(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理状態と待機状態とを周期的に繰り返して処理を行う半導体集積回路の電源ドメインを制御する電源制御装置であって、
前記待機状態の発生期間および発生間隔を含む周期的特徴情報を取得する周期情報取得手段と、
前記電源ドメインが前記待機状態における待機電圧から前記半導体集積回路が動作可能となる電圧へ復帰するまでに要する復帰時間と対応付けられた待機電圧候補ごとに、前記待機状態から動作可能な状態になるまでのトータルの消費電力の情報を取得する電力情報取得手段と、
前記待機電圧候補から、前記発生期間よりも前記復帰時間が短くなる待機電圧であって、前記消費電力が最小となる待機電圧を電源制御情報として設定する電源制御情報設定手段と、
前記電源制御情報に従って前記発生期間における前記電源ドメインの待機電圧を制御する電源制御手段と、
を備えることを特徴とする電源制御装置。
【請求項２】
前記待機電圧候補のそれぞれからの前記復帰時間を測定する復帰時間測定手段をさらに備え、
前記電源制御情報設定手段は、前記復帰時間測定手段により測定された復帰時間が前記発生期間よりも短くなる待機電圧を電源制御情報として設定することを特徴とする請求項１に記載の電源制御装置。
【請求項３】
周期情報取得手段と、電力情報取得手段と、電源制御情報設定手段と、電源制御手段とを備えており、処理状態と待機状態とを周期的に繰り返して処理を行う半導体集積回路の電源ドメインを制御する電源制御装置の制御方法であって、
前記周期情報取得手段が、前記待機状態の発生期間および発生間隔を含む周期的特徴情報を取得する周期情報取得工程と、
前記電力情報取得手段が、前記電源ドメインが前記待機状態における待機電圧から前記半導体集積回路が動作可能となる電圧へ復帰するまでに要する復帰時間と対応付けられた待機電圧候補ごとに、前記待機状態から動作可能な状態になるまでのトータルの消費電力の情報を取得する電力情報取得工程と、
前記電源制御情報設定手段が、前記待機電圧候補から、前記発生期間よりも前記復帰時間が短くなる待機電圧であって、前記消費電力が最小となる待機電圧を電源制御情報として設定する電源制御情報設定工程と、
前記電源制御手段が、前記電源制御情報に従って前記発生期間における前記電源ドメインの待機電圧を制御する電源制御工程と、
を有することを特徴とする電源制御装置の制御方法。
【請求項４】
請求項３に記載の電源制御装置の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源制御装置、電源制御装置の制御方法、およびプログラムに関し、特に、画像処理や音声処理など処理に周期性を有する半導体集積回路の低電力化を行う電源制御装置、電源制御装置の制御方法、およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路は、高精細な画像処理など複雑な処理に用いられている。複雑な処理ほど消費電力が増大する傾向にある。また、耐熱性や信頼性の面からも消費電力の低減が重要である。
【０００３】
半導体集積回路の消費電力は、処理状態における消費電力と、待機状態における消費電力とに区分される。このうち待機状態における消費電力は、例えば、ＭＯＳトランジスタにおけるリーク電流に依存している。リーク電流とは、ＭＯＳトランジスタがＯＦＦの状態で、絶縁された場所または経路に漏れ出す電流である。
【０００４】
待機状態での消費電力を低減するための技術として、パワーゲーティングが知られている。パワーゲーティングとは、待機状態において動作しない回路の機能ブロックへの電力供給を遮断する技術（以下、「電源遮断」と称する）である。パワーゲーティング対象の機能ブロックと電源との間には電源スイッチトランジスタが設けられており、待機状態では電源スイッチトランジスタがＯＦＦにされ、パワーゲーティング対象の機能ブロックが電源遮断される。その結果、その機能ブロックのリーク電流が大幅に削減され、待機状態時の消費電力が低減される。
【０００５】
しかしながら、パワーゲーティングでは、一度電源供給を遮断すると再度電源を投入してＭＯＳトランジスタを活性化し、回路が動作可能な状態に復帰するまでに時間を要する。回路を構成するＭＯＳトランジスタが動作可能な状態に復帰するのは、電源投入後数マイクロ秒程度であるが、周辺回路の動作に影響を及ぼさないように緩やかな電源投入が必要である。この復帰時間は、機能ブロックへの電力供給の方法、電源スイッチの構造、および半導体の個体差に依存しており、適切な時間幅を設定してパワーゲーティングが適用される必要がある。このため、従来パワーゲーティングは、復帰時間が問題にならない程度に十分長い時間間隔で機能ブロックを使用しないことが分かっており、かつ、処理が破綻しない待機状態に対してのみ用いられてきた。
