JPH05503181A - Temperature sensing control system and method for integrated circuits - Google Patents

Temperature sensing control system and method for integrated circuits

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JPH05503181A
JPH05503181A JP50321190A JP50321190A JPH05503181A JP H05503181 A JPH05503181 A JP H05503181A JP 50321190 A JP50321190 A JP 50321190A JP 50321190 A JP50321190 A JP 50321190A JP H05503181 A JPH05503181 A JP H05503181A
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オーウェンズ，スティーブン・ジー
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アダプティブ・ソリューションズ・インコーポレーテッド
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 集積回路のための温度感知制御システム及び方法技術分野 本発明は、集積回路への熱損傷を防止するためのコンピュータ・プロセッサ・ア ーキテクチャに関し、特に、集積回路と共に使用する温度感知制御システム及び 方法に関する。[Detailed description of the invention] Temperature Sensing Control Systems and Methods for Integrated Circuits Technical Field The present invention provides a computer processor application for preventing thermal damage to integrated circuits. architecture, particularly temperature-sensing control systems and systems for use with integrated circuits. Regarding the method.

背景技術 集積回路は、非常に小さい空間内に大量の電子回路を提供する。コンピュータチ ップとも呼ばれることがある集積回路では、その大きさとプロセッサ密度が増加 するにつれて、回路の動作中に発生する熱が容易には散逸しな（なる。このこと により、動作温度は上昇し、また、時には、過度の熱に起因するチップ内に含ま れる回路の故障も生じる。たとえ回路が破壊されない場合であっても、任意の電 気的素子の抵抗値も、その素子の温度上昇に伴い一般に増加するので、集積回路 の動作効率は低下する。Background technology Integrated circuits provide large amounts of electronic circuitry in a very small space. computer chip Integrated circuits, sometimes called chips, have increased in size and processor density. This means that the heat generated during circuit operation cannot be easily dissipated. Due to the operating temperature increases, and sometimes due to excessive heat contained within the chip This may also cause circuit failures. Even if the circuit is not destroyed, any Since the resistance of a chemical element also generally increases as the temperature of that element increases, operating efficiency decreases.

はとんどの集積回路にとって、過度の熱の蓄積は深刻な問題ではなく、蓄積され た熱は、該チップを熱を散逸させるヒートシンクに接触させることで運び去られ る。For most integrated circuits, excessive heat build-up is not a serious problem; The heat is carried away by bringing the chip into contact with a heat sink that dissipates the heat. Ru.

パターン分類・認識に用いられるニューラルネットワーク回路等の高度並列集積 回路のように、「急激（ｂｕｒｓｔｙ）Ｊに動作する傾向の集積回路もある。Highly parallel integration of neural network circuits used for pattern classification and recognition Some integrated circuits, such as circuits, tend to operate in a "bursty" manner.

これらの回路は、ある一定時間動作しない状態に維持され、今度は、次のある一 定時間、その能力の最大限ないしは最大限に近い状態で動作する。回路が最大限 ないしは最大限近くで動作している間は、回路に最大の電力が供給されるにつれ て当該チップの温度は上昇する。限定された電力環境で動作されるいかなる集積 回路であっても、該回路に潜在的に損傷を与えつる温度上昇による損害を被る可 能性がある。These circuits are kept inactive for a certain period of time and then It operates at or near its maximum capacity for a fixed period of time. circuit maximum While operating at or near maximum, as maximum power is delivered to the circuit. As a result, the temperature of the chip increases. Any integration that operates in a limited power environment Even circuits can be damaged by elevated temperatures that can potentially damage the circuit. There is a potential.

