コントローラ３１に通知する。
The
この電源システムにおいては、プロセッサ１に電力を供給するスイッチングレギュレータとして、電源制御コントローラ３１およびＶＲ３５などが含まれる。電源制御コントローラ３１は、プロセッサコア１２の動作電圧の指令値と検出値を含む、少なくとも２つ以上の入力値から、スイッチングのオン、オフの信号を生成する機能を有する。ＶＲ３５は、電源制御コントローラ３１の出力信号を受けて入力直流電圧源を定電圧に変換し、プロセッサ１に電力を供給する機能を有する。電圧指令発生器１１およびクロック指令発生器１６などは、プロセッサコア１２の動作電圧とクロック周波数を可変する手段として機能する。
In this power supply system, a
特に、本実施の形態の電源システムが、図１４で示した本発明に対する比較技術と異なる点は、プロセッサコア１２の演算量を検出する演算量検出器１３と、演算量の検出値から電源制御コントローラ３１のクロック周波数の指令値を出力するクロック指令発生器１４と、指令値を受け電源制御コントローラ３１のクロック周波数を生成する分周器２１を有し、演算量検出器１３でプロセッサコア１２の演算量を検出し、分周器２１を制御して電源制御コントローラ３１のクロック周波数を可変とすることである。
In particular, the power supply system according to the present embodiment is different from the comparative technique for the present invention shown in FIG. 14 in that the
具体的には、プロセッサコア１２の演算量が小さい時、電源制御コントローラ３１のクロック周波数を下げ、低消費電力時の損失を削減する。図２は、本実施の形態におけるプロセッサコアの演算量と電源制御コントローラのクロック周波数の関係で、プロセッサコアの演算量が小さい時、電源制御コントローラのクロック周波数が低い。プロセッサコアの演算量とプロセッサコアの消費電力とは相関があるので、横軸をプロセッサコアの消費電力とすることも可能である。すなわち、プロセッサコアの演算量が小さくなると、消費電力も下がるという関係がある。
Specifically, when the calculation amount of the
図３は、本実施の形態（本発明）と比較技術の特性比較で、横軸にプロセッサの演算量、縦軸に電子機器の電力効率をとっている。電子機器の電力にはプロセッサ、ＶＲ、電源制御コントローラが含まれる。通常は、電子機器の電力に、ディスプレイなどの表示装置、マウスなどの入力装置、ＨＤＤなどの記憶装置も含まれるが、本発明はプロセッサとこれに電力を供給する電源システムを対象とするので、前述のように定義した。 FIG. 3 is a characteristic comparison between the present embodiment (the present invention) and a comparative technique, in which the horizontal axis represents the amount of computation of the processor and the vertical axis represents the power efficiency of the electronic device. The power of the electronic device includes a processor, a VR, and a power supply controller. Usually, the power of the electronic device includes a display device such as a display, an input device such as a mouse, and a storage device such as an HDD, but the present invention is directed to a processor and a power supply system that supplies power to the processor. Defined as above.
図３において、比較技術では演算量が小さくなると電力効率が低下するのに対して、本発明では電力効率の低下が小さい。図４を用いて、その理由を説明する。図４は、（ａ）比較技術と（ｂ）本発明の、図３におけるＡ点（演算量小）、Ｂ点（演算量大）の損失成分を示しており、（ａ）比較技術では、演算量が小さくなると（Ｂ→Ａ）、プロセッサの損失が大きく低下していることが分かる。これは、前記したように、プロセッサが演算量を検出し、動作電圧とクロック周波数を制御するためである。ＶＲについても、プロセッサコアの演算量が小さくなると（Ｂ→Ａ）、損失が低下する。これは、プロセッサの演算量が低下するに伴い、ＶＲの出力電流が低下するため、発生する損失が小さくなるためである。また、前記したように、電源制御コントローラによってはＶＲの出力電流が小さい時に周波数を下げる、いわゆるＰＷＭ／ＰＦＭ制御の機能を備えていることも損失低減の理由となる。 In FIG. 3, when the amount of calculation is small in the comparative technique, the power efficiency is reduced, whereas in the present invention, the reduction in power efficiency is small. The reason will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows loss components at point A (small amount of computation) and point B (large amount of computation) in FIG. 3 of (a) comparative technique and (b) of the present invention. It can be seen that as the amount of computation decreases (B → A), the processor loss greatly decreases. This is because the processor detects the calculation amount and controls the operating voltage and the clock frequency as described above. As for VR, when the amount of calculation of the processor core decreases (B → A), the loss decreases. This is because, as the calculation amount of the processor decreases, the output current of the VR decreases, so that the generated loss becomes small. In addition, as described above, depending on the power supply controller, the fact that it has a so-called PWM / PFM control function that lowers the frequency when the output current of VR is small is also a reason for reducing the loss.