【０００６】
例えば、携帯電話では、通話に関する機能ブロックなどの待ち受け時には使用していない機能ブロックが電源遮断を伴う待機状態をとることができる。このような電源制御は、特許文献１に記載のように、レジスタ設定、専用命令、または割り込みなどによりシステムレベルで実施されている。
【０００７】
また、特許文献２または特許文献３に記載のように、パワーゲーティングを行う際には、電圧状態を監視したり、復帰に要する時間を計測したりして、回路を構成するトランジスタが動作可能な状態であるかどうかを検知する方法が取られる。この方法により、復帰時間を考慮したパワーゲーティングのタイミング制御が可能である。
【０００８】
一方、画像処理や音声処理では、信号規格にタイミングの規約があり、規格ごとに周期的に、処理状態と、処理を行わないアイドル状態とを繰り返すという特徴がある。例えば、画像処理では、水平方向の処理と垂直方向の処理とは、信号規格のタイミングに対応して、各々周期的に処理状態とアイドル状態とを繰り返す。また、画像区画処理とフレーム処理のような場合も同様に周期性を持ち処理状態とアイドル状態とを繰り返す。一般に、アイドル状態の時間は、電源遮断状態からの復帰時間よりも短い場合が多く、アイドル状態のタイミングと時間幅とが予測可能であっても電源遮断の対象とはならない。従って、アイドル状態でも回路は電源遮断がなされず、画像処理に際して省電力化が行われていない状況である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２５９４６３号公報
【特許文献２】特開２００８−４０５４３号公報
【特許文献３】特開２００８−７２５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような状況に対応するために、電源遮断ではなく特定の電圧への減圧により復帰時間短縮を行うことが考えられる。しかしながら、様々な信号規格に対応するために、最小のアイドル状態の時間間隔に復帰時間が間に合うように減圧幅を設定すると、電圧を十分に変圧することができず、リーク電流の低減が不十分になるという課題がある。
【００１１】
上記の課題に鑑み、本発明は、多様な信号規格の処理に対応する半導体集積回路において、様々な周期性の違いに伴ってタイミングと時間幅とが変わるアイドル状態に対応した電源制御を行い、低消費電力化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成する本発明に係る電源制御装置は、
処理状態と待機状態とを周期的に繰り返して処理を行う半導体集積回路の電源ドメインを制御する電源制御装置であって、
前記待機状態の発生期間および発生間隔を含む周期的特徴情報を取得する周期情報取得手段と、
前記電源ドメインが前記待機状態における待機電圧から前記半導体集積回路が動作可能となる電圧へ復帰するまでに要する復帰時間と対応付けられた待機電圧候補ごとに、前記待機状態から動作可能な状態になるまでのトータルの消費電力の情報を取得する電力情報取得手段と、
前記待機電圧候補から、前記発生期間よりも前記復帰時間が短くなる待機電圧であって、前記消費電力が最小となる待機電圧を電源制御情報として設定する電源制御情報設定手段と、
前記電源制御情報に従って前記発生期間における前記電源ドメインの待機電圧を制御する電源制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、多様な信号規格の処理に対応する半導体集積回路において、様々な周期性の違いに伴ってタイミングと時間幅とが変わるアイドル状態に対応した電源制御が可能となり、低消費電力化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】半導体集積回路の電源を制御する第１実施形態に係る電源制御機構の構成を示す図。
【図２】従来型の電源制御機構の構成を示す図。
【図３】半導体集積回路における電源制御機構の実装例を示す図。
【図４】電源スイッチの構成例を示す図。
【図５】待機電圧からの復帰時間を説明する図。
【図６】動作モードＡの動作状態を示す図。
【図７】動作モードＢの動作状態を示す図。
【図８】周期情報取得部の構成例を示す図。
【図９】電源制御情報設定部の構成例を示す図。
【図１０】電源制御部の構成例を示す図。
【図１１】第２実施形態に係る電源制御機構の構成を示す図。
【図１２】復帰時間測定部の構成例を示す図。
【図１３】復帰時間１パス見積りを説明するタイミングチャートを示す図。
【図１４】復帰時間測定部と併用する電源制御設定部の構成例を示す図。
【図１５】第３実施形態に係る電源制御機構の構成を示す図。
【図１６】待機状態から動作開始直前までの電流変化の様子を示す図。