最大の電力が常に供給されてはいない時に最大の電力を消費する集積回路を設計 するのは実際的ではないので、最大電力での動作中に集積回路の最大動作温度を 超える温度になることで集積回路が損傷又は破壊されることが考えられる。仮に 、たとえば、集積回路の最大消費電力が５ワツトであり、名目上の動作電力がほ ぼ２ワツトであるとすれば、集積回路は２ワツトで動作している場合に発生する 熱を容易に散逸するように設計され得る。集積回路の熱慣性のために、熱蓄積（ ｈｅａｔ　ｂｕｉｌｄ−ｕｐ）と熱散逸は、中間（ｍｅｄｉａｎ）ないし高電力 消費期間に遅れることになる。換言すれば、高電力動作中に発生する熱は、集積 回路が中間電力未満で動作している間に散逸することになる。Designing integrated circuits that consume the most power when maximum power is not always available It is impractical to increase the maximum operating temperature of the integrated circuit during operation at maximum power. Exceeding temperatures may damage or destroy the integrated circuit. what if , for example, the maximum power consumption of an integrated circuit is 5 watts, and the nominal operating power is If it is approximately 2 watts, this will occur when the integrated circuit is operating at 2 watts. Can be designed to easily dissipate heat. Due to the thermal inertia of integrated circuits, heat accumulation ( heat build-up) and heat dissipation at median to high power The consumption period will be delayed. In other words, the heat generated during high power operation is It will be dissipated while the circuit is operating below intermediate power.

発明の開示 発明の目的は、温度認識介入機構及びそれを利用する方法を提供することにより 、集積回路の動作温度を感知して集積回路への温度による損傷に対する保護を与 えることである。Disclosure of invention The object of the invention is to provide a temperature recognition intervention mechanism and a method of utilizing the same. , which senses the operating temperature of the integrated circuit to provide protection against temperature-induced damage to the integrated circuit. It's about getting better.

本発明のもう１つの目的として、集積回路の温度の変化率を検知して、温度損傷 を防止するように集積回路の動作速度を調整する機構及び方法を提供することで ある。Another object of the present invention is to detect the rate of change in temperature of an integrated circuit to detect thermal damage. By providing a mechanism and method for adjusting the operating speed of an integrated circuit to prevent be.

本発明の更にもう１つの目的は、チップを「休止」状態におき、蓄積された熱本 発明の温度制御システムは、集積回路とそのための７−ケンスコントローラとを 含み、該シーケンスコントローラは、該集積回路に命令及び／又はデータを提供 し、該集積回路は該データ上の命令にしたがって動作する。該シーケンスコント ローラを介して、該集積回路で生じる異なった熱条件に関係して集積回路の動作 速Ｉに介入し、集積回路の温度による損傷に対する保護を与える温度認識介入機 構が提供される。Yet another object of the present invention is to place the chip in a "dormant" state and remove any accumulated thermal power. The temperature control system of the invention includes an integrated circuit and a 7-can controller therefor. and the sequence controller provides instructions and/or data to the integrated circuit. However, the integrated circuit operates according to instructions on the data. The sequence control The operation of the integrated circuit in relation to the different thermal conditions occurring in the integrated circuit through the rollers Temperature-aware intervention device that intervenes in the speed I and provides protection against temperature-induced damage to integrated circuits. structure is provided.

本発明の方法は、温度に関する集積回路のパラメータを検知すること、該集積回 路の温度変化率を決定すること、該変化率によって、該集積回路の温度が第１の 予め定められた温度を超える場合には、／ステム・サイクルに関係して予め定め られた周波数で該集積回路にノーオブ（ｎ　ｏ　ｏ　ｐ）命令を与えて該集積回 路を冷却させ、定常状態温度で動作させることを含む。温度の変化率が、該集積 回路の温度が第２の予め定められた温度値を超える温度に達したことを示す場合 には、追加的なノーオブ命令が与えられるか、又は、該集積回路は遮断される。The method of the invention includes sensing a parameter of an integrated circuit related to temperature. determining a rate of change of temperature of the circuit, the rate of change causing the temperature of the integrated circuit to reach a first temperature; If the predetermined temperature is exceeded, the predetermined the integrated circuit by giving a no-op instruction to the integrated circuit at a given frequency. cooling the path and operating at steady state temperature. The rate of change of temperature is if it indicates that the temperature of the circuit has reached a temperature exceeding a second predetermined temperature value; is given an additional no-obstruction instruction or the integrated circuit is shut down.

