(57)【要約】【課題】  本発明は、電子システムにおける電力管理を提供する。【解決手段】  電力管理部は、負荷電流要求に従い、負荷の供給電圧レベルを制御し、任意的に前記供給電圧を調整することにより電力分配経路のインピーダンスを制御する。供給電圧は、第１の動作周波数に対応する固定負荷電流を決定し、該固定負荷電流に対応する供給電圧を決定し、及び該供給電圧に基づき負荷に電力を供給することにより、低減されうる。或いは、システムの電力消費を所定の限度内に維持しながら、供給電圧は、負荷の動作周波数を増大させるにつれ増大されうる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷へ電力を出力する電力分配回路、及び
該電力分配回路を制御する電力管理部、
を有し、
該電力管理部は、前記負荷の第１の性能状態に対応する固定負荷電流、及び該固定負荷電流に対応する供給電圧を決定し、
前記固定負荷電流は、前記負荷により引き出される実際の電流とは異なり、
前記電力管理部は、前記負荷へ前記供給電圧を出力するよう、前記電力分配回路を制御する、
ことを特徴とする電力管理システム。
【請求項２】
前記電力分配回路から出力される前記供給電圧は、電力分配回路と前記負荷との間の信号経路に沿って生じる損失を補償するよう設定される、
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記負荷の前記第１の性能状態の第１の負荷電流情報を格納するメモリ、
を更に有し、
前記第１の負荷電流情報は、前記負荷の電流範囲内にある複数の副帯域を識別し、
異なる固定電流値は、各副帯域に割り当てられ、
前記電力管理部により決定された前記固定負荷電流は、前記実際の負荷電流が位置する副帯域に割り当てられた前記固定電流値に対応する、
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
各副帯域は、複数の電流値を有し、
各副帯域に割り当てられた前記固定電流値は、該副帯域の最大電流値に対応する、
ことを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記負荷の前記第１の性能状態は、第１の動作周波数に対応し、
前記電力管理部は、前記負荷の前記第１の性能状態が前記第２の性能状態に変化するとき、前記負荷へ異なる供給電圧を出力するよう、前記電力分配回路を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記異なる電圧及び電流は、それぞれ第２の固定電流及び供給電圧に基づき、
第２の性能状態のために生成された第２の負荷電流情報から生成された前記第２の固定電流及び供給電圧は、前記第１の性能状態とは異なる、
ことを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記第２の負荷電流情報は、前記第１の負荷電流情報からの副帯域の異なる構成から生成される、
ことを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記電力分配回路から出力される前記供給電圧は、前記電力分配回路と前記負荷との間の信号経路に沿って生じる損失を補償するよう調整される、
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記負荷は処理回路である、請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
負荷の性能状態を検出する段階、
該性能状態に対応する固定負荷電流を決定する段階、
該固定負荷電流に対応する供給電圧を決定する段階、及び
電力分配回路から前記負荷へ該供給電圧を出力する段階、
を有し、
前記固定負荷電流は、前記負荷により引き出される実際の電流とは異なる、
ことを特徴とする電力管理方法。
【請求項１１】
前記電力分配回路から出力される前記供給電圧は、電力分配回路と前記負荷との間の信号経路に沿って生じる損失を補償するよう設定される、
ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記性能状態に対応する第１の動作周波数を決定する段階、及び
該動作周波数に基づき前記固定負荷電流を決定する段階、
を更に有する請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記負荷の前記第１の動作周波数のための第１の負荷電流情報を格納する段階、
を更に有し、
前記第１の負荷電流情報は、前記負荷の電流範囲内にある複数の副帯域を識別し、
異なる固定電流値は、各副帯域に割り当てられ、
前記固定負荷電流は、前記負荷により引き出される実際の負荷電流が位置する副帯域に割り当てられた前記固定電流値に対応する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
各副帯域は、複数の電流値を有し、
各副帯域に割り当てられた前記固定電流値は、該副帯域の最大電流値に対応する、
ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の動作周波数は、前記負荷の前記第１の性能状態に対応し、
前記負荷の前記第１の性能状態が第２の性能状態に変化するとき、異なる引き出された電流に対応する異なる電圧が、前記負荷に供給される、
ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記異なる電圧及び電流は、それぞれ第２の固定電流及び供給電圧に基づき、
第２の動作周波数のために生成された第２の負荷電流情報から生成された前記第２の固定電流及び供給電圧は、前記第１の動作周波数とは異なる、
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２の負荷電流情報は、前記第１の負荷電流情報からの副帯域の異なる構成から生成される、
ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
負荷へ電力を出力する電力分配回路、及び
該電力分配回路を制御する電力管理部、
を有し、
該電力管理部は、
前記負荷が動作すべき第１の性能状態を決定し、
該第１の性能状態よりも高い動作周波数を有する第２の性能状態に対応する供給電圧及び負荷電流を決定し、
該供給電圧に基づく前記負荷への電圧及び負荷電流をそれぞれ出力するよう、前記電力分配回路を制御し、前記第２の性能状態に対応する前記供給電圧及び負荷電流に基づき前記第１の性能状態で動作するよう、前記負荷を制御する、
ことを特徴とする電力管理システム。
【請求項１９】
前記出力電圧は、前記第１の性能状態に対応する異なる負荷電流及び供給電圧に基づき動作する負荷により消費される電力と少なくとも実質的に等しい電力レベルを、前記負荷に消費させる、
ことを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第２の性能状態で動作する前記負荷への前記供給電圧は、前記第１の性能状態に対応する前記供給電圧より少ない、
ことを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２１】
前記第２の性能状態で動作する前記負荷に供給される前記負荷電流は、前記第１の性能状態に対応する負荷電流より大きい、
ことを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２２】
前記電力管理部は、前記電力分配回路と前記負荷との間で生じる損失に対して前記供給電圧及び負荷電流を調整するよう、前記電力分配回路を制御する、
ことを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２３】
負荷が動作されるべき第１の性能状態を決定する段階、
第２の性能状態のための供給電圧及び負荷電流を決定する段階、及び
該供給電圧及び負荷電流に基づく電圧及び電流を、前記第１の性能状態で前記第２の性能状態のための電圧及び電流に基づき動作する前記負荷に供給する段階、
を有し、
前記第２の性能状態は、前記第１の性能状態よりも高い動作周波数を有する、
ことを特徴とする電力管理方法。
【請求項２４】
前記供給された電圧及び電流は、前記第１の性能状態に対応する異なる負荷電流及び供給電圧に基づき動作する負荷により消費される電力と少なくとも実質的に等しい電力レベルを、前記負荷に消費させる、
ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記第２の性能状態で動作する前記負荷への前記供給電圧は、前記第１の性能状態に対応する前記供給電圧より少ない、
ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記第２の性能状態で動作する前記負荷に供給される前記負荷電流は、前記第１の性能状態に対応する負荷電流より大きい、ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
電力分配回路と前記負荷との間で生じる損失に対し、前記供給電圧及び負荷電流を調整する段階、
を更に有する請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記電力管理部は、
負荷状態に基づき電流要求の変化を推定し、
負荷の変化の始めに、前記推定した電流要求の変化の情報を前記電力分配回路へ送信し、
前記電力分配回路の最適な動作モードを決定することにより、過渡応答時間を向上する、
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願明細書に開示された１又は複数の実施形態は、電子システムにおける電力管理に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力管理は、多くの電子システム、特にバッテリ式の電子システムの設計の推進力となっている。電力管理への１つの手法は、バッテリの電圧容量を増大させることである。他の手法は、バッテリ寿命を節約する電力断システム回路を模索することである。しかしながら、これらの手法は欠点を有することが分かっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、電子システムにおける電力管理を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】ある種類の電力管理システムを示す図である。
【図２】電力管理に用いられうる負荷線を示すグラフである。
【図３】図２の負荷線に基づく静的分析を用いた電力管理に用いられる電力曲線を示すグラフである。
【図４】別の種類の電力管理システムを示す図である。
