5. 电源管理
本章介绍后摩设备的电源管理机制，包括电源状态、主机端与后摩设备的电源管理接口、功耗模式、PCIe 链路低功耗状态、不同操作系统下的模式切换行为、DVFS 动态调频以及过温保护机制。
5.1. 概述
后摩M50支持多级电源管理能力，可根据设备工作负载、主机端系统状态和平台电源管理策略，在 Working、IDLE、Sleep、Hibernate 和 Poweroff 等模式之间切换。
在系统集成设计中，需要关注以下内容：
后摩设备电源状态与低功耗状态切换关系。
主机端与后摩设备之间的电源管理和唤醒接口。
PCIe 链路低功耗状态支持情况。
不同操作系统下的功耗模式切换行为。
DVFS 动态调频策略及过温保护机制。
后摩M50电源管理状态切换关系如下图所示。
图 5.1 后摩M50设备电源状态切换示意图
主机端与后摩设备之间用于电源管理和低功耗唤醒的硬件接口关系如下图所示。
图 5.2 主机端与后摩M50设备电源管理接口示意图
5.2. 电源状态
支持以下典型电源状态：
D0/IDLE： 全性能状态。当无任务运行时，设备可进入 IDLE 状态。
D3 Hot： 低功耗状态，LPDDR 保持刷新，设备可根据主机端或唤醒事件恢复。
D3 Cold： 深度低功耗状态，LPDDR 进入低功耗或掉电状态，恢复时通常需要重新初始化相关硬件资源。
电源状态切换通常由主机端系统状态、任务队列状态、驱动策略和软件请求共同决定。
5.3. 电源管理接口
后摩M50支持 Normal、IDLE、Sleep、Hibernate 等 Power 模式。为便于理解，本节分别从工作场景、典型低功耗参考、PCIe 链路状态、后摩M50设备电源状态、主机端连接关系以及功耗模式定义等维度进行说明。
5.3.1. 电源模式与工作场景
电源模式定义如下表所示。该表用于说明不同电源模式与后摩M50或主机端运行状态之间的对应关系。
电源模式 |
工作场景 |
|---|---|
Normal |
后摩M50正在运行 |
IDLE |
后摩M50暂停 |
Sleep |
后摩M50关闭 |
Hibernate |
Modem 待机 |
5.3.2. 典型低功耗模式
IDLE、Sleep 和 Hibernate 为后摩设备的典型低功耗模式。不同低功耗模式下，设备保留的硬件上下文、链路状态和功耗水平不同。
IDLE (M50 pause) |
Sleep (M50 off) |
Hibernate (L3) |
|---|---|---|
0.9W ~ 2W |
50mW ~ 100mW |
约0mW |
备注
表中功耗为典型低功耗参考值。实际功耗会受到主机端平台能力、PCIe 链路状态、驱动策略、任务负载、器件温度和系统电源管理策略影响。
5.3.3. PCIe 链路工作状态
以下状态为 PCIe 链路侧的工作状态和低功耗状态，用于说明主机端与后摩设备之间 PCIe 链路在不同电源管理阶段的状态变化。
L0： PCIe 设备正常工作状态，链路处于激活状态。
L0s： PCIe 设备进入 Standby 状态，属于较浅的低功耗链路状态。
L1： PCIe 设备进入比 L0s 更低功耗的 Standby 状态。L1 状态包含 L1.1 和 L1.2 两个子状态。
实际进入 L1.1 还是 L1.2，取决于主机端平台能力和系统电源管理策略。
L2/L3 Ready： PCIe 设备准备进入 L2/L3 前的预备状态。
L2： 比 L1 功耗更低的深度省电状态。
L3： PCIe 链路处于关闭状态，PCIe 设备的 VCC 电源被移除。
备注
PCIe 链路状态与后摩设备功耗模式相关，但二者不是完全等同关系。后摩M50设备最终进入的功耗模式由主机端平台能力、PCIe 链路状态、驱动策略和设备内部电源管理策略共同决定。
5.3.4. 电源状态
后摩M50设备侧电源状态说明如下：
D0/IDLE： 全性能状态。当无任务运行时，设备进入 IDLE 状态。
D3 Hot： 低功耗状态，LPDDR 保持刷新。
D3 Cold： 深度低功耗状态，LPDDR 进入低功耗或掉电状态。
5.3.5. 主机端与后摩设备连接
主机端与后摩设备之间通过 PCIe、SMBUS 和 GPIO_WAKE_UP 等接口实现数据通信、电源管理和低功耗唤醒。
PCIe Gen 4： 支持 L1、L2/L3 等低功耗链路状态。
SMBUS： 可作为唤醒源。
GPIO_WAKE_UP： 可作为唤醒源。
5.3.6. 功耗模式定义
后摩M50设备功耗模式定义如下表所示。该表用于说明不同模式下的电源管理行为、功耗参考、进入条件、退出条件和典型场景。
功耗模式 |
电源管理行为 |
估计功耗水平 |
进入条件 |
退出条件 |
场景设定 |
|---|---|---|---|---|---|
Working |
Clock gating + DVFS |
5~15W (根据实际任务) |
IPU接到推理任务 |
N/A |
设备执行推理 |
IDLE |
关部分电源 |
1~2W |
rpmsg |
ELBI |
设备空闲，低功耗场景，DDR不掉电 |
Sleep |
关部分电源 |
50~100mW |
rpmsg |
CLKREQ# (L1.2), ELBI (L1) |
设备空闲，超低功耗场景，DDR不掉电 |
Hibernate (L3 w/o power) |