一方、電源制御コントローラについては、プロセッサコアの演算量が低下しても（Ｂ→Ａ）、損失は下がらない。比較技術ではプロセッサの演算量に関わらず、電源制御コントローラのクロック周波数は一定なので、電源制御コントローラの損失は減少しない。 On the other hand, for the power supply controller, even if the calculation amount of the processor core decreases (B → A), the loss does not decrease. In the comparative technique, the power control controller clock frequency is constant regardless of the amount of computation of the processor, so the loss of the power control controller does not decrease.
（ａ）比較技術に対して、（ｂ）本発明ではプロセッサの演算量が小さい時、プロセッサとＶＲだけでなく、電源制御コントローラの損失も低下している。これは、プロセッサの演算量が小さい時に電源制御コントローラのクロック周波数を下げることで、電源制御コントローラの損失を削減したからである。 (A) In contrast to the comparative technique, (b) in the present invention, when the amount of computation of the processor is small, not only the processor and VR but also the loss of the power supply controller is reduced. This is because the loss of the power supply controller is reduced by lowering the clock frequency of the power controller when the amount of computation of the processor is small.
以上により、本実施の形態の電源システムによれば、演算量検出器１３、クロック指令発生器１４、分周器２１などを有することで、プロセッサコア１２、すなわちプロセッサ１の演算量が小さい時、電源制御コントローラ３１のクロック周波数を下げることで、電源制御コントローラ３１の損失を低減し、電源システムの電力効率を向上できる。この結果、電力効率が向上することで、バッテリ３４の寿命が伸び、バッテリ３４を電力源とする電子機器の寿命を伸ばすことができる。
As described above, according to the power supply system of the present embodiment, by including the
（第２の実施の形態）
次に、図５を用いて、本発明の第２の実施の形態における電源システムについて説明する。本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、電源制御コントローラ３１の内部にクロック発生器３９が含まれることである。第１の実施の形態では電源制御コントローラ３１のクロックはシステムクロックから分周器を介して生成されたが、本実施の形態ではプロセッサ１から送信される電源制御コントローラのクロック指令を受けて、電源制御コントローラ３１内部のクロック発生器３９でクロックが生成される。
(Second Embodiment)
Next, a power supply system according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment is different from the first embodiment in that a
従って、本実施の形態の電源システムにおいても、演算量検出器１３、クロック指令発生器１４、クロック発生器３９などを有することで、第１の実施の形態と同様に、プロセッサ１の演算量が小さい時、電源制御コントローラ３１のクロック周波数を下げることで、電源システムの電力効率を向上でき、この結果、バッテリ３４を電力源とする電子機器の寿命を伸ばすことができる。
Therefore, the power supply system of the present embodiment also includes the
（第３の実施の形態）
次に、図６を用いて、本発明の第３の実施の形態における電源システムについて説明する。本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、電源制御コントローラ３１のクロック周波数をプロセッサコア１２の電圧指令発生器１１から算出し、電源制御コントローラ３１内部のクロック発生器３９でクロックを生成することである。前述したように、プロセッサ１の演算量が小さい時、プロセッサ１の動作電圧を下げるという手法が用いられており、プロセッサ１の動作電圧から演算量を推測することができる。
(Third embodiment)
Next, a power supply system according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the first embodiment in that the clock frequency of the
従って、本実施の形態の電源システムにおいては、演算量検出器１３、電圧指令発生器１１、クロック発生器３９などを有することで、プロセッサ１の動作電圧が低い時、電源制御コントローラ３１のクロック周波数を下げることで、第１の実施の形態と同様に、電源システムの電力効率を向上でき、この結果、バッテリ３４を電力源とする電子機器の寿命を伸ばすことができる。本実施の形態が第１の実施の形態と比較して優れる点は、プロセッサ１のコア電圧から演算量を推測するので、プロセッサ１とバスコントローラ２に電源制御コントローラ３１のクロックに関係する回路が不要となることである。