【図５】複数の副帯域に分けられる負荷電流範囲を示す図である。
【図６】図５の負荷電流範囲に基づく動的分析を用いた電力管理に用いられる電力曲線を示すグラフである。
【図７】電子システムの電力管理のための方法の第１の実施形態に含まれる動作を示す図である。
【図８】電子システムの電力管理のための方法の第２の実施形態に含まれる動作を示す図である。
【図９】図８の方法により管理される電子システムへの電力を制御するのに用いられうる電力曲線を示すグラフである。
【図１０】プロセッサのための電力管理システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
本発明の１又は複数の実施形態は、電子システムを動作させるための電力を管理する。システムは、コンピュータの中央演算処理装置（ＣＰＵ）、携帯電話機若しくはメディア・プレイヤのような電子機器のマイクロプロセッサ若しくはコントローラ、又はインターネットに基づく種々のアプリケーションのうちの任意の１つに対応するために用いられる制御回路に対応するか又はそれらを有してもよい。また、システムは、ＣＰＵ又はプロセッサほどの品質を必要としなくてもよいが複数の電力状態若しくは性能状態で動作可能な別の種類の回路若しくは装置に対応するか又はそれを有してもよい。これらの関連事項は以下に詳細に記載される。
【０００６】
図１は、負荷２０に電力を供給する調整回路１０を有する又は調整回路１０を制御するために調整回路１０に結合されたある種類の電力管理システムを示す。調整回路は、例えば供給電圧及び／又は電流の形式で負荷に電力を供給する。供給電圧は、基準電圧又はある特定の種類の電圧であってもよい。説明のため、調整回路は、前述の電子システムのうちの１つであってよい負荷へ供給電圧（Ｖｓｅｔ）を出力する電圧調整（ＶＲ）回路として示される。
【０００７】
図２は、負荷への電力を管理する指針として用いられうる負荷線の例を示す。この例では、負荷線は、概して線形であり、負荷の動作周波数（Ｆ）と供給電圧との間の関係を定める。負荷の動作周波数は、負荷に結合されるか又は負荷に含まれるトランジスタに印加されるゲート駆動電圧の関数と考えられうる。供給電圧は、（損失を考慮する又は考慮しない）電圧調整回路の出力に対応してもよい。
【０００８】
負荷線の増大する傾斜から明らかなように、負荷の動作周波数は、供給電圧に正比例する。また、示されるように、負荷線は、設計仕様に基づき決定される低周波数点（ＬＦＰ）と高周波数点（ＨＦＰ）との間の境界である。２点間の負荷線上の値は、例えば損失を考慮に入れた最悪の負荷条件に基づき決定されてもよい。
【０００９】
より詳細には、負荷線上の動作点は、負荷の特定の性能状態（Ｐｘ）に関連付けられてもよい。これらの性能状態は異なる周波数で動作し、異なる電力量を使用してもよい。
【００１０】
負荷線を用いるために、先ず、負荷の性能状態が決定されなければならない。次に、例えば設計しように従い、この性能状態に対応する動作周波数が決定される。従って、負荷線は、動作周波数に基づき負荷のための供給電圧を決定するために用いられる。
【００１１】
負荷がＣＰＵの場合には、供給電圧は、例えばＣＰＵに供給される電圧に対応してもよい。従って、周波数Ｆ０で動作しているＣＰＵの性能状態Ｐ０では、電圧調整回路は、ＣＰＵに図２に示される実際の電圧ＶＤＩＥ＿Ｆ０を受信させるのに十分な大きさの供給電圧を出力するよう制御される。つまり、負荷トランジスタを正しく動作させるために、ＶＤＩＥ＿Ｆ０の最小電圧がＣＰＵにより受信されなければならない。
【００１２】
より詳細には、実際の用途では、電圧調整回路から出力される供給電圧（Ｖｓｅｔ）を決定するときに、損失が考慮に入れられなければならない。より詳細には、負荷線の要件を満たすために、ＣＰＵにより受信される供給電圧は、ＶＤＩＥ＿Ｆ０に対応するか又はそれより大きくなければならない。損失のために、ＣＰＵにより実際に受信される入力電圧は、電圧調整回路から出力される供給電圧Ｖｓｅｔより小さいだろう。
【００１３】
これらの損失は、例えば２，３の例を挙げると、仕事量の変動、システムの寄生、線抵抗、及び温度の変動を含む。これらの損失（図１では抵抗値ＲＰＤとして纏めて表される）は、電圧調整回路から出力される供給電圧を低減するので、Ｖｓｅｔを計算するときに考慮に入れなければならない。
【００１４】
つまり、ＣＰＵを駆動するために必要なＶＤＩＥ＿Ｆ０の最小電圧がＰ０状態のＣＰＵの全動作期間中に満たされることを保証するために、電圧調整回路から出力される供給電圧Ｖｓｅｔは、抵抗値ＲＰＤからの損失を相殺するために、ＶＤＩＥ＿Ｆ０より高くなるように設定されなければならない。
【００１５】
ある技術によると、周波数Ｆ０で動作する負荷のために電圧調整回路から出力される供給電圧Ｖｓｅｔは、式（１）に基づき計算されてもよい。
Ｖｓｅｔ（Ｆ０）＝ＩＭＡＸ＿Ｆ０＊ＲＰＤ＋ＶＤＩＥ＿Ｆ０  （１）
ここで、ＩＭＡＸ＿Ｆ０は、最悪の損失条件下で周波数Ｆ０で動作する負荷により引き出される最大電流である。ＲＰＤは、上述のように、電圧調整回路から最悪の損失条件下の負荷への電力分配経路の等価抵抗値である。供給電圧の低減に加え、ＲＰＤにより表される損失は、周波数Ｆ０で動作するＣＰＵにより引き出される電流を最大電流ＩＭＡＸ＿Ｆ０より低くしうる。これらの影響は、以下に説明される方法で浪費電力に変換される。
【００１６】