全部掉电 |
~0 |
rpmsg |
PERST# |
设备休眠L3且断电，DDR掉电 |
Poweroff |
全部掉电 |
~0 |
关机 |
N/A |
设备完全掉电 |
备注
表中功耗为参考值，不作为功耗规格承诺。实际功耗会受到任务负载、主机端平台能力、PCIe 链路状态、驱动策略、器件温度和系统电源管理策略影响。
Hibernate (L3 w/o power) 对应 PCIe L3 深度休眠且设备断电的场景。是否能够进入该模式，取决于主机端平台能力、操作系统电源管理策略和驱动策略。
5.4. 不同操作系统下的模式切换
后摩M50设备在不同操作系统下的模式切换行为可能存在差异。设备是否能够进入目标低功耗模式，取决于主机端平台能力、操作系统电源管理策略、PCIe 链路状态和驱动策略。
5.4.1. Windows 下的模式切换
Windows 下，后摩M50设备模式切换行为如下：
主机端调用 IPU 时，后摩M50设备进入 Working 模式。
主机端空闲且超过 2 秒未调用 IPU 时，后摩M50设备进入 Idle 模式。
主机端进入浅睡眠时，后摩M50设备进入 Idle 模式。
主机端进入深睡眠且后摩设备满足休眠条件时，后摩M50设备尝试进入 Hibernate 模式。是否能够进入该模式，取决于主机端平台能力和系统电源管理策略。
主机端关机时，后摩M50设备进入 Poweroff 模式。
5.4.2. Linux 下的模式切换
Linux 下，后摩M50设备模式切换行为如下：
主机端调用 IPU 时，后摩M50设备进入 Working 模式。
主机端空闲且超过 2 秒未调用 IPU 时，后摩M50设备可进入 Sleep 或 Idle 模式。实际进入哪种模式，取决于主机端平台能力和系统电源管理策略。
主机端进入浅睡眠时，后摩M50设备可进入 Sleep 或 Idle 模式。实际进入哪种模式，取决于主机端平台能力和系统电源管理策略。
主机端进入深睡眠且后摩设备满足休眠条件时，后摩M50设备尝试进入 Hibernate 模式。是否能够进入该模式，取决于主机端平台能力和系统电源管理策略。
主机端关机时，后摩M50设备进入 Poweroff 模式。
5.5. DVFS 动态调频
DVFS（Dynamic Voltage and Frequency Scaling，动态电压频率调整）用于根据设备运行状态和负载情况动态调整工作频率，在性能和功耗之间取得平衡。
LQ50 M.2 支持 Performance 和 On-Demand 两种 DVFS 模式。
5.5.1. DVFS 模式
Performance 模式
IPU 工作在 Performance模式。
IPU 时钟为 OPP Table 指定的最大频率。
DDR、CPU 和 NOC 工作在 passive模式，时钟跟随 IPU Node 绑定频率。
On-Demand 模式
IPU 工作在 ondemand模式。
IPU 时钟随 IPU 使用率动态调整。
DDR、CPU 和 NOC 工作在 passive模式，时钟跟随 IPU Node 绑定频率。
整体策略 |
策略说明 |
Kernel策略 |
|---|---|---|
Performance模式 |
IPU 一直工作在最高频率模式 |
Performance模式：默认工作在最高频率。 |
On-Demand模式 |
根据性能要求动态调整IPU 相关频率 |
Ondemand模式：由Kernel根据负载和ondemand策略来动态IPU工作频率。 |
注意
Performance 模式和On-Demand模式不依赖SMI工具会话状态影响，即使关闭SMI会话，设备仍保持运行。SMI工具用于模式查询和设置，实际调频行为由 Kernel策略执行。
5.5.2. DVFS 模式设置
DVFS 模式设置方法，参看 《SMI工具使用指南》。
5.6. 基于 DVFS 的过温保护
LQ50 M.2 和 LQ50 DUO M.2 支持风冷散热设计。系统集成时，应确保后摩设备最大工作结温不超过 105°C。
当器件温度升高到保护阈值时，系统可通过 DVFS 降频降低功耗和温升；当温度继续升高并达到重启阈值时，系统会触发保护动作，避免器件长时间工作在过温状态。
5.6.1. LQ50 M.2 过温保护
LQ50 M.2 具备两级过温保护机制：
当温度超过 90°C 降频阈值时，系统将触发动态降频机制，对IPU、CPU、DDR等模块执行动态降频，以控制温升。
若温度继续升高，达到105°C 重启阈值时，系统将自动重启以避免过热损坏。
注意
过温保护不能替代系统散热设计。客户仍需根据目标业务负载、环境温度、整机结构和风道条件完成热设计和整机热验证。
5.6.2. LQ50 DUO M.2 过温保护
LQ50 DUO M.2包含两颗M50芯片。两片后摩设备的过温保护机制相互独立。
在大多数情况下，LQ50 DUO M.2 上两颗M50芯片的结温接近。但在以下场景中，两颗M50芯片的温度和保护行为可能存在差异：
两颗M50芯片工作在不同主频。
两颗M50芯片执行不同负载。
两颗M50芯片所处位置的散热条件不同。
两颗M50芯片可能发生异步降频或异步重启。
因此，在 LQ50 DUO M.2 系统集成设计中，应分别监测两颗M50芯片的结温，并确保两颗M50芯片均满足热设计要求。