本発明の修正された方法により、集積回路の動作周波数はが調整される。With the modified method of the present invention, the operating frequency of an integrated circuit is adjusted.

図面の簡単な説明 図１は、本発明の温度感知制御システムのブロック図である。Brief description of the drawing FIG. 1 is a block diagram of the temperature sensing control system of the present invention.

図２は、本発明の集積回路の時間に対する電力消費と温度のグラフである。FIG. 2 is a graph of power consumption versus temperature for an integrated circuit of the present invention.

図３は、本発明にしたがって構成された集積回路装置の側面図である。FIG. 3 is a side view of an integrated circuit device constructed in accordance with the present invention.

図４は、本発明にしたがって構成された集積回路装置の側面図であり、温度セン サが該集積回路に一体的に形成されている。FIG. 4 is a side view of an integrated circuit device constructed according to the present invention, with a temperature sensor. A sensor is integrally formed with the integrated circuit.

図５は、図４の一体的に形成された温度センサの回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram of the integrally formed temperature sensor of FIG. 4.

図６は、本発明の方法を表すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram representing the method of the present invention.

発明を実施するための最良の形態 図１は、本発明にしたがって構成された温度感知制御システム１０を全体的に示 している。このシステムは、サーモスタットのように機能し、集積回路又は集積 回路の配列に対して定常状態動作温度を達成する。システム１０は、半導体チッ プ１６．１８の配列列１４に命令及び／またデータを与えるように動作可能なノ ーケンスコントローラ１２を含む。チップ１６及び１８は、ここでは集合的に集 積回路又はチップとして言及されるが、単一命令ストリーム−多重データストリ ーム（Ｓ　ＴＭＤ）タイプのもので、ＣＭＯ３構成である。この種のチップは、 最大電力５ワツトで動作するように一般的に設計されている。特定の電力値がこ こで議論されているが、こうした値は単に例示の目的で含まれていることを理解 すべきである。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION FIG. 1 generally illustrates a temperature sensing control system 10 constructed in accordance with the present invention. are doing. This system works like a thermostat and uses integrated circuits or Achieving steady state operating temperature for the circuit arrangement. System 10 is a semiconductor chip. node operable to provide instructions and/or data to array column 14 of step 16.18; control controller 12. Chips 16 and 18 are collectively assembled here. Single instruction stream - multiple data streams It is a system (STMD) type and has a CMO3 configuration. This kind of chip is It is generally designed to operate at a maximum power of 5 watts. If a specific power value However, it is understood that these values are included for illustrative purposes only. Should.

いかなるＣＭＯＳチップにおいても、増幅器のような一部の回路が特定のシステ ムサイクルのために負荷をかけられているのでなければ、電力は全（消費されず 、熱も全く発生しない。そのユニットは、静止状態にある。電力が消費され熱が 発生するのは遷移又は動作期間においてである。ＳＩＭＤチップの場合では、チ ップのすべての要素が同時に活性（ａｃｔｉｖｅ）になって短時間動作し、全シ ステム電力を受け取り、多量の熱を発生させる。各チップで発生する熱は温度セ ンサないし温度センサ手段２０．２２で検知される。In any CMOS chip, some circuits, such as amplifiers, are Unless it is under load for a system cycle, the power is , no heat is generated. The unit is in a stationary state. Power is consumed and heat is generated It is during a transition or operation period that it occurs. In the case of SIMD chips, the chip All elements of the chip become active and operate for a short time, and the whole system It receives stem power and generates a large amount of heat. The heat generated by each chip is temperature sensor means 20.22.