図３は、図２の負荷線の負荷電流（Ｉｃｃ）と供給電圧との間の関係を定める電力曲線を示す。損失のために、負荷により引き出される実際の電流Ｉｃｃ＿ＡＣＴＵＡＬは、最大電流ＩＭＡＸ＿Ｆ０より低い。この低い電流を補償するために、電圧調整回路から出力される供給電圧（Ｖｓｅｔ）は、周波数Ｆ０で動作するときにＣＰＵのトランジスタの動作要件が満たされるように、増大されなければならない。
【００１７】
Ｖｓｅｔの増大は、ＣＰＵにより受信される実際の電圧（Ｖｃｃ＿ＡＣＴＵＡＬ）の比例増加を生じる。図３に示されるように、この実際の電圧は、トランジスタを動作させるために必要な最小電圧ＶＤＩＥ＿Ｆ０より大きく、つまりＩｃｃ＿ＡＣＴＵＡＬ＜ＩＭＡＸ＿Ｆ０のとき、Ｖｃｃ＿ＡＣＴＵＡＬ＞ＶＤＩＥ＿Ｆ０である。最小動作電圧より大きい超過電圧（ΔＶｓｔａｔｉｃ）は、用いられない（ΔＶｓｔａｔｉｃ＝Ｖｃｃ＿ＡＣＴＵＡＬ−ＶＤＩＥ＿Ｆ０）。これは、ＣＰＵが周波数Ｆ０で動作し状態Ｐ０で電流Ｉｃｃ＿ＡＣＴＵＡＬを引き出すとき、式（２）により表されうる電力の浪費をもたらす。
ＰＷＡＳＴＥ＝ΔＶｓｔａｔｉｃ＊Ｉｃｃ＿ＡＣＴＵＡＬ＝（Ｖｃｃ＿ＡＣＴＵＡＬ−ＶＤＩＥ＿Ｆ０）＊Ｉｃｃ＿ＡＣＴＵＡＬ  （２）
式（２）から明らかな電力の浪費は、部分的には、電力管理システムにより実行される静的負荷線分析の適用に基づく。この分析によると、供給電圧は、プロセッサの性能状態（Ｐｘ）が変化するときのみ変化する。その他の場合、供給電圧は、所与のＣＰＵ動作周波数では負荷線により固定される。
【００１８】
プロセッサの性能状態は、設計仕様、ホストシステムの要件、及び／又は他の要因に依存して変化しうる。標準的なノート型コンピュータのＣＰＵの性能状態のある非限定的な例は、次の通りである。
状態（State）：説明
Ｃ０：通常動作状態
Ｃ１：プロセッサが命令を実行していない停止状態
Ｃ２：プロセッサがソフトウェアに見える状態を維持するクロック停止状態
Ｃ３：プロセッサがキャッシュ・コヒーレントを保たない又は全てのクロックが停止されるスリープ状態
静的負荷線分析を実施するとき、ＣＰＵの状態変化は、例えばＣ３状態から他の状態のうちの１つへの遷移を含んでもよい。これが起こるとき、電力管理システムは、Ｃ３状態に対応するプロセッサの周波数を決定し、次に負荷線を用いて該周波数に対応する供給電圧を決定する。次に、電圧識別（ＶＩＤ）コードは、供給電圧を識別する電圧調整回路へ送られ、内部位相ロックド・ループは負荷に電力を供給するための対応する供給電圧Ｖｓｅｔを出力するために固定される。
【００１９】
しかしながら、静的手法は、負荷電流の変動を考慮しないか、又は式（２）のような電力浪費を防ぐ目的で如何なる措置も取らない。
【００２０】
更に、供給電圧Ｖｓｅｔは、最悪の負荷（Ｆ０のときのＩｃｃ−ＭＡＸ）及び最悪の設計寄生（例えばＶｃｃトレース及びパッケージ寄生）を含む最悪の条件に基づき上述のように決定される。負荷は最悪の条件下では正常に動作しないので、負荷が負荷のトランジスタを駆動するために必要な特定の最小電圧を受信することを保証するために、大きい保護周波数帯が供給電圧に組み込まれる。この大きい保護周波数帯は、屡々必要なく、大部分の用途のシナリオで有意な電力の浪費をもたらす。
【００２１】
図４は、電子システムに電力を供給する動的手法を用いる電力管理システムの一実施形態を示す。電子システムは、前述のような処理システム、ロジック・システム又は他の如何なる種類のシステム、回路、又は１又は複数の特定の動作を実行するために電力を受信し複数の性能状態で動作する装置であってもよい。
【００２２】
図４に示されるように、電力管理システムは、電力管理部１１０、電力分配回路１２０、及び前述の電子システムに対応する負荷１３０を有する。電力管理部は、回路又はソフトウェア又は両者の組み合わせとして実施されてもよい。一実施形態によると、電力管理部は、電力分配回路及び／又は負荷を制御する又はそれらと相互作用するプラットフォーム・コア・ロジック（例えば、チップセット）内に存在する。負荷が中央演算処理装置（ＣＰＵ）又は他の種類のプロセッサを有するとき、電力分配回路は、電圧調整回路であってもよい。代替の実施形態では他の種類の負荷及び電力分配回路が用いられてもよい。
【００２３】
電力管理部は、負荷への供給電圧を制御するために、負荷線を動的に調整することにより動作する。これは、先ず、負荷に入力される又は負荷により引き出される電流の範囲（負荷電流（Ｉｃｃ）範囲）を定め、次に、該範囲を複数の副帯域に分けることにより達成される。
【００２４】
図５は、最小値（ＩＭＩＮ）と最大値（ＩＭＡＸ）との間で定められる負荷電流範囲の一例を示す。負荷電流範囲は、例えば、負荷の設計仕様、電力分配回路の性能限度、及び／又は１又は複数の他のパラメータに基づき決定されてもよい。この特定の例では、負荷はプロセッサ（例えば、ＣＰＵ）であり、負荷電流範囲は、特定の性能状態（Ｐ０）で動作するプロセッサの所与の動作周波数（Ｆ０）に対してＮ個の副帯域Ｉ０からＩＮに分けられる。
【００２５】
副帯域は、等しい又は異なる幅を有してもよい。図５に示される例では、副帯域の幅は、最後の副帯域を除き増大する傾向がある。他の実施形態では、副帯域の幅の異なる構成が用いられてもよい。
【００２６】
また、図５の水平の矢印により示されるように、固定電流値が各副帯域に割り当てられてもよい。つまり、最初の副帯域（Ｉ０）は電流値Ｉｃｃ１を割り当てられ、２番目の副帯域は電流値Ｉｃｃ２を割り当てられ、以下同様である。各副帯域に割り当てられた固定電流値は、該帯域内の電流を表してもよい。例えば、各副帯域に割り当てられた電流値は、該副帯域の最小電流値、最大電流値又は平均値であってもよい。
