JSSC 2006第1期Digital Circuits90nmProcessor/CPU

Power and Temperature Control on a 90-nm Itanium Family Processor

90纳米Itanium处理器通过嵌入式反馈控制系统优化性能与功耗温度平衡

90nm CMOS, 31%功耗降低, 10%频率下降

功耗控制温度管理Itanium处理器动态调节性能优化

▸创新点1：嵌入式反馈控制系统（系统创新） - 该论文提出了一种名为Foxton Technology (FT)的嵌入式反馈控制系统，通过集成微控制器实时监测功率和温度，动态调整电压和频率，实现了在目标功率和温度约束下的性能最大化。该系统仅占用0.5%的芯片面积和0.5%的功耗，显著提升了能效比。

▸创新点2：动态电压频率调节（DVFS）优化（方法创新） - 论文通过同时调节电压和频率（VF），利用电压与频率的立方关系（P∝V³f），实现了显著的功耗降低。实验数据显示，频率仅降低10%时，功耗可减少31%，展现了高效的能耗优化能力。

▸创新点3：高精度片上传感器网络（电路创新） - 该研究在90nm Itanium处理器中集成了高精度的片上传感器，用于实时监测功率和温度（PT），为反馈控制提供了准确的数据支持，确保了系统在复杂工作负载下的稳定性和可靠性。

▸创新点4：低开销硬件实现（系统创新） - Foxton Technology (FT)的设计以极低的硬件开销（0.5%的芯片面积和功耗）实现了高性能的功率和温度控制，为嵌入式反馈控制系统在高端处理器中的应用提供了可行的解决方案。

Abstract

This paper describes the embedded feedback and control system on a 90-nm Itanium family processor, code-named Montecito, that maximizes performance while staying within a target power and temperature ( PT) envelope. This system, referred to as Foxton Technology (FT), utilizes on-chip sensors and an embedded microcontroller to measure PT and modulate both voltage and frequency ( VF) to optimize performance while meeting PT constraints. Changing both VF takes advantage of the cubic relationship of