温度センサ２０及び２２は集積回路と一体的に形成され得る。その場合には、直 接に熱的に該集積回路に接続されるか、又は、チップの取付はハードウェアに設 けられることにより間接的に熱的に該集積回路に接続されることになる。このセ ンサは、コネクション２４を通って温度制御機構２６へ伝送される温度相関信号 （ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｒｅｌｅｖａｎｔ　ｓｉｇｎａｌ）を発生させる。Temperature sensors 20 and 22 may be integrally formed with an integrated circuit. In that case, directly directly or thermally connected to the integrated circuit, or the chip attachment is configured in hardware. It is indirectly thermally connected to the integrated circuit by being turned off. This center The sensor transmits a temperature correlation signal through connection 24 to temperature control mechanism 26. (temperature relevant signal).

好適実施例では、センサ２０及び２２がアナログ信号を発生させる。該信号はＡ −Ｄ変換器によ、てデジタル温度相関信号に変換され、それがコネクション３０ 上を伝送される。In the preferred embodiment, sensors 20 and 22 generate analog signals. The signal is A -D converter converts it into a digital temperature correlation signal, which is connected to connection 30. transmitted above.

マイクロプロセッサ・コントローラ３２は、このデジタル温度相関信号を解析し 、温度変化率を示す温度信号に変換する。温度制御機構２６は、これに接続され た集積回路の温度変化率を監視する比例積分偏差（Ｐ　Ｉ　Ｄ）制御部を含む。Microprocessor controller 32 analyzes this digital temperature correlation signal. , converted into a temperature signal indicating the rate of temperature change. The temperature control mechanism 26 is connected to this The integrated circuit includes a proportional integral deviation (PID) controller that monitors the rate of temperature change of the integrated circuit.

ＰＩＤは、温度差すなわちＴが基準よりもどのくらい高いのか、に比例するフィ ードバックを与える。この決定のためには、線形の制御項が用いられる。実際に 差が存在する場合には、その差を積分する。差の変動率は、導関数をめることに より決められる。適切なＰＩＤ制御部は、インテル８０２２又は８０４１回路で あり、これらはＰＩＤアルゴリズム・ライブラリを含み、集積回路１６及び１８ を有する回路ボード上に容易に取り付けられ得る。PID is a field that is proportional to the temperature difference, that is, how much higher T is than the standard. give feedback. A linear control term is used for this determination. actually If a difference exists, integrate the difference. The rate of change of the difference is calculated by adding the derivative more determined. A suitable PID controller is an Intel 8022 or 8041 circuit. Yes, these include PID algorithm libraries and are integrated circuits 16 and 18. can be easily mounted on a circuit board with

ＰＩＤ制御部により、温度相関信号から集積回路温度の変化率が決定され、そこ から温度信号が決定される。温度相関信号解析の手法が好適であるのは、温度セ ンサがチップと一体的に形成されているか、間接的に熱的に接続しているかに関 係なく、集積回路全体と温度センサの間に存在する熱慣性のためである。The PID control unit determines the rate of change in the integrated circuit temperature from the temperature correlation signal, and A temperature signal is determined from Temperature-correlated signal analysis is suitable for temperature sensors. whether the sensor is integrally formed with the chip or indirectly thermally connected. Regardless, this is due to the thermal inertia that exists between the entire integrated circuit and the temperature sensor.

温度の変化率を表す温度信号は、制御部３２からコネクション３４を通って、保 持制御部又は保持手段３８に伝送される。保持制御部３６は、独立の素子であっ ても、シーケンスコントローラ１２の中に組み入れられていてもよい。いずれの 構成でも、保持制御部３６は、シーケンスコントローラと関連付けられており、 該保持制御部に到達する温度信号が第１の予め定められた値を超える場合には、 第１の予め定められた量だけ集積回路の動作を遅らせるように動作可能であり、 また、温度信号が第１の値より高くしかし配列１４の集積回路に修復不可能な損 傷を発生させる温度値よりは低い第２の値を超える場合には、またその場合に限 って、第２の予め定められた量だけ集積回路の動作を遅らせ、又は集積回路の動 作を停止させるように動作可能である。A temperature signal representing the rate of change in temperature is passed from the control unit 32 through the connection 34 to the storage It is transmitted to the holding control section or holding means 38. The holding control section 36 is an independent element. It may also be incorporated into the sequence controller 12. either Also in the configuration, the holding control unit 36 is associated with the sequence controller, If the temperature signal reaching the holding control exceeds a first predetermined value, operable to delay operation of the integrated circuit by a first predetermined amount; Also, the temperature signal is higher than the first value but causes irreparable damage to the integrated circuit of array 14. If, and only if, a second value lower than the temperature value that causes scratches is exceeded; delaying or slowing operation of the integrated circuit by a second predetermined amount. is operable to stop the operation.