Therefore, the power supply system according to the present embodiment includes the
（第４の実施の形態）
次に、図７を用いて、本発明の第４の実施の形態における電源システムについて説明する。本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、プロセッサ１の演算量ではなく、消費電力検出器１７でプロセッサコア１２の消費電力を検出することである。プロセッサ１の演算量が増えると消費電力も増えるので、演算量の代わりに消費電力を検出値として用いることができる。
(Fourth embodiment)
Next, a power supply system according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The difference between the present embodiment and the first embodiment is that the power consumption of the
従って、本実施の形態の電源システムにおいては、消費電力検出器１７、クロック指令発生器１４、分周器２１などを有することで、プロセッサ１の消費電力が低い時、電源制御コントローラ３１のクロック周波数を下げることで、第１の実施の形態と同様に、電源システムの電力効率を向上でき、この結果、バッテリ３４を電力源とする電子機器の寿命を伸ばすことができる。
Therefore, the power supply system according to the present embodiment includes the
（第５の実施の形態）
次に、図８を用いて、本発明の第５の実施の形態における電源システムについて説明する。本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、プロセッサ１の演算量ではなく、温度検出器１８でプロセッサコア１２の温度を検出することである。プロセッサ１の演算量が増えるとプロセッサコア１２の温度が高くなるので、演算量の代わりに温度を検出値として用いることができる。具体的な温度検出手段として、プロセッサ１に内蔵したｐｎ接合ダイオードの順方向電圧降下を用いることができる。ｐｎ接合ダイオードの順方向電圧降下と温度には負の相関があり、温度が高いほど、順方向電圧降下が小さくなる。
(Fifth embodiment)
Next, a power supply system according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment is different from the first embodiment in that the temperature of the
従って、本実施の形態の電源システムにおいては、温度検出器１８、クロック指令発生器１４、分周器２１などを有することで、プロセッサ１の温度が低い時、電源制御コントローラ３１のクロック周波数を下げることで、第１の実施の形態と同様に、電源システムの電力効率を向上でき、この結果、バッテリ３４を電力源とする電子機器の寿命を伸ばすことができる。
Therefore, the power supply system of the present embodiment includes the
（第６の実施の形態）
次に、図９を用いて、本発明の第６の実施の形態における電源システムについて説明する。本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、プロセッサ１の演算量ではなく、活性化率検出器１９でプロセッサコア１２の活性化率を検出することである。プロセッサ１の演算量が増えるとプロセッサコア１２の活性化も増えるので、演算量の代わりに活性化率を検出値として用いることができる。ここで言う活性化率とは、全てのトランジスタに占める動作中のトランジスタの割合である。演算量が大きいと活性化率は向上し、演算量が小さいと活性化率は低下する。
(Sixth embodiment)
Next, a power supply system according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The difference between the present embodiment and the first embodiment is that the activation rate of the
従って、本実施の形態の電源システムにおいては、活性化率検出器１９、クロック指令発生器１４、分周器２１などを有することで、プロセッサ１の活性化率が低い時、電源制御コントローラ３１のクロック周波数を下げることで、第１の実施の形態と同様に、電源システムの電力効率を向上でき、この結果、バッテリ３４を電力源とする電子機器の寿命を伸ばすことができる。
Therefore, the power supply system according to the present embodiment includes the
（第７の実施の形態）
次に、図１０を用いて、本発明の第７の実施の形態における電源システムについて説明する。本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、プロセッサ１の演算量ではなく、演算量検出器１３及びクロック指令発生器１６でプロセッサコア１２のクロック周波数を検出することである。プロセッサ１の演算量が増えるとクロック周波数も増えるので、演算量の代わりにクロック周波数を検出値として用いることができる。
(Seventh embodiment)
Next, a power supply system according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The difference between the present embodiment and the first embodiment is that the processor frequency of the