【００２７】
各副帯域に固定電流値を割り当てることは、負荷への供給電圧を低減し、同時に負荷を駆動するときの電力の浪費を低減しうる。この低減は、負荷の供給電圧と負荷電流との間に存在する逆相関から明らかである。つまり、電力は、電圧と電流の積に基づき計算される（つまり、Ｐ〜Ｖ＊Ｉ）。固定電流値を負荷電流範囲の副帯域に割り当てることにより、負荷電流（Ｉｃｃ）は、静的電力管理方式で用いられるよりいくぶん高い値で維持されてもよい。結果として、負荷の最小電力要件は、比例的に、より小さい供給電圧を用いて満たされうる。より小さい供給電圧を用いる能力は、結果として式（２）においてより小さいΔＶの値になり、また電力の節約になる。
【００２８】
図６は、図４のシステムの電力曲線がどのように動的に調整され、負荷を駆動するときに電力の節約を達成するかを示す。図６で、電力曲線Ａは、図３に示されるような静的負荷線分析が用いられる場合に、負荷電流と供給電圧との間に存在する関係を示す。動作点ＯＰｓｔａｔｉｃは、負荷電流Ｉｃｃａｃｔｕａｌ及び供給電圧Ｖｃｃａｃｔｕａｌに対応し、ＶＤＩＥ＿Ｆ０は、最大負荷電流（ＩｃｃＭａｘ）を有する状態Ｐ０で周波数Ｆ０で動作する負荷により必要とされる最小動作電圧に対応する。
【００２９】
図５の負荷電流範囲を用い、電力分配回路１２０は、周波数Ｆ０で性能状態Ｐ０に対し負荷電流値Ｉｃｃを出力するよう、電力管理部１１０により制御される。これは、図５の副帯域で、実際の負荷電流値Ｉｃｃ＿ＡＣＴＵＡＬの位置を定め、次に該福田いい気に対応する固定電流値を出力するよう電力分配回路を制御することにより達成される。固定電流値が実際の負荷電流値Ｉｃｃ＿ＡＣＴＵＡＬより大きいとき、供給電圧は有意に低減され、電力の節約は静的電力管理手法の間実現されうる。
【００３０】
この電力の節約は、図６の電力曲線Ａに対応する図３の負荷線を用いて実行される静的分析の比較から明らかである。示されるように、負荷への比較的大きい値の供給電圧Ｖｃｃ＿ＡＣＴＵＡＬは、最大値（ＩＭＡＸ＿Ｆ０）から低減された実際の負荷電流（Ｉｃｃ＿ＡＣＴＵＡＬ）に基づき用いられる。
【００３１】
しかしながら、図３の電力曲線を用いて実行される静的分析と異なり、図４の電力管理部により実行される動的分析は、電力分配回路に、Ｉｃｃ＿ＡＣＴＵＡＬの代わりに、Ｉｃｃ＿ＡＣＴＵＡＬが位置付けられている図５の副帯域の固定電流値を出力させる。この固定電流値は図６にＩｓｕｂ−ｂａｎｄ  ｆｉｘｅｄとして示され、損失を考慮に入れている。つまり、Ｉｃｃ＝Ｉｓｕｂ−ｂａｎｄ  ｆｉｘｅｄである。Ｉｓｕｂ−ｂａｎｄ  ｆｉｘｅｄ＞図３のＩｃｃ＿ＡＣＴＵＡＬなので、静的分析の場合より低い値の供給電圧Ｖｃｃ＝Ｖｓｅｔ＝Ｖａｄｊｕｓｔｅｄが、電力分配回路から負荷への供給電圧として出力される。つまり、Ｖａｄｊｕｓｔｅｄ＜Ｖｃｃ＿ＡＣＴＵＡＬである。
【００３２】
図５の負荷電流範囲の副帯域内の固定電流値を用いることは、図６の電力曲線Ａの位置におけるシフトを効果的に表す新たな電力曲線Ｂを生成する。
このシフトされた曲線は、供給電圧を、周波数Ｆ０で動作し性能状態Ｐ０にある負荷（プロセッサ）を駆動するために必要な最小供給電圧（ＶＤＩＥ＿Ｆ０）の近くまで低減させる。供給電圧の低減は、静的の場合に生成された超過電圧（ΔＶｓｔａｔｉｃ）と比べて小さい超過電圧（ΔＶｄｙｎａｍｉｃ）を生成する。つまり、ΔＶｄｙｎａｍｉｃ＜ΔＶｓｔａｔｉｃである。結果としてより小さい供給電圧が消費され、その結果、有意な電力の節約をもたらす。同じ電力量が消費される場合でも、供給電圧の低減は性能の向上に役立つ。
【００３３】
供給電圧の低減は、更に式（３）から明らかである。この式では、Ｖｓｅｔは、損失（ＲＰＤにより表される）を考慮に入れた、電力分配回路１２０からの供給電圧に対応する。
Ｖｓｅｔ＝Ｉｓｕｂ−ｂａｎｄ  ｆｉｘｅｄＲＰＤ＋ＶＡｄｊｕｓｔｅｄ  （３）
同じ損失（ＲＰＤ）では、同一の又は低い電力消費を有する静的電力管理技術と比べて、より低い供給電圧（Ｖａｄｊｕｓｔｅｄ）が負荷を駆動するために用いられうる。可能な電力の節約（ＰＳＡＶＥ）は式（４）に基づき表される。
ＰＳＡＶＥ＝Ｉｓｕｂ−ｂａｎｄ  ｆｉｘｅｄ（Ｖｃｃ＿ＡＣＴＵＡＬ−ＶＡｄｊｕｓｔｅｄ）  （４）
この式で、Ｖｃｃ＿ＡＣＴＵＡＬは、図３及び電力曲線Ａに示された損失を考慮に入れた、静的分析の場合に供給される実際の供給電圧に対応する。式（２）と比べると、式（４）では負荷電流Ｉｓｕｂ−ｂａｎｄ  ｆｉｘｅｄ及び供給電圧ＶＡｄｊｕｓｔｅｄが、式（２）の負荷電流Ｉｃｃ＿ＡＣＴＵＡＬ及び供給電圧Ｖｃｃ＿ＡＣＴＵＡＬと置き換わっていることが分かる。ＶａｄｊｕｓｔｅｄはＶｃｃ＿ＡＣＴＵＡＬより小さいので、より少ない電力が消費され、より低い供給電圧が実現される。
【００３４】
一実施形態によると、各副帯域に割り当てられた電流値は、負荷への供給電圧の更に大きな低減、及び電力浪費の更なる低減を達成するために、重み付けされてもよい。更に、所定の副帯域を有する負荷電流範囲は、プロセッサの複数の性能状態に対して決定されてもよい。これらの範囲は、性能状態が変化するときに、供給電圧を管理し、及び負荷に電力を供給するために用いられてもよい。
【００３５】