ここで用いられているように、温度センサと、集積回路及びシーケンスコントロ ーラ以外の素子は、温度認識介入手段として言及される。この温度認識介入手段 は、動作可能に集積回路に関連付けられており、また、集積回路で生起する異な る温度条件に応じて、シーケンスコントローラを介して、集積回路の動作率に介 入するように構成されることにより、集積回路への温度に起因する損傷を防止す る。As used here, temperature sensors and integrated circuits and sequence controllers Elements other than the controller are referred to as temperature-aware intervention means. This temperature-aware intervention means is operatively associated with an integrated circuit and also The operating rate of the integrated circuit is controlled via the sequence controller depending on the temperature conditions. temperature-induced damage to the integrated circuit. Ru.

ここでは、温度制御機構は、温度センサが予め定められた関係に基づいて発生す る温度信号を検査するために温度センサに関連した手段としても言及される。Here, the temperature control mechanism is such that the temperature sensor generates temperature based on a predetermined relationship. It is also referred to as a means associated with a temperature sensor for examining a temperature signal.

この予め定められた関係は、温度信号がそれぞれの時点において第１及び第２の 予め定められた値を超えると、保持手段が集積回路の動作を遅らせるか又は停止 させることを要求する。This predetermined relationship means that the temperature signal is When a predetermined value is exceeded, the holding means slows down or stops the operation of the integrated circuit. request to do so.

集積回路が境界条件で動作している場合には、十分な冷却が可能であり、チップ 動作の結果として熱が発生すると、チップは熱を放散させることが可能である。If the integrated circuit is operating at boundary conditions, sufficient cooling is available and the chip When heat is generated as a result of operation, the chip is capable of dissipating the heat.

ノーオプサイクルが不要である場合には、集積回路は安定な状態で動作する。If no op cycles are required, the integrated circuit operates in a stable state.

保持制御部及びシーケンスコントローラが第１の予め定められた温度値を超える 温度信号を受けた際には、シーケンスコントローラは、集積回路が機能を停止す る「休止」モードに集積回路を本質的に置く一連のノーオプ命令をコネクション ３８を介して伝送する。本発明のこの特定の形態はシステム全体のサイクルクロ ックに影響しない。集積回路が、許容できる動作温度に達すると予測されること を示す温度信号を受ける時まで、又は、予め定められた数のシステムサイクルが 経過するまで、シーケンスコントローラは集積回路に単に「何もするな」　（ノ ーオプ）の命令を送る。The holding controller and the sequence controller exceed a first predetermined temperature value. When a temperature signal is received, the sequence controller will cause the integrated circuit to stop functioning. Connecting a series of no-op instructions that essentially puts the integrated circuit in a "dormant" mode 38. This particular form of the invention provides a cycle clock for the entire system. does not affect the lock. The integrated circuit is expected to reach an acceptable operating temperature. or a predetermined number of system cycles until a temperature signal indicating The sequence controller simply tells the integrated circuit to do nothing until the -op) command.