【図１７】電力情報取得部の構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１実施形態）
図１を参照して、半導体集積回路の電源を制御する第１実施形態に係る電源制御機構の構成を説明する。本実施形態に係る電源制御機構は、電源コントローラ１０１と、電源ドメイン１０２と、電源スイッチ１０６とを備える。電源コントローラ１０１は、電源スイッチ１０６を介して電源ドメイン１０２を制御することにより、電源ドメイン１０２の電圧を制御する電源制御装置として機能する。
【００１６】
電源コントローラ１０１は、周期情報取得部１０３と、電源制御情報設定部１０４と、電源制御部１０５とを備える。
【００１７】
周期情報取得部１０３は、実施する処理の周期的特徴に関する１種類以上の情報を取得する。電源制御情報設定部１０４は、実施する処理の周期的特徴に関する情報に基づき、電源ドメイン１０２が待機電圧から回路が動作可能な電圧に復帰するのに要する復帰時間の長さに応じた待機状態の電源電圧を設定して、電源制御情報として保持する。電源制御部１０５は、電源制御情報設定部１０４により設定された電源制御情報に従って、電源ドメイン１０２の待機電圧を制御する。
【００１８】
図２を参照して、従来型の半導体集積回路の電源を制御する第１実施形態に係る電源制御機構の構成を説明する。図２に示されるように、従来型の電源コントローラ２０１は、電源制御情報設定部１０４と、電源制御部１０５とを備える。従来は、電源制御情報設定部１０４が、直接のレジスタ設定や専用命令や割り込みなどのシステムレベルの制御を行うことにより電源制御を行っており、図１に示されるような周期情報取得部１０３の構成は有していない。
【００１９】
図３は、半導体集積回路の内部の電源コントローラ、電源ドメインおよび電源スイッチを、図１あるいは図２の電源制御機構で共通に使用可能なフロアプランに従って実装した例を示している。
【００２０】
図３において、半導体集積回路３００の内部には、電源ドメイン３０１、電源ドメイン３０２、および電源ドメイン３０３の３つの電源ドメインが存在する。また、各々の電源ドメインに対応して、電源コントローラ３０４、電源コントローラ３０５、および電源コントローラ３０６が配置されている。さらに、各々の電源コントローラにより制御される電源スイッチは、図１に示される電源スイッチ１０６であり、各々の電源ドメインを囲むように電源スイッチ３０７、電源スイッチ３０８、および電源スイッチ３０９として配置されている。なお、図３では、各々の電源ドメインを囲むリング型の電源スイッチの実装例が示されるが、特定の型の電源スイッチである必要はなく、他の型の電源スイッチであってもよい。
【００２１】
図４を参照して、図１に示される電源スイッチ１０６が図３の電源スイッチ３０７、電源スイッチ３０８および電源スイッチ３０９として実装された例を説明する。
【００２２】
電源スイッチ１０６は、複数個のパワーゲーティングセル４０３がインスタンスされて形成される。個々のパワーゲーティングセル４０３は、パワーゲーティング回路４０１と、レギュレータ４０２とを備える。
【００２３】
パワーゲーティング回路４０１は、スイッチＰＳ１、スイッチＰＳ２、スイッチＰＳ３、およびスイッチＰＳ４を備えている。スイッチＰＳ１は処理状態での電力供給に使用され、スイッチＰＳ２乃至スイッチＰＳ４は待機状態での電圧設定に使用される。レギュレータ４０２は、出力される電圧・電流を常に一定に保つように制御する。また電源制御情報４０４は、個々のパワーゲーティング回路４０１が備えるスイッチＰＳ１乃至スイッチＰＳ４への指示情報として使用される。
【００２４】
なお電源ドメインへの電力供給の際には、パワーゲーティング回路４０１のみが必須であり、レギュレータ４０２の実装形態は問わない。また、図４ではパワーゲーティングセル４０３の内部にレギュレータ４０２を含んでいるが、パワーゲーティングセル４０３の外部から、あるいは半導体集積回路の外部から必要な電力が供給されてもよい。
【００２５】
図３の例では、複数個のパワーゲーティングセル４０３をリング状に配置することにより、電源スイッチ３０７、電源スイッチ３０８および電源スイッチ３０９が構成されている。  図５を参照して、待機状態の電圧をそれぞれＧＮＤ、Ｖ１およびＶ２とした場合、それぞれの待機電圧に対して電圧の供給を開始して回路が動作可能になる電圧Ｖａｃｔになるまでに要する復帰時間を説明する。図５において、縦軸は電圧Ｖを示しており、横軸は時間Ｔを示している。復帰時間ｔ１は、待機電圧ＧＮＤから電圧Ｖａｃｔになるまでに要する時間である。同様に、復帰時間ｔ２は、待機電圧Ｖ１から電圧Ｖａｃｔになるまでに要する時間であり、復帰時間ｔ３は、待機電圧Ｖ２から電圧Ｖａｃｔになるまでに要する時間である。これらｔ１〜ｔ３に対応する各待機電圧が電源ドメインに設定すべき待機電圧候補となる。図５に示されるように、待機電圧ＧＮＤからの復帰時間ｔ１が最も長く、待機電圧Ｖ１からの復帰時間ｔ２がその次に長く、待機電圧Ｖ２からの復帰時間ｔ３が最も短い。なお、図５の例では待機電圧が３種類であるものとして説明しているが、待機電圧の種類数はレギュレータや電源ドメインの構成に依存しており、その数に制限はない。また、待機電圧が取り得る値に関しても同様に制限はない。