図７は、負荷に供給されるべき電力を管理する方法の第１の実施形態で実行される動作を示す。方法は、例えば図４に示される電力管理部、図５及び６に示される負荷電流範囲及び電力曲線を用いて実施されてもよい。しかしながら、他の負荷電流範囲及び電力曲線が用いられてもよい。更に、負荷はコンピュータの中央処理演算装置（ＣＰＵ）であるとする。しかしながら、代替の実施形態では、異なる種類のプロセッサ又は電子回路、装置、又はシステムが用いられてもよい。
【００３６】
初期動作で、電力管理部は、負荷の性能状態を決定する（ブロック２１０）。この性能状態は、例えば、コンピュータの複数の電力状態のうちの１つである上述のＣの種類の状態、又は別の種対の動作状態であってもよい。
【００３７】
性能状態が決定されると、電力管理部は、負荷の動作周波数を決定し、次に負荷に該状態及び該周波数で動作させるために第１の信号を負荷へ送信する（ブロック２２０）。或いは、負荷への信号は、電力管理部が、負荷へ特定の供給電圧を出力するよう電力分配回路を制御した後に送られてもよい。
【００３８】
次に、負荷電流は電力管理部により決定される（ブロック２３０）。これは、以下の要素のうちの１又は複数に基づき達成される：負荷の動作状態、負荷の動作周波数、電力管理システムを有するダイ又はチップの実際の温度、プロセス・スキュー、及び／又は例えば所与の瞬間にアクティブである（例えばクロックでゲート制御され（ｃｌｏｃｋ−ｇａｔｅｄ）ない）トランジスタの割合の指標を提供する負荷の動的活性因子。当業者に知られている種々のアルゴリズム及び技術のうちの何れがこれらの因子に基づき負荷電流を予測するために用いられてもよい。非限定的な一実施形態によると、これらの技術は、例えば電流動作状態及び条件における可能な最大負荷電流に対する負荷電流の推定を提供しうる。
【００３９】
負荷電流が分かると、電力管理部は、該負荷電流を、電力管理部内に配置されるか又はそれに結合されたメモリ又はレジスタ１４０に格納された負荷電流範囲と比較する（ブロック２４０）。負荷電流範囲情報は、例えば負荷の特定の動作状態及び周波数に対する図５に示されるような負荷電流範囲に対応してもよい。この比較に基づき、電力管理部は、負荷により引き出される負荷電流が位置する副帯域（ブロック２５０）、及び該副帯域に対応する固定電流値（Ｉｓｕｂ−ｂａｎｄ  ｆｉｘｅｄ）（ブロック２６０）を識別する。
【００４０】
次に、電力管理部は、負荷電流範囲に対応する電力曲線情報にアクセスする。電力曲線情報は、図６に示されるような動的にシフトされた電力曲線を有してもよい。この曲線（例えば、電力曲線Ｂ）上の関連する副帯域の固定電流値の位置を定めることにより、電力管理部は、静的電力管理分析で用いられた電力曲線により定められた供給電圧より低い対応する供給電圧（Ｖａｄｊｕｓｔｅｄ）を識別することができる（ブロック２７０）。
【００４１】
この決定された情報と共に、電力管理部は、第２の信号を電力分配回路１２０へ送信し、シフトされた電力曲線により決定されたＶａｄｊｕｓｔｅｄ及びＩｓｕｂ−ｂａｎｄ  ｆｉｘｅｄの値に一致する供給電圧（Ｖｃｃ）及び／又は負荷電流（Ｉｃｃ）及び副帯域の固定電流値をそれぞれ出力するよう、電力分配回路に指示する（ブロック２８０）。一実施形態によると、電力分配回路は、供給電圧Ｖｃｃのみを出力してもよい。これは負荷にＩｃｃの電流を引き出させる。第２の信号は、例えば電圧識別（ＶＩＤ）コードの形式で送信されてもよい。
【００４２】
第２の信号に応答して、電力分配回路は、供給電圧及び電流（例えば、Ｖａｄｊｕｓｔｅｄ及びＩｓｕｂ−ｂａｎｄ  ｆｉｘｅｄ）を識別する情報を有する第３の信号を出力し、これらの値に従って負荷を動作させる（ブロック２９０）。結果として、負荷は、静的電力管理技術と比較して低い供給電圧及び場合によっては低い電力を用いて動作するよう制御される。
【００４３】
処理ブロック２７５で、電力分配回路は、負荷の変化の始めの推定された必要電流の変化に基づき、自身の動作モードを変えてもよい。従って、ブロック２８０及び２９０の１又は複数のモードで実行される処理は、変化した動作モードに基づき実行される。
【００４４】
代替の一実施形態によると、電力分配回路への第２の信号は、負荷への第１の信号又はこれらの信号が同時に出力された後に、出力されてもよい。別の実施形態によると、第２及び第３の信号は、第１の信号の後に又は第１の信号と同時に出力されてもよい。
【００４５】
図４では、電力管理部は、電力分配回路の外部に位置付けられるよう示される。代替の実施形態では、電力管理部の処理を実行するロジックは、電力分配回路内に配置されてもよい。この場合、電力管理部は、負荷を動作させるのに用いられるべき負荷電流及び供給電圧を電力分配回路に直接知らせうる。つまり、電圧識別（ＶＩＤ）信号又はコードを用いる代わりに、直接信号伝達手法が用いられてもよい。ある実際の用途によると、３ビットの識別信号は、負荷電流の８個の副帯域を伝達してもよい。また、電力分配回路（例えば、電圧調整回路）は、副帯域うちの関連する１つに対応する固定電流値を内部で変換して、負荷への低い供給電圧を生成する。
【００４６】
図８は、負荷への電力を管理する方法の第２の実施形態で実行される動作を示す。第１の実施形態と異なり、第２の実施形態は、負荷の動作周波数を増大させることにより供給電圧を低くし、同時に負荷への電力を同一又は実質的に一定レベルに保つ。つまり、第１の実施形態では、負荷の周波数（従って性能状態）を同一又は実質的に一定レベルに維持しながら、供給電圧が低減される。これは、より少ない電力を用いて達成されうる。しかしながら、第２の実施形態では、同一又は実質的に一定電力にある負荷の動作周波数を変化しながら、供給電圧が低減される。