典型的には、１つのノーオプ命令、指令又は信号は、４０ナノ秒の継続時間を有 する。動作温度が上昇し始めるにつれて、ノーオプ指令が、１マイクロ秒毎に１ つの率で生成される。これは、１：２０あるいは１ノーオプ１５００サイクルの 量である。ＰＩＤ制御部が集積回路の動作中の温度振動が最小となる定常状態動 作温度を達成しようとするに際に、ノーオブ指令の率は変動することを理解すべ きである。Typically, one no-op command, command or signal has a duration of 40 nanoseconds. do. As the operating temperature begins to rise, the no-op command increases by 1 microsecond every microsecond. generated at one rate. This is 1:20 or 1 no-op 1500 cycles. It's the amount. The PID controller provides steady-state operation that minimizes temperature fluctuations during operation of the integrated circuit. It is important to understand that the no-objective rate will vary when attempting to achieve operating temperatures. It is possible.

集積回路において急峻な温度上昇が検知され、該集積回路の温度がその安全動作 温度の最高値を超えるところにまで達することを温度変化率が示している場合に は、シーケンスコントローラ１２は、配列の修復不可能な損傷を避けるために、 該集積回路を含むシステムを遮断するか又は該集積回路を冷却するための多数の ノーオブ指令を伝送する。該システムは、いったん適切な温度が達成されれば、 外部的に生成された指令によって再始動される。このような状況は通常の動作条 件において生起されるとは予想できないが、しかし、システムのプログラミング に集積回路を連続的な最大電力動作に！り「バグ」が含まれているような場合に は、動作温度が安全最大限度を超えることも考えられる。A sudden rise in temperature is detected in an integrated circuit, and the temperature of the integrated circuit is determined to prevent its safe operation. when the rate of change of temperature indicates that the temperature will reach a point where the maximum value is exceeded. In order to avoid irreparable damage to the sequence, the sequence controller 12 multiple circuits for shutting down or cooling the system containing the integrated circuit; Transmit a no-objective directive. The system, once the appropriate temperature is achieved, Restarted by an externally generated command. This situation is normal operating conditions. Although this is not expected to occur in some cases, the programming of the system Integrated circuits for continuous maximum power operation! ``bugs'' are included. may cause operating temperatures to exceed the maximum safe limits.

図２には、時間に対する配列１４の集積回路の電力消費を表すグラフが示されて いる。前述のように、１６や１８のような集積回路は、シーケンスコントローラ の指令の下で「急激」と考えられる態様で動作する。すなわち、集積回路は一定 時間全く動作しない、又は最小限の動作しかせず、次の一定時間には、その能力 の最大限又はそれに近い動作をする。この動作は線４０で示されている。本発明 の集積回路の最大電力消費が５ワツトであり、線４２で示されているように集積 回路は公称２ワツトの電力消費を想定して構成されていると仮定すると、該集積 回路は、時間の経過と共にその設計レベルの上下で動作する傾向があることが理 解される。熱慣性のために、集積回路の各時点での温度は、４４で示されるよう に、電力消費から遅延する。通常の動作状態の下では、２ワツトの線４２を超え る線４０の領域は谷を埋め、該集積回路の温度を「平均化する」と考えられる。FIG. 2 shows a graph representing the power consumption of an integrated circuit of array 14 over time. There is. As previously mentioned, integrated circuits such as 16 and 18 can be used as sequence controllers. operate in a manner that is considered "abrupt" under the directives of That is, integrated circuits are No operation at all or minimal operation for a period of time, and then the next period of time Operate at or close to the maximum level. This operation is illustrated by line 40. present invention The maximum power dissipation of an integrated circuit is 5 watts, as shown by line 42. Assuming that the circuit is constructed for a nominal power dissipation of 2 watts, the integrated It makes sense that circuits tend to operate above and below their design level over time. be understood. Due to thermal inertia, the temperature at each point in time of the integrated circuit is as shown at 44. , there is a delay from power consumption. Under normal operating conditions, above the 2 watt line 42 It is believed that the area of line 40 fills the valley and "averages" the temperature of the integrated circuit.

線４０及び４４で示される動作が、第１の予め定められた値であって好適実施例 では約９０°Ｃと１００°Ｃの間にあるＴ１のレベルや、第２の予め定められた 値であって好適実施例では１５０°Ｃを超えるＴ２のレベルまで温度を上昇させ ることはない点に注意すべきである。The operation shown by lines 40 and 44 is the first predetermined value and is the preferred embodiment. Then, the level of T1 between about 90°C and 100°C and the second predetermined The temperature is increased to the level of T2, which in a preferred embodiment exceeds 150°C. It should be noted that this will never happen.