【００２６】
図６は、動作モードＡでの処理状態と待機状態との時間間隔を示している。動作モードＡでの処理をＨＤ映像の画像処理とし、水平同期のアイドル状態（待機状態）の発生期間をＴｈａ、垂直同期のアイドル状態（待機状態）の発生期間をＴｖａとする。水平同期のアイドル状態は、発生間隔ｈａで発生期間Ｔｈａの間発生する。同様に、垂直同期のアイドル状態は、発生間隔ｖａで発生期間Ｔｖａの間発生する。
【００２７】
ここで発生期間Ｔｈａが式（１）に示される関係を有するものとする。
【００２８】
【数１】
0005893336.tif 000002
【００２９】
この場合、発生期間Ｔｈａが待機電圧Ｖ１からの復帰時間ｔ２よりも長いことから、アイドル状態の発生期間Ｔｈａについては待機電圧Ｖ１の待機状態を設定することができる。
【００３０】
同様に発生期間Ｔｖａが式（２）に示される関係を有するものとする。
【００３１】
【数２】
0005893336.tif 000003
【００３２】
この場合、発生期間Ｔｖａが待機電圧ＧＮＤからの復帰時間ｔ１よりも長いことから、アイドル状態の発生期間Ｔｖａについては待機電圧ＧＮＤの待機状態を設定することができる。すなわち、電源遮断を伴う待機状態を設定することができる。
【００３３】
一方図７は、動作モードＢでの処理状態と待機状態との時間間隔を示している。動作モードＢでの処理をフレーム数の多いＳＤ映像の画像処理とし、水平同期のアイドル状態（待機状態）の発生期間をＴｈｂ、垂直同期のアイドル状態（待機状態）の発生期間をＴｖｂとする。水平同期のアイドル状態は、発生間隔ｈｂで発生期間Ｔｈｂの間発生する。同様に、垂直同期のアイドル状態は、発生間隔ｖｂで発生期間Ｔｖｂの間発生する。
【００３４】
ここで発生期間Ｔｈｂが式（３）に示される関係を有するものとする。
【００３５】
【数３】
0005893336.tif 000004
【００３６】
この場合、発生期間Ｔｈｂが待機電圧Ｖ２からの復帰時間ｔ３よりも長いことから、アイドル状態の発生期間Ｔｈｂについては待機電圧Ｖ２の待機状態を設定することができる。
【００３７】
同様に発生期間Ｔｖｂが式（２）に示される関係を有するものとする。
【００３８】
【数４】
0005893336.tif 000005
【００３９】
この場合、発生期間Ｔｖｂが待機電圧Ｖ１からの復帰時間ｔ２よりも長いことから、アイドル状態の発生期間Ｔｖｂについて待機電圧Ｖ１の待機状態を設定することができる。
【００４０】
以上説明したように、図６のＴｈａと図７のＴｈｂ、図６のＴｖａと図７のＴｖｂに対して各々異なる待機電圧を設定できる。このようにアイドル状態の発生期間および発生間隔に対応して、動作モードＡではＴｈａとＴｖａの各々に対して、動作モードＢではＴｈｂとＴｖｂの各々に対して、それぞれリーク電流を削減する適切な待機電圧を設定が可能になる。
【００４１】
図８を参照して、図１に示した周期情報取得部１０３の構成例を説明する。周期情報取得部１０３は、２種類の周期情報を取得することを可能にするために、周期情報取得部８０１と、周期情報取得部８０２とを備えている。
【００４２】
これら２つの周期情報取得部は、映像信号などのように周期的特徴を有する信号８０３を外部から取得して、それぞれ別々の周期性を持つアイドル状態に関する周期情報を取得する。
【００４３】
例えば、図６に示す動作モードＡのような周期性のある処理が実行されるものとする。この場合、周期情報取得部８０１は、信号８０３から、アイドル状態の発生期間Ｔｈａの周期的特徴を取得し、周期情報８０４として後段の電源制御情報設定部１０４へ出力する。同様に、周期情報取得部８０２は、アイドル状態の発生期間Ｔｖａの周期的特徴を取得し、周期情報８０５として後段の電源制御情報設定部１０４へ出力する。
【００４４】
また、図６に示す動作モードＡのような周期性のある処理から、図７に示すモードＢのような周期性のある処理へと処理が変更されたとする。この場合、周期情報取得部８０１は、処理の変更に伴って変化した信号８０３から、アイドル状態の発生期間Ｔｈｂの周期的特徴を取得し、周期情報８０４として後段の電源制御情報設定部１０４へ出力する。同様に、周期情報取得部８０２は、アイドル状態の発生期間Ｔｖｂの周期的特徴を取得し、周期情報８０５として後段の電源制御情報設定部１０４へ出力する。
【００４５】
