[发明专利]一种图形处理器光栅化单元的自适应低功耗时钟门控结构

说明书

一种图形处理器光栅化单元的自适应低功耗时钟门控结构，包含光栅化模块和时钟与功耗控制模块。光栅化模块中包含点图元光栅化模块、直线图元光栅化模块、三角形图元光栅化模块、Early‑Z单元片元输出单元，以及图元顶点命令类型判定单元。时钟与功耗控制模块中包含分别针对点、直线和三角形图元的相关时钟门控电路。光栅化单元可以实时的检测到当前图元顶点命令的类型，并根据图元顶点命令类型对处于空闲状态的图元光栅化模块的工作时钟进行动态门控，从而降低光栅化单元的功耗。

技术领域

本发明涉及计算机硬件技术领域，尤其涉及图形处理器光栅化单元的自适应低功耗时钟门控结构。

背景技术

随着图形化应用的不断增加，早期单靠CPU进行图形绘制的解决方案已经难以满足成绩和技术增长的图形处理需求，图形处理器(Graphic Processing Unit，GPU)应运而生。从1999年Nvidia发布第一款GPU产品至今，GPU技术的发展主要经历了固定功能流水线阶段、分离染色器架构阶段、统一染色器架构阶段，其图形处理能力不断提升，应用领域也从最初的图形绘制逐步扩展到通用计算领域。GPU流水线高速、并行的特征和灵活的可编程能力，为图形处理和通用并行计算提供了良好的运行平台。

目前，我国尚无基于统一染色架构的GPU，各领域显示控制系统中大量采用国外进口的商用GPU芯片。尤其是在军用领域中，国外进口商用GPU芯片存在温度和环境适应性差、无法保证电路本身或配套软件没有“后门”、包含大量军用领域不需要的冗余功能单元，功耗指标无法满足要求、商用GPU芯片更新换代快，随时面临停产、断档，难以满足武器装备持续保障等缺陷，在安全性、可靠性、保障性等方面的存在重大隐患。而且，出于政治、军事、经济等原因，国外对我国实行技术“封锁”和产品“垄断”，难以获得GPU芯片的底层技术资料，如寄存器资料、详细内部微架构、核心软件源码等，导致GPU功能、性能无法充分发挥，且移植性较差；上述问题严重制约了我国显示系统的独立研制和自主发展。

尤其是图形处理器低功耗设计技术，是GPU图形处理体系结构的核心技术，而光栅化单元是GPU的关键核心模块，突破GPU光栅化单元低功耗设计关键技术，研制高性能图形处理器芯片迫在眉睫。

发明内容

本发明公开了一种图形处理器光栅化单元的自适应低功耗时钟门控结构，能够实时的检测到当前图元顶点命令的类型，并根据图元顶点命令类型对处于空闲状态的图元光栅化模块的工作时钟进行动态门控，从而降低光栅化单元的功耗。

本发明的技术解决方案是：

一种图形处理器光栅化单元的自适应低功耗时钟门控结构，包含光栅化模块(1)和时钟与功耗控制模块(2)；

所述光栅化模块(1)中包含点图元光栅化模块(11)、直线图元光栅化模块(12)、三角形图元光栅化模块(13)、Early-Z单元(16)、片元输出单元(15)，以及图元顶点命令类型判定单元(14)、顶层命令解析单元(17)；

顶层命令解析单元(17)接收图元顶点命令进行解析，如果解析的图元顶点命令为点图元光栅化命令，发送给点图元光栅化模块(11)；如果解析的图元顶点命令为直线图元光栅化命令，发送给直线图元光栅化模块(12)；如果解析的图元顶点命令为三角形图元光栅化命令，发送给三角形图元光栅化模块(13)；

点图元光栅化模块(11)执行点图元光栅化命令，完成点图元光栅化功能，片元属性数据发送给Early-Z单元(16)；

直线图元光栅化模块(12)执行直线图元光栅化命令，完成直线图元光栅化功能，片元属性数据发送给Early-Z单元(16)；

三角形图元光栅化模块(13)执行三角形图元光栅化命令，完成三角形图元光栅化功能，片元属性数据发送给Early-Z单元(16)；