従って、本実施の形態の電源システムにおいては、演算量検出器１３、プロセッサコア１２のクロック指令発生器１６、制御ＩＣのクロック指令発生器１４、分周器２１などを有することで、プロセッサ１のクロック周波数が低い時、電源制御コントローラ３１のクロック周波数を下げることで、第１の実施の形態と同様に、電源システムの電力効率を向上でき、この結果、バッテリ３４を電力源とする電子機器の寿命を伸ばすことができる。
Therefore, the power supply system according to the present embodiment includes the
（第８の実施の形態）
次に、図１１を用いて、本発明の第８の実施の形態における電源システムについて説明する。本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、プロセッサ１のコア数が複数あることである。図１１には、プロセッサコアが１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの４つと、プロセッサコアと同数の逓倍器（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ）、ＶＲ（３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ）、電源制御コントローラのＶＲ制御回路ブロック（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ）が含まれている。
(Eighth embodiment)
Next, a power supply system according to an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment differs from the first embodiment in that there are a plurality of cores of the
プロセッサコアのクロック周波数とＶＲのスイッチング周波数は、それぞれの相で最適化された周波数となる。演算量の大きいプロセッサコアのクロック周波数とＶＲのスイッチング周波数は高く、演算量の小さなプロセッサコアのクロック周波数とＶＲのスイッチング周波数は低い。一方、電源制御コントローラのクロック周波数は電源制御コントローラ内部では同じであり、クロック周波数は最もスイッチング周波数が高いＶＲに依存する。すなわち、スイッチング周波数が高いほど、電源制御コントローラのクロック周波数を上げる必要があるので、電源制御コントローラのクロック周波数は最もスイッチング周波数の高いＶＲに合わせて決定される。 The processor core clock frequency and the VR switching frequency are optimized for each phase. The clock frequency and VR switching frequency of the processor core having a large calculation amount are high, and the clock frequency and VR switching frequency of the processor core having a small calculation amount are low. On the other hand, the clock frequency of the power control controller is the same inside the power control controller, and the clock frequency depends on the VR having the highest switching frequency. That is, the higher the switching frequency is, the higher the clock frequency of the power supply controller needs to be increased. Therefore, the clock frequency of the power supply controller is determined according to the VR having the highest switching frequency.
従って、本実施の形態の電源システムにおいては、複数のプロセッサコア１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの演算量検出器１３、複数のプロセッサコア１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄのクロック指令発生器１６、制御ＩＣのクロック指令発生器１４、分周器２１などを有することで、演算量検出器１３で複数のプロセッサコアのうち最も演算量が大きいプロセッサコアの演算量を検出し、プロセッサコアの演算量が低い時、電源制御コントローラ３１のクロック周波数を下げることで、第１の実施の形態と同様に、電源システムの電力効率を向上でき、この結果、バッテリ３４を電力源とする電子機器の寿命を伸ばすことができる。
Therefore, in the power supply system of the present embodiment, the
なお、本実施の形態のように、複数のプロセッサコアを有する構成においても、演算量に代えて、前記各実施の形態と同様に、動作電圧、消費電力、温度、活性化率、クロック周波数を検出値として用いることができる。 Note that, even in a configuration having a plurality of processor cores as in the present embodiment, the operating voltage, power consumption, temperature, activation rate, and clock frequency are set in place of the amount of calculation as in the previous embodiments. It can be used as a detection value.