また、本実施形態を実現するためには、アイドル状態の発生期間と発生間隔に関する情報を取得しなければならない。以下、周期情報取得部８０１および周期情報取得部８０２がどのようにして周期的に訪れるアイドル状態の発生期間と発生間隔を認識するかについて、図６および図７で示した映像信号を例にとって説明する。
【００４６】
まず、水平同期および垂直同期の発生期間および発生間隔は、信号処理を行う機能ブロックの処理能力に依存しておらず、処理すべき映像信号や画格などから取得できる。つまり、水平方向および垂直方向の１回の処理に対して、画像処理が満たすべき開始と終了のタイミングは事前に決まっている。これらの情報は、映像信号から直接的にあるいは映像信号の解析によって、周期的特徴を有する信号８０３として周期情報取得部８０１、周期情報取得部８０２へそれぞれ送信される。従って、電源制御される機能ブロックの実質的な処理の終了タイミングを特定できればアイドル状態の発生期間と発生間隔とを取得できる。
【００４７】
電源制御される機能ブロックの実質的な処理の終了タイミングを特定する第１の方法としては、機能ブロック自体が処理の終了を通知する終了通知信号を送信できる構成を設けることが考えられる。周期的特徴を有する信号８０３の１つとして、この終了通知信号を周期情報取得部８０１、周期情報取得部８０２へそれぞれ送信すればアイドル状態の発生期間と発生間隔とを求めることができる。
【００４８】
また、電源制御される機能ブロックの実質的な処理の終了タイミングを特定する第２の方法としては、電源制御される機能ブロックの処理状態を監視することが考えられる。例えば、処理ピクセル数やライン数のカウンタを用いて処理に関する情報を取得する直接的な方法を利用したり、電流量等を監視するなど間接的な方法を利用したりすることで、機能ブロックの処理の終了を特定できる。処理の終了を特定できた場合に、同様に、周期的特徴を有する信号８０３の１つとして、終了通知信号を周期情報取得部８０１、周期情報取得部８０２へそれぞれ送信すればアイドル状態の発生期間と発生間隔とを求めることができる。
【００４９】
また、アイドル状態の発生期間および発生間隔の取得方法に関連して、水平方向と垂直方向の処理の最初に、或いは、数回のうち１回の割合で、電源制御を行わずに常時活性化するサイクルを設け、その間の動作状態から以降の周期性を推定するなどの帰納的な方法を取ってもよい。
【００５０】
次に、図９を参照して、図１に示した電源制御情報設定部１０４の構成例を説明する。電源制御情報設定部１０４は、図８を参照して説明した２種類の周期情報に応じた待機電圧の設定を可能にするために、待機電圧判定部９０１および電源制御情報保持部９０３、待機電圧判定部９０２および電源制御情報保持部９０４を備えている。
【００５１】
図８での説明と同様に、図６に示す動作モードＡのような周期性のある処理が実行されるものとする。この場合、待機電圧判定部９０１は、周期情報取得部１０３から周期情報８０４を取得し、アイドル状態の発生期間Ｔｈａ、アイドル状態の発生間隔ｈａに対して、電圧Ｖ１が設定すべき待機電圧であると判定する。電源制御情報設定部１０４は、待機電圧判定部９０１により判定された待機電圧に関する情報を、電源制御情報９０５として電源制御部１０５へ出力する。電源制御情報９０５を電源制御情報保持部９０３に一次的に保持しておき、必要に応じて電源制御情報保持部９０３から読み出して出力する構成、または直接電源制御部１０５へ出力する構成の何れであってもよい。
【００５２】
同様に、待機電圧判定部９０２は、周期情報取得部１０３から周期情報８０５を取得し、アイドル状態の発生期間Ｔｖａおよびアイドル状態の発生間隔ｖａに関して、電圧ＧＮＤが設定すべき待機電圧であると判定する。電源制御情報設定部１０４は、待機電圧判定部９０１により判定された待機電圧に関する情報を、電源制御情報９０６として電源制御部１０５へ出力する。電源制御情報９０６を電源制御情報保持部９０４に一次的に保持しておき、必要に応じて電源制御情報保持部９０４から読み出して出力する構成、または直接電源制御部１０５へ出力する構成の何れであってもよい。
【００５３】
また、図６に示す動作モードＡのような周期性のある処理から、図７に示すモードＢのような周期性のある処理へと処理が変更されたとする。この場合も、電源制御情報設定部１０４は、動作モードＡに対する動作と同じ処理により、アイドル状態の発生期間Ｔｈｂに関して得られた待機電圧に関する情報を電源制御情報９０５として、アイドル状態の発生期間Ｔｖｂに関して得られた待機電圧に関する情報を電源制御情報９０６として、電源制御部１０５へ出力することができる。
【００５４】