破線４６で示されるような特定のデユーティ・サイクルの動作が継続した場合に は、温度は、破線による温度線４４且で表されるように、点４８においてＴ１を 超える。弗チップにＴ１を超えさせる△Ｔを示す温度信号を受信すると、シーケ ンスコントローラ１２は、当該集積回路にノーオブ信号を送り始め、それにより 電力消費を減少させ、そして、点５０で示されるＪうに、温度がＴ１未満に下降 した後で、又は、予め定められた数のシステムサイクルが生起した後で、シーケ ンスコントローラは集積回路に通常の指示を送り始める。If operation continues for a particular duty cycle as indicated by dashed line 46. The temperature exceeds T1 at point 48, as represented by the dashed temperature line 44. exceed. Upon receiving a temperature signal indicating △T that causes the cross-chip to exceed T1, the sequencer ance controller 12 begins sending a no-object signal to the integrated circuit, thereby causing The power consumption is reduced and the temperature drops below T1 as indicated by point 50. or after a predetermined number of system cycles have occurred. The performance controller begins sending normal instructions to the integrated circuit.

配列１４の集積回路の動作を説明する他の方法は、集積回路が当初は動作休止状 態にあるということである。次いで、シーケンスコントローラ１２から多量のデ ータを受け取って動作し、また動作を休止する。ハードウェアの冷却には費用が かかり、多くのスペースを必要とし、また、配列１４の集積回路は非常に高価で あるから、熱損傷、特に集積回路自体の発生する種類の熱損傷から回路を保護す ることが望まれる。保持制御部３６もまた集積回路配列のためのシステムクロッ クを遅延させるように構成され得る。Another way to describe the operation of the integrated circuit of array 14 is that the integrated circuit is initially in a dormant state. This means that it is in a state of Next, a large amount of data is sent from the sequence controller 12. It receives data, operates, and then stops operating. Hardware cooling is expensive Array 14 integrated circuits are very expensive. Because of the It is hoped that Retention control 36 also controls the system clock for integrated circuit arrays. may be configured to delay the delay.

図３においては、集積回路及び温度センサの取り付は配置が示されている。該取 り付けは、回路ボード５２及び回路ホルダ５４であり、これらに挟まれた集積回 路１６のような集積回路も含まれている。ヒートシンク５６は回路ホルダ５４に 設けられ、熱を散逸させるためのフィン５８を含んでいる。温度センサ６０がヒ ートシンク５６に取り付けられ、温度制御機構に温度相関信号を提供する。この 配置に適切な温度センサは、ＮＳＣ社によってＬＭ３５の名称で製作されている 。In FIG. 3, the mounting arrangement of the integrated circuit and temperature sensor is shown. That amount The circuit board 52 and the circuit holder 54 are attached, and the integrated circuit sandwiched between them is Also included are integrated circuits such as line 16. The heat sink 56 is attached to the circuit holder 54. fins 58 are provided and include fins 58 for dissipating heat. The temperature sensor 60 is is attached to the heat sink 56 and provides a temperature correlated signal to the temperature control mechanism. this A suitable temperature sensor for the arrangement is manufactured by the company NSC under the designation LM35. .