（第９の実施の形態）
最後に、図１２を用いて、本発明の第９の実施の形態における電源システムについて説明する。本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、電源制御コントローラ３１のクロック周波数だけでなく、スイッチング周波数指令発生器２０でＶＲ３５のスイッチング周波数も可変としたことである。従来からＶＲ３５の出力電流を検出して、ＶＲ３５のスイッチング周波数を可変とする手法はあったが、プロセッサ１の演算量に応じてＶＲ３５のスイッチング周波数と電源制御コントローラ３１のクロック周波数を可変とする手法は無かった。
(Ninth embodiment)
Finally, the power supply system according to the ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment differs from the first embodiment in that not only the clock frequency of the
図１３は、本実施の形態における、プロセッサコア１２の演算量（消費電力）とＶＲ３５のスイッチング周波数の関係を示した図で、プロセッサコア１２の演算量が大きいほど、ＶＲ３５のスイッチング周波数も大きい。
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the calculation amount (power consumption) of the
従って、本実施の形態の電源システムにおいては、演算量検出器１３、スイッチング周波数指令発生器２０、クロック指令発生器１６、分周器２１などを有することで、プロセッサ１の演算量が低い時、電源制御コントローラ３１のクロック周波数を下げ、ＶＲ３５のスイッチング周波数を下げることで、第１の実施の形態と同様に、電源システムの電力効率を向上でき、この結果、バッテリ３４を電力源とする電子機器の寿命を伸ばすことができる。
Therefore, in the power supply system of the present embodiment, by including the
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
本発明の電源システムは、パーソナルコンピュータのような電子機器に用いられ、特にプロセッサ用電源の制御方法に特徴を有する電源システムに利用可能である。 The power supply system of the present invention is used in an electronic device such as a personal computer, and is particularly applicable to a power supply system characterized by a method for controlling a power supply for a processor.
１…プロセッサ、２…バスコントローラ、３…電源、１１…電圧指令発生器、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ…プロセッサコア、１３…演算量検出器、１４…クロック指令発生器、１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ…逓倍器、１６…クロック指令発生器、１７…消費電力検出器、１８…温度検出器、１９…活性化率検出器、２０…スイッチング周波数指令発生器、２１…分周器、２２…システムクロック、２３…外部メモリ、２４…ＨＤＤ、２５…グラフィック、２６…ＢＩＯＳ、２７，２８…データ伝送路、３１…電源制御コントローラ、３２…電源管理部、３３…ＡＣアダプタ、３４…バッテリ、３５，３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ…ＶＲ、３６，３７…電力伝送路、３８…電圧フィードバック、３９…クロック発生器、４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ…ＶＲ用回路ブロック、４３…ドライバ、Ｖｉｎ…直流電圧源、Ｃｉｎ…入力容量、ＱＨ１…ハイサイドＭＯＳＦＥＴ、ＱＬ１…ローサイドＭＯＳＦＥＴ、Ｌ…出力インダクタンス、Ｃｏｕｔ…出力容量。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記プロセッサは、
前記プロセッサに含まれるプロセッサコアの演算量を検出する演算量検出器と、
前記演算量の検出値から前記電源制御コントローラのクロック周波数の指令値を出力する指令発生器と、を含み、
前記演算量検出器で演算量の低下を検出した時、前記指令発生器は、前記電源制御コントローラのクロック周波数を下げる指令値を出力することを特徴とするプロセッサ。 A processor used together with a power supply system including a switching regulator having a power supply controller and a voltage regulator, and a battery as an input DC voltage source of the switching regulator,
The processor is
A calculation amount detector for detecting a calculation amount of a processor core included in the processor;
A command generator that outputs a command value of a clock frequency of the power supply controller from a detection value of the calculation amount,
The processor, wherein the command generator outputs a command value for lowering a clock frequency of the power supply controller when the calculation amount detector detects a decrease in the calculation amount.
