[发明专利]一种图形处理器统一染色阵列低功耗门控时钟

说明书

本发明涉及计算机硬件技术领域，公开了一种图形处理器统一染色阵列低功耗门控时钟，包括：统一染色阵列模块(1)、时钟与功耗控制模块(2)和染色任务调度单元(3)；所述统一染色阵列模块(1)由至少两个染色器簇构成，负责并行的执行顶点或像素染色程序；所述时钟与功耗控制模块(2)负责产生图形处理器中各个功能模块的工作时钟，以及实现各染色器簇的时钟门控功能；所述染色任务调度单元(3)负责对顶点和像素染色任务进行调度，决定某个顶点或像素染色程序在哪个染色器簇上进行处理。

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统一染色阵列低功耗门控时钟。

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。

尤其是图形处理器统一染色阵列低功耗设计技术，是GPU图形处理体系结构的核心技术，突破GPU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统一染色阵列低功耗门控时钟，能够根据图形绘制场景的行为特征和数据量大小实现对统一染色阵列中不超过染色器簇数量上限的任意数量染色器簇工作时钟的实时动态门控，从而降低统一染色阵列的功耗。

本发明的技术解决方案是：

一种图形处理器统一染色阵列低功耗门控时钟，包括：

统一染色阵列模块(1)、时钟与功耗控制模块(2)和染色任务调度单元(3)；

所述统一染色阵列模块(1)由至少两个染色器簇构成，负责并行的执行顶点或像素染色程序；

所述时钟与功耗控制模块(2)负责产生图形处理器中各个功能模块的工作时钟，以及实现各染色器簇的时钟门控功能；

所述染色任务调度单元(3)负责对顶点和像素染色任务进行调度，决定某个顶点或像素染色程序在哪个染色器簇上进行处理。

时钟与功耗控制模块(2)为统一染色阵列中的至少两个染色器簇提供独立的工作时钟；

时钟与功耗控制模块(2)包含针对统一染色阵列模块(1)中至少两个染色器簇的统一染色阵列时钟门控控制寄存器；统一染色阵列时钟门控控制寄存器至少包含N位，N的大小与统一染色阵列中染色器簇的数量一致；统一染色阵列时钟门控控制寄存器中的每一位与统一染色阵列中的一个染色器簇对应，用来实现对其工作时钟的门控；

时钟与功耗控制模块(2)包含针对统一染色阵列中至少两个染色器簇的独立的时钟门控电路；每一个时钟门控电路与一个染色器簇相对应，在统一染色阵列时钟门控控制寄存器中对应位为1的情况下，将对相应染色器簇的工作时钟关闭，从而实现对相应染色器簇工作时钟的门控；