さらに、図１０を参照して、図１に示した電源制御部１０５の構成例を説明する。電源制御部１０５は、電源制御同期化部１００１と、電源制御同期化部１００２と、電源制御統合部１００３とを備える。電源制御同期化部１００１は、電源制御情報９０５と、同期タイミング情報１００４とを取得して、待機電圧の設定を実際の処理に同期させる。同様に、電源制御同期化部１００２は、電源制御情報９０６と、同期タイミング情報１００４とを取得して、待機電圧の設定を実際の処理に同期させる。電源制御統合部１００３は、個々の電源制御情報を電源ドメイン全体の電源制御情報１００５として統合して電源スイッチ１０６へ出力する。
【００５５】
ここで同期タイミング情報１００４とは、電源ドメインの処理に利用される基準タイミング信号であり、図６および図７に示したような処理シーケンスのタイミングを示す信号である。同期タイミング情報１００４は、リアルタイムに進行している処理に対し、電源制御同期化部１００１、１００２が電源制御情報９０５、９０６をアサート、または、ネゲートするタイミングを決定するために使用される。図８での説明と同様に、図６に示す動作モードＡのような周期性のある処理が実行されるものとする。この場合、電源制御同期化部１００１は、アイドル状態の発生期間Ｔｈａに関する電源制御情報９０５を、実際の処理のリアルタイムなタイミングを示す同期タイミング情報１００４に従ってアイドル状態の発生間隔ｈａのタイミングに同期化し、電源制御統合部１００３へ出力する。
【００５６】
同様に、電源制御同期化部１００２は、アイドル状態の発生期間Ｔｖａに関する電源制御情報９０６を、同期タイミング情報１００４に従ってアイドル状態の発生間隔ｖａのタイミングに同期化し、電源制御統合部１００３へ出力する。電源制御統合部１００３は、実際の処理に同期した２つの電源制御情報を統合して、電源ドメイン全体の電源制御情報１００５として電源スイッチ１０６へ出力する。
【００５７】
また、図６に示す動作モードＡのような周期性のある処理から、図７に示すモードＢのような周期性のある処理へと処理が変更されたとする。この場合も、アイドル状態の発生期間Ｔｈａが発生期間Ｔｈｂに、発生間隔ｈａが発生間隔ｈｂに、発生期間Ｔｖａが発生期間Ｔｖｂに、発生間隔ｖａが発生間隔ｖｂに変わるのに伴い、電源制御情報９０５、電源制御情報９０６の内容も更新される。これと同時に、同期タイミング情報１００４も動作モードＢのものに更新される。そのため処理を破綻させることなく待機電圧の設定が変更できる。
【００５８】
なお、以上の説明は画像処理を例としたので、周期情報取得部１０３、電源制御情報設定部１０４において電源制御情報を取得する系を２系統とし、電源制御部１０５において待機電圧の投入タイミングを統合する構成を示した。しかしながら、電源制御情報を取得する系が、単系統や３つ以上の系統であっても、同様に個々の電源制御情報を取得して待機電圧の適切な投入タイミングを設定することができる。
【００５９】
また、パワーゲーティング回路４０１内のスイッチ数または待機電圧に関しても、画像処理を例とした場合のスイッチ数または待機電圧の一例であり、スイッチ数や待機電圧に制限はない。
【００６０】
以上説明したように、処理状態と待機状態とを周期的に繰り返して処理を行う半導体集積回路の電源ドメインの電圧を制御する電源制御装置は、処理の周期的特徴情報を取得し、待機状態の待機電圧からの復帰時間の長さに応じてその周期的特徴情報と予め対応付けられた待機電圧を、電源制御情報として設定し、その電源制御情報に従って電源ドメインの待機電圧を制御する。
【００６１】
これにより、多様な信号規格の処理に対応する半導体集積回路でも、様々な周期性の違いに伴ってアイドル発生期間および発生間隔が変わるアイドル状態に対応した電源制御を適用することができ、十分な消費電力の低減効果を得ることができる。
【００６２】
（第２実施形態）
図１１を参照して、半導体集積回路の電源を制御する第２実施形態に係る電源制御機構の構成を説明する。本実施形態に係る電源制御機構は、第１実施形態と同様に、電源コントローラ１０１と、電源ドメイン１０２と、電源スイッチ１０６とを備える。第１実施形態と異なる点は、電源コントローラ１０１が、電源ドメイン１０２の待機電圧からの復帰時間を測定する復帰時間測定部１１０１をさらに備えていることである。なお、第１実施形態と同様の構成については同じ参照番号が付されており、説明を省略する。
【００６３】
半導体集積回路には製造バラツキが存在するため、一律の復帰時間の設定を行うとその設定値では動作できない個体が出てくる可能性がある。そこで、本実施形態では、復帰時間測定部１１０１により個体固有の復帰時間を測定し、測定された復帰時間の情報を電源制御情報設定部１０４による待機電圧の設定に反映させる構成をとる。これにより個体に適した待機電圧を設定することが可能となり、動作できない個体が生じないように調整できるようになる。
【００６４】
図１２を参照して、復帰時間測定部１１０１の内部構成および復帰時間測定部１１０１の周辺構成の例を説明する。
【００６５】