前記プロセッサは、
前記プロセッサに含まれるプロセッサコアの演算量を検出する演算量検出器と、
前記演算量の検出値から前記プロセッサコアの電圧指令値を生成する電圧指令発生器と、を含み、
前記プロセッサコアの電圧を下げる電圧指令値は、前記電源制御コントローラのクロック周波数を下げる指令値を含むことを特徴とするプロセッサ。 A processor used together with a power supply system including a switching regulator having a power supply controller and a voltage regulator, and a battery as an input DC voltage source of the switching regulator,
The processor is
A calculation amount detector for detecting a calculation amount of a processor core included in the processor;
A voltage command generator that generates a voltage command value of the processor core from the detected value of the calculation amount,
The voltage command value for decreasing the voltage of the processor core includes a command value for decreasing the clock frequency of the power supply controller.
前記プロセッサは、
前記プロセッサに含まれるプロセッサコアの消費電力を検出する消費電力検出器と、
前記消費電力の検出値から前記電源制御コントローラのクロック周波数の指令値を出力する指令発生器と、を含み、
前記消費電力検出器で消費電力の低下を検出した時、前記指令発生器は、前記電源制御コントローラのクロック周波数を下げる指令値を出力することを特徴とするプロセッサ。 A processor used together with a power supply system including a switching regulator having a power supply controller and a voltage regulator, and a battery as an input DC voltage source of the switching regulator,
The processor is
A power consumption detector for detecting power consumption of a processor core included in the processor;
A command generator that outputs a command value of the clock frequency of the power supply controller from the detected value of the power consumption, and
The processor, wherein when the power consumption detector detects a decrease in power consumption, the command generator outputs a command value for lowering a clock frequency of the power supply controller.
前記プロセッサは、
前記プロセッサに含まれるプロセッサコアの温度を検出する温度検出器と、
前記温度の検出値から前記電源制御コントローラのクロック周波数の指令値を出力する指令発生器と、を含み、
前記温度検出器で温度の低下を検出した時、前記指令発生器は、前記電源制御コントローラのクロック周波数を下げる指令値を出力することを特徴とするプロセッサ。 A processor used together with a power supply system including a switching regulator having a power supply controller and a voltage regulator, and a battery as an input DC voltage source of the switching regulator,
The processor is
A temperature detector for detecting a temperature of a processor core included in the processor;
A command generator that outputs a command value of the clock frequency of the power supply controller from the detected value of the temperature,
The processor, wherein when the temperature detector detects a temperature drop, the command generator outputs a command value for lowering a clock frequency of the power supply controller.
前記プロセッサは、
前記プロセッサに含まれるプロセッサコアの回路活性化率を検出する活性化率検出器と、
前記回路活性化率の検出値から前記電源制御コントローラのクロック周波数の指令値を出力する指令発生器と、を含み、
前記活性化率検出器で回路活性化率の低下を検出した時、前記指令発生器は、前記電源制御コントローラのクロック周波数を下げる指令値を出力することを特徴とするプロセッサ。 A processor used together with a power supply system including a switching regulator having a power supply controller and a voltage regulator, and a battery as an input DC voltage source of the switching regulator,
The processor is
An activation rate detector for detecting a circuit activation rate of a processor core included in the processor;
A command generator that outputs a command value of a clock frequency of the power supply controller from a detection value of the circuit activation rate,
The processor, wherein when the activation rate detector detects a decrease in the circuit activation rate, the command generator outputs a command value for lowering the clock frequency of the power supply controller.