【００４７】
第２の実施形態の方法は、例えば図２に示される電力管理部を用いて実施されてもよい。この方法の最初の処理は、負荷が現在動作している又は負荷が動作することを意図している性能状態（ＰＮ）を決定する段階を有する（ブロック３１０）。負荷がコンピュータの中央演算処理装置である場合には、性能状態は、例えば前述の状態のうちの何れか１つであってもよい。他の用途では、負荷は、別の種類のプロセッサ又は異なる性能状態若しくは電力状態で動作可能な電子回路であってもよい。
【００４８】
負荷の性能状態が識別されると、負荷への最小供給（又は基準）電圧は、設計仕様から決定される。しかしながら、第２の実施形態によると、供給電圧は、負荷の別の性能状態に対応する周波数、供給電圧及び／又は負荷電流を用いる段階を有する動的分析に従い低減される。
【００４９】
従って、方法の次の処理は、性能状態ＰＮで要求される動作周波数より高い動作周波数を要求する負荷の別の性能状態を決定する段階を有する（ブロック３２０）。この他の性能状態は、（ＰＮ＋１）として表されてよく、例えば次の性能状態又はＰＮよりも高い動作周波数を有する他の性能状態に対応してもよい。
【００５０】
他の性能状態が選択されると、該状態で負荷を動作させるための最小供給電圧が決定される（ブロック３３０）。この決定は、例えば、負荷の設計仕様に基づき生成されてもよい、図９に示されるような負荷線に基づき行われてもよい。図９では、性能状態ＰＮの動作周波数及び最小供給電圧は、それぞれＦＮ及びＶｍｎ  ｓｕｐｐｌｙ  Ｎであるとして示され、性能状態ＰＮ＋１の動作周波数及び最小供給電圧は、ＦＮ＋１及びＶｍｎ  ｓｕｐｐｌｙ  Ｎ＋１であるとして示される。示されるように、状態ＰＮ＋１の最小供給電圧は、状態ＰＮの最小供給電圧よりも大きく、これらの状態の最小供給電圧間の差はΔＶｍｉｎとして示される。この情報は、電力管理部にアクセスしやすいメモリ内に格納されてもよい。
状態ＰＮ＋１の最小供給電圧が決定されると、次の処理は、状態ＰＮにおける負荷（ＶＬ）の供給電圧と最小供給電圧の差ΔＶｍｉｎとの間の差を計算する段階を有する（ブロック３４０）。この差は、状態ＰＮ＋１の最小供給電圧、つまりＶｍｎ  ｓｕｐｐｌｙ  Ｎ＋１と比較される（ブロック３５０）。差が最小供給電圧より大きくない場合（つまり、ＶＬ−ΔＶｍｉｎ≦Ｖｍｎ  ｓｕｐｐｌｙ  Ｎ＋１の場合）、負荷は、ＰＮ状態で周波数ＦＮで供給電圧ＶＬ及び状態ＰＮの最小供給電圧Ｖｍｎ  ｓｕｐｐｌｙ  Ｎに関連して決定された対応する負荷電流ＩＬに基づき動作するよう制御されるか又は動作し続ける（ブロック３６０）。次に、制御はブロック３１０へ戻る。
【００５１】
任意のブロックで、電力分配回路は、負荷の変化の始めの推定された必要電流の変化に基づき、自身の動作モードを変えてもよい。この処理は、例えば供給電圧が決定された後に実行されてよい。次に、残りの処理は、この変化した動作モードに基づき実行されてもよい。
【００５２】
図９は、電力管理部が状態ＰＮ及びＰＮ＋１の負荷の動作を制御するための指針として用いてもよい電力曲線を示す。状態ＰＮの電力曲線は、最小供給電圧Ｖｍｎ  ｓｕｐｐｌｙ  Ｎに関連して決定される供給電圧及び負荷電流、ＶＬ及びＩＬを示す。ＶＬ及びＩＬに対応する電力曲線上の動作点（ＸＮ）は、先に説明したように損失（例えば、ＲＰＤ）を考慮に入れて計算されてもよい値Ｖｓｅｔに対応しうる。
【００５３】
ブロック３５０で決定されるように、状態ＰＮにおける負荷の供給電圧（ＶＬ）と最小供給電圧の差ΔＶｍｉｎとの間の差が状態ＰＮ＋１の最小供給電圧よりも大きい場合（つまり、ＶＬ−ΔＶｍｉｎ＞Ｖｍｎ  ｓｕｐｐｌｙ  Ｎ＋１）、次の処理は、最大許容電流差（ΔＩＭａｘ）を決定する段階を有する（ブロック３７０）。第２の実施形態によると、値ΔＩＭａｘは、（１）ＰＮに関して負荷への電力を同一又は実質的に一定レベルに維持している間、及び（２）少なくとも実質的に図９に示される最小供給電圧の差ΔＶｍｉｎにより定められる範囲内に維持している間、許容される最大電流差として決定される。
【００５４】
一実施形態によると、最大許容電流差（ΔＩＭａｘ）は、損失を考慮に入れて式（５）に基づき計算されてもよい。ΔＩＭａｘの値は図９に示される。
ΔＩＭａｘ＝１／ＲＰＤ＊（ΔＶｍｉｎ／（１−ΔＶｍｉｎ／ＶＬ））  （５）
損失を考慮に入れるとき（つまり、負荷を駆動するためにＶｓｅｔの値を設定するとき）、状態ＰＮ＋１で負荷に電力を供給するための供給電圧（ＶＬ’）及び負荷電流（ＩＬ’）は、図９の点ＸＮに対応する値よりも高くなることが理解される。従って、方法の次の処理は、ΔＩｍａｘを考慮に入れて状態ＰＮ＋１での負荷電流（ＩＬ’）を計算する段階を有する（ブロック３８０）。この電流は、式（６）に基づき状態ＰＮの負荷電流ＩＬに関して計算されてもよい。
ＩＬ’＝ΔＩＬ＋ＩＬ  （６）
この式では、ΔＩＬは、状態ＰＮ＋１の負荷電流ＩＬ’を達成するために、負荷電流ＩＬに関連する電流の増加に対応する。値ΔＩＬは、式（７）を用いて計算されてもよい。
ΔＩＬ＝ＩＬ（（１−ΔＶｍｉｎ／ＶＬ）＊（ＦＮ＋１／ＦＮ）−１）  （７）
ここで、ＦＮは状態ＰＮにおける負荷の動作周波数に対応し、ＦＮ＋１は状態ＰＮ＋１における負荷の動作周波数に対応する。