図１２において、参照電圧生成部１２０１は、図６および図７で示した電圧Ｖ１、Ｖ２、およびＶａｃｔの３状態の電圧を生成する。参照電圧生成部１２０１により生成される個々の電圧は、後述する電圧比較部１２０７、電圧比較部１２０８、および電圧比較部１２０９により参照される。参照電圧生成部１２０１は、構成方法や配置方法が一様ではないため復帰時間測定部１１０１には含まれていないが、復帰時間測定部１１０１が参照電圧生成部１２０１を含む構成であってもよい。
【００６６】
電源スイッチ１０６は、入力された電源投入情報１２０２に従って、スイッチＰＳ１を通じて電源電圧ＶＤＤを電源に供給する。
【００６７】
図１２において、復帰時間測定部１１０１は、復帰時間測定の形態の１例として１パス測定で復帰時間の参考情報を取得する。復帰時間測定部１１０１は、電圧比較部１２０７と、電圧比較部１２０８と、電圧比較部１２０９と、タイマー１２１０と、タイマー１２１１と、タイマー１２１２とを備える。
【００６８】
電圧比較部１２０７、電圧比較部１２０８、および電圧比較部１２０９は、一方のセンス端子を用いて電源ドメイン電圧の参照ノード１２０６をそれぞれプローブする。電圧比較部１１２０７は、もう一方のセンス端子を用いて、電圧Ｖ１の参照ノード１２０３をプローブし、電源ドメイン電圧がＶ１を超えた場合にタイマー１２１１へスタート信号を示す“スタート２”を通知する。電圧比較部１２０８は、もう一方のセンス端子を用いて、電圧Ｖ２の参照ノード１２０４をプローブし、電源ドメイン電圧がＶ２を超えた場合にタイマー１２１２へスタート信号を示す“スタート３”を通知する。
【００６９】
タイマー１２１０は、電源投入情報１２０２を、スタート信号を示す”スタート１”として通知される。電圧比較部１２０９は、もう一方のセンス端子を用いて、電圧Ｖａｃｔの参照ノード１２０５をプローブし、電源ドメイン電圧がＶａｃｔを超えた場合にタイマー１２１０、タイマー１２１１、およびタイマー１２１２のそれぞれへ、ストップ信号を示す”ストップ”を通知する。これにより各タイマーの計測が終了する。計測された各タイマーの値は、電源遮断からの復帰時間情報１２１６、電圧Ｖ１からの復帰時間情報１２１７、電圧Ｖ２からの復帰時間情報１２１８として、それぞれ電源制御情報設定部１０４へ出力される。
【００７０】
図１３を参照して、図１２の復帰時間測定部１１０１が有する各タイマーのカウントが順次スタートし、Ｖａｃｔを超えたところで全てのタイマーが同時に計測を終了する様子を説明する。縦軸の電圧Ｖは、横軸の時間Ｔの経過に伴ってＧＮＤからＶ１、Ｖ２と増大し、Ｖａｃｔを超えて一定の電圧になる。スタート１からストップまでの時間ｔ１が電源遮断からの復帰時間情報１２１６である。同様にスタート２からストップまでの時間ｔ２が電圧Ｖ１からの復帰時間情報１２１７であり、スタート３からストップまでの時間ｔ３が電圧Ｖ２からの復帰時間情報１２１８である。
【００７１】
なお、復帰時間測定部１１０１の構成は１パス測定に限定されない。また各々の待機状態から個別に復帰時間計測を行ったり、実際の待機状態から復帰時に再計測したりしてもよく、測定方法に拠らない。このとき、取られる測定方法に従って電圧比較部とタイマーは共有化、あるいは、多重化するように構成の変更がなされる。また、プローブ個所は最低電圧部分であっても良いし、複数の個所に複数の復帰時間測定部１１０１を設置して最も復帰の遅い部分から測定値を採用しても構わない。
【００７２】
図１４を参照して、第２実施形態に係る電源制御情報設定部１０４の構成を説明する。第２実施形態に係る電源制御情報設定部１０４は、図９を参照して説明した電源制御情報設定部１０４の構成に加えて、タイミング比較部１４０１と、タイミング比較部１４０２と、タイミング比較部１４０３とをさらに備えている。
【００７３】
タイミング比較部１４０１は、復帰時間測定部１１０１から取得した電源遮断からの復帰時間情報１２１６と、周期情報取得部１０３から取得した周期情報８０４および周期情報８０５とを比較し、これらの待機時間内に電源遮断からの復帰が可能であるか否かを判定する。タイミング比較部１４０２は、復帰時間測定部１１０１から取得した電圧Ｖ１からの復帰時間情報１２１７と、周期情報取得部１０３から取得した周期情報８０４および周期情報８０５とを比較し、これらの待機時間内に電圧Ｖ１からの復帰が可能であるか否かを判定する。タイミング比較部１４０３は、復帰時間測定部１１０１から取得した電圧Ｖ２からの復帰時間情報１２１８と、周期情報取得部１０３から取得した周期情報８０４および周期情報８０５とを比較し、これらの待機時間内に電圧Ｖ２からの復帰が可能であるか否かを判定する。
【００７４】
待機電圧判定部９０１および待機電圧判定部９０２は、復帰可能と判定された待機電圧のうち最も電圧が低いものを待機電圧として設定し、電源制御情報とする。以降の処理は、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００７５】