前記プロセッサは、
前記プロセッサに含まれるプロセッサコアのクロック指令値を検出するクロック検出器と、
前記プロセッサコアのクロック指令値から前記電源制御コントローラのクロック周波数の指令値を出力する指令発生器と、を含み、
前記クロック検出器で前記プロセッサコアのクロックの低下を検出した時、前記指令発生器は、前記電源制御コントローラのクロック周波数を下げる指令値を出力することを特徴とするプロセッサ。 A processor used together with a power supply system including a switching regulator having a power supply controller and a voltage regulator, and a battery as an input DC voltage source of the switching regulator,
The processor is
A clock detector for detecting a clock command value of a processor core included in the processor;
A command generator that outputs a clock frequency command value of the power supply controller from a clock command value of the processor core,
The processor, wherein when the clock detector detects a decrease in the clock of the processor core, the command generator outputs a command value for lowering the clock frequency of the power supply controller.
前記プロセッサは、
前記プロセッサに含まれる複数のプロセッサコアの演算量を検出する演算量検出器と、
前記演算量の検出値から前記電源制御コントローラのクロック周波数の指令値を出力する指令発生器と、を含み、
前記複数のプロセッサコアのうち最も演算量が大きいプロセッサの演算量を検出し、前記演算量検出器で演算量の低下を検出した時、前記指令発生器は、前記電源制御コントローラのクロック周波数を下げる指令値を出力することを特徴とするプロセッサ。 A processor used together with a power supply system including a switching regulator having a power supply controller and a voltage regulator, and a battery as an input DC voltage source of the switching regulator,
The processor is
A calculation amount detector for detecting a calculation amount of a plurality of processor cores included in the processor;
A command generator that outputs a command value of a clock frequency of the power supply controller from a detection value of the calculation amount,
When the calculation amount of the processor having the largest calculation amount among the plurality of processor cores is detected and a decrease in the calculation amount is detected by the calculation amount detector, the command generator decreases the clock frequency of the power supply controller. A processor characterized by outputting a command value.
前記プロセッサは、
前記プロセッサに含まれるプロセッサコアの演算量を検出する演算量検出器と、
前記演算量の検出値から前記電源制御コントローラのクロック周波数の指令値を出力する第１指令発生器と、
前記演算量の検出値から前記ボルテージ・レギュレータのスイッチング周波数の指令値を出力する第２指令発生器と、を含み、
前記演算量検出器で演算量の低下を検出した時、
前記第１指令発生器は、前記電源制御コントローラのクロック周波数を下げる指令値を出力し、
前記第２指令発生器は、前記ボルテージ・レギュレータのスイッチング周波数を下げる指令値を出力することを特徴とするプロセッサ。 A processor used together with a power supply system including a switching regulator having a power supply controller and a voltage regulator, and a battery as an input DC voltage source of the switching regulator,
The processor is
A calculation amount detector for detecting a calculation amount of a processor core included in the processor;
A first command generator that outputs a command value of a clock frequency of the power supply controller from the detected value of the calculation amount;
A second command generator that outputs a command value of the switching frequency of the voltage regulator from the detected value of the calculation amount,
When the calculation amount detector detects a decrease in the calculation amount,
The first command generator outputs a command value for lowering the clock frequency of the power supply controller,
The processor, wherein the second command generator outputs a command value for lowering a switching frequency of the voltage regulator.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2011082528A JP2011165202A (en) | 2011-04-04 | 2011-04-04 | Processor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2011082528A JP2011165202A (en) | 2011-04-04 | 2011-04-04 | Processor |
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|---|---|---|---|
| JP2006330147A Division JP2008146189A (en) | 2006-12-07 | 2006-12-07 | Power source system |
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| JP2011165202A true JP2011165202A (en) | 2011-08-25 |
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ID=44595735
Family Applications (1)
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP2011165202A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2685619B1 (en) * | 2012-07-11 | 2023-05-10 | Xueshan Technologies Inc. | Efficient energy use in low power products |
-
2011
- 2011-04-04 JP JP2011082528A patent/JP2011165202A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2685619B1 (en) * | 2012-07-11 | 2023-05-10 | Xueshan Technologies Inc. | Efficient energy use in low power products |
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