【００５５】
負荷電流の増加ΔＩＬが計算されると、次の処理は、負荷電流の増加を最大許容電流差ΔＩＭａｘと比較する段階を有する（ブロック３９０）。ΔＩＬ≧ΔＩＭａｘの場合、負荷は、状態ＰＮで周波数ＦＮで、供給電圧ＶＬ及び対応する負荷電流ＩＬに基づき動作するよう又は動作し続けるよう制御される（ブロック４１０）。次に、制御はブロック３１０へ戻る。
【００５６】
ΔＩＬ＜ΔＩＭａｘの場合、電力管理部は、電力分配回路に負荷へ供給電圧としてＶＬ’を電流としてＩＬ’を出力させる信号を生成する（ブロック４２０）。つまり、負荷が状態ＰＮで動作している間、電力管理部は、状態ＰＮ＋１のより高い動作周波数ＦＮ＋１で、ＰＮ＋１に対応する負荷電流（ＩＬ’）及び供給電圧（ＶＬ’）を出力するよう電力分配回路を制御する。
【００５７】
上述のように、ＶＬ’の値は十分高く設定されるので、負荷により受信される供給電圧は、状態ＰＮ＋１の最小供給電圧（Ｖｍｉｎ  ｓｕｐｐｌｙ  Ｎ＋１）に等しいか又は実質的に対応する。図９に示されるように、影付き領域にある動作点（ＶＬ’，ＩＬ’）及び動作点（Ｙ）は、この点の最小供給電圧及び負荷電流に対応する。つまりＹ＝（Ｖｍｉｎ  ｓｕｐｐｌｙ  Ｎ＋１，Ｉｍａｘ  Ｎ＋１）である。（ＶＬ’，ＩＬ’）がＰＮ＋１電力曲線上で生じる例は、動作点ＸＮ＋１により示される。
【００５８】
ブロック４２０のために信号が生成された後、電力管理部は、負荷をＰＮ状態だが周波数ＦＮ＋１で動作させるために、負荷へ信号を出力してもよい。ＰＮ＋１状態のより高い周波数は、より低い供給電圧で、ＰＮ状態のパラメータを用いて動作する負荷により消費されうるのと同一又は実質的に同一の電力で、負荷を動作させる。上述のように、負荷により受信される供給電圧は、基準電圧及び／又は負荷のトランジスタの適正な動作を保証するために必要な最小電圧に対応しうる。代替の実施形態では、この信号は、ブロック４２０の信号出力の前に、負荷へ出力されてもよい。
【００５９】
図１０は、プロセッサ５００、電源５１０、及び例えばランダム・アクセス・メモリであってもよいメモリ５２０を有するシステムを示す。プロセッサは、論理演算ユニット５０２及び内部キャッシュ５０４を有する。システムは、グラフィカル・インタフェース５３０、チップセット５４０、キャッシュ５５０、ネットワーク・インタフェース５６０、及びネットワーク・インタフェース内に組み込まれてもよい無線通信ユニット５７０を有する。或いは又は更に、通信ユニット５８０はプロセッサに結合されてもよく、メモリ５２０とプロセッサとの間に直接接続が存在してもよい。
本発明の前述の実施形態の何れかによる電力管理システムは、プロセッサ５００への電力を制御する目的で、電源内に含まれる電圧調整器５９０に結合されるか又はそれに含まれてもよい。
【００６０】
プロセッサは、中央演算処理装置、マイクロプロセッサ、又は他の如何なる種類の処理若しくは計算回路であってもよく、残りの機能の全て又は如何なる組み合わせと共にチップ・ダイに含まれてもよく、又は残りの機能のうちの１又は複数は知られている接続及びインタフェースを通じてマイクロプロセッサのダイに電気的に結合されてもよい。また、示された接続は単に説明のためであり、示された要素間の他の接続が、例えばチップ・プラットフォーム、機能、又は用途の要件に従って存在してもよい。
【００６１】
本願明細書において「実施形態」の表現は、実施形態に関連して記載された特定の機能、構造、又は特徴が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。本願明細書におけるこのような記載は、必ずしも全て同一の実施形態を表さない。更に、特定の機能、構造又は特徴が任意の実施形態に関連して記載されるとき、当業者が他の実施形態と組み合わせてこのような機能、構造又は特徴を実施することができる。
【００６２】
更に、理解を容易にするために、特定の機能ブロックは別個のブロックとして描かれるが、これらの別個に描かれたブロックは、必ずしもそれらが本願明細書で議論された又は記載された順序であると考えられるべきではない。例えば、幾つかのブロックは、代替の順序で、同時に、等で実行されうる。
【００６３】
本発明は多数の説明のための実施形態と関連して本願明細書に記載されたが、本発明の精神と範囲に包含される他の多くの変更及び実施形態が当業者により考案されうることが理解される。より詳細には、本発明の精神から逸脱することなく、前述の開示、図面及び添付の特許請求の範囲の範囲内の主要な組み合わせの構成の構成部分及び／又は構成に適度な変形及び変更が可能である。構成部分及び／又は構成の変形及び変更に加え、代替の使用も当業者に明らかである。
【符号の説明】
【００６４】
１０  調整回路
２０  負荷
１１０  電力管理部
１２０  電力分配回路
１３０  負荷
１４０  メモリ
５００  プロセッサ
５０２  ＡＬＵ
５０４  キャッシュ
５１０  電源
５２０  メモリ
５３０  グラフィカル・インタフェース
５４０  チップセット
５５０  キャッシュ
５６０  ネットワーク・インタフェース
５７０  無線通信ユニット
５８０  無線通信ユニット
５９０  電圧調整器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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