本実施形態によれば、半導体集積回路の個体バラツキに対応しながら、復帰時間を適切に選択して十分な消費電力の低減効果を得ることができる。
【００７６】
（第３実施形態）
図１５を参照して、半導体集積回路の電源を制御する第３実施形態に係る電源制御機構の構成を説明する。本実施形態に係る電源制御機構は、第１実施形態と同様に、電源コントローラ１０１と、電源ドメイン１０２と、電源スイッチ１０６とを備える。第１実施形態と異なる点は、電源コントローラ１０１が、電源ドメイン１０２の電力に関する情報を取得する電力情報取得部１５０１をさらに備えていることである。なお、第１実施形態と同様の構成については同じ参照番号が付されており、説明を省略する。
【００７７】
リーク電流の削減の観点から、単純に復帰時間を満たすという理由だけで待機電圧を決定してしまうと電源スイッチのＯＮに伴う電力を考慮することが出来ない場合がある。そこで、本実施形態では待機電圧設定中におけるリーク電力と電源スイッチのＯＮの際に生じる電力との両方を考慮してトータルの電力が最も少なくなる構成を説明する。
【００７８】
図１６を参照して、リーク電流に伴う電力と電源スイッチＯＮに伴う電力とのトータルについて説明する。縦軸は電流であり、横軸は時間Ｔである。図１６は、電圧ＧＮＤ、Ｖ１、Ｖ２からの復帰時間t１、ｔ２、ｔ３を満たす同一の待機時間Ｔｐの間の、待機状態から動作開始直前までの電流変化を示している。
【００７９】
図１６の各曲線で、スイッチがＯＮにされるまでのフラットな部分は、各待機電圧でのリーク電流を表しており、ＧＮＤで待機する場合が最も小さく、Ｖ２で待機する場合が最も大きい。
【００８０】
また、各曲線で現れる山の面積は、電源スイッチがＯＦＦの状態あるいは待機状態、から、動作可能な状態になるまでにチャージされる電力であり、ＧＮＤで待機する場合が最も大きく、Ｖ２で待機する場合が最も小さい。
【００８１】
待機状態から動作可能な状態になるまでのトータルの電力はそれぞれ、図１６の各曲線の積分値であり、待機時間Ｔｐの間に最も小さな電力を示す待機状態を選ぶことにより、最も効果的な省電力化が可能になる。ここで、電圧ＧＮＤ、Ｖ１、Ｖ２からの待機時間Ｔｐで復帰する場合のトータルの電力をそれぞれ電力Ｐｇ、Ｐｖ１、Ｐｖ２としたとき、式（５）の関係が成立するものとする。
【００８２】
【数５】
0005893336.tif 000006
【００８３】
この場合、待機時間Ｔｐという前提での省電力化が可能な待機電圧はＧＮＤではなくＶ１となる。
【００８４】
図１７を参照して、図１５に示した電力情報取得部１５０１の構成と、電力情報取得部１５０１に対応した電源制御情報設定部１０４の構成を説明する。
【００８５】
電力情報取得部１５０１は、電力情報推定部１７０１と、電力情報推定部１７０２とを備える。
【００８６】
例えば、電力情報推定部１７０１は、待機状態に採りうる幾つかの待機電圧の候補と周期情報８０４により得られる待機時間幅とから、電源スイッチＯＮに伴う電力およびリーク電力を推定する。電力情報推定部１７０１により推定された電力成分の情報は、待機電圧判定部９０１へ送信される。待機電圧判定部９０１は、復帰時間を満足するものの中で最もトータル電力の推定値が最も小さいものを待機電圧として設定するように判定する。
【００８７】
同様に、電力情報推定部１７０２は、待機状態に採りうる幾つかの待機電圧の候補と周期情報８０５により得られる待機時間幅とから、電源スイッチＯＮに伴う電力およびリーク電力を推定する。電力情報推定部１７０２により推定された電力成分の情報は、待機電圧判定部９０２へ送信される。待機電圧判定部９０２は、復帰時間を満足するものの中で最もトータル電力の推定値が小さいものを待機電圧として設定するように判定する。以降の処理は、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。なお、電力情報取得部１５０１は、実際に電源ドメインの電力を測定して電力成分の情報を取得する構成をとってもよい。
【００８８】
このように、電力情報取得部１５０１は、半導体集積回路が待機状態から動作可能な状態へ変化する際に消費される消費電力の情報を待機電圧候補ごとに取得し、電源制御情報設定部１０４は、待機状態の発生期間よりも復帰時間が短くなる待機電圧であって、消費電力が最小となる待機電圧を電源制御情報として設定する。
【００８９】
本実施形態によれば、リーク電力だけでなく待機状態から復帰する際の電力を含むトータルの消費電力の低減が可能になる。
【００９０】
（その他の実施形態）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図３】
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