図４には、集積回路１６に温度センサ６２が一体的に形成されている配！が示さ れている。図５には、回路の電圧源６６に接続された温度感知形誘導機構６４を 含むものとして、センサ６２が示されている。センサ６２は、誘導機構６４と接 地７０との間にダイオード６８を含む。増幅器７２は、センサ６２から発生され た温度相関信号を増幅するために設けられる。音声認識のような低いデユーティ ・サイクル動作に対しては、集積回路を望ましい動作温度に保つのにヒートシン クは必要ではない。FIG. 4 shows an arrangement in which a temperature sensor 62 is integrally formed with an integrated circuit 16! is shown It is. FIG. 5 shows a temperature sensitive induction mechanism 64 connected to a voltage source 66 of the circuit. A sensor 62 is shown as included. The sensor 62 is in contact with the guidance mechanism 64. A diode 68 is included between the ground 70 and the ground 70 . Amplifier 72 generates a signal from sensor 62. is provided to amplify the temperature-correlated signal. Low duty like voice recognition - For cycling, a heat sink is used to maintain the integrated circuit at the desired operating temperature. is not necessary.

図６では、本発明の方法を実施するステップが示されている。ブロック７４で、 センサが、温度制御機構２６に、温度相関信号を伝送する。ブロック７６で、温 度制御機構２６、特にＰＩＤ制御部は、連続的な温度相関信号から６丁を決定す る。△Ｔの値は保持制御部３６に伝送される。In FIG. 6 the steps for carrying out the method of the invention are shown. At block 74, A sensor transmits a temperature correlated signal to temperature control mechanism 26 . Block 76 The temperature control mechanism 26, especially the PID control section, determines the six temperatures from continuous temperature correlation signals. Ru. The value of ΔT is transmitted to the holding control section 36.

保持制御部３６は、ブロック７８で、Ｔ１を超える集積回路の温度を△Ｔが示し ているかどうかを決定する。示していない場合には、ブロック８０で、システム の動作は継続する。△Ｔが、集積回路の温度がＴ、より高いことを示している場 合には、シーケンスコントローラ１２は、ブロック８２で、所定の数Ｎのシステ ムサイクルの間に一連のノーオプ信号を送る。Ｎサイクルは、集積回路をＴ１よ り低い温度まで冷却するのに十分でなければならない。At block 78, the holding controller 36 determines that ΔT indicates a temperature of the integrated circuit that exceeds T1. determine whether If not, at block 80, the system operation continues. If △T indicates that the temperature of the integrated circuit is higher than T, then If so, the sequence controller 12 at block 82 sets a predetermined number N sends a series of no-op signals during the program cycle. N cycles bring the integrated circuit to T1. must be sufficient to cool down to low temperatures.

保持制御部３６が、ブロック８４で、集積回路１４の温度をＴ２を超えて上昇さ せる△Ｔを検知した場合には、システムはブロック８６で遮断される。△ＴがＴ 、及び１２未満の温度を示している場合には、ブロック８８で、システムは通常 に継続する。Hold control 36 increases the temperature of integrated circuit 14 above T2 at block 84. If ΔT is detected, the system shuts down at block 86. △T is T , and a temperature of less than 12, at block 88 the system normally Continue to.

Ｔ、とＴ２の間のＴを与える△Ｔに対しては、ノーオブ指令の頻度が増加して、 定常状態温度を達成する。システム１０は、Ｔ２より低い温度では線形システム のように動作し、Ｔ２より高い場合には非線形システムとして機能する。For ΔT giving T between T and T2, the frequency of no-objects increases, Achieve steady state temperature. System 10 is a linear system at temperatures below T2. When T2 is higher than T2, it functions as a nonlinear system.

集積回路１４にノーオプ信号を送ることの効果は、休止クロックサイクルを挿入 し、それにより全体的なシステム計算を「遅＜」シて、発生した熱が集積回路か ら散逸するための時間をより多く与え、熱慣性を利用してチップの温度を許容レ ベルへ「平準化」することにある。はとんどの場合、温度制御に起因する速度の 低下は、システムオペレータにはおそらく気付かれずに進行する。集積回路１４ を長い時間にわたって最大電力で動作させるエンドレスループが存在する場合に 、唯一の意味ある事象が生じる。The effect of sending a no-op signal to integrated circuit 14 is to insert a pause clock cycle. This "slows down" the overall system calculations and causes the heat generated to be lost to the integrated circuits. Thermal inertia is used to bring the chip temperature to an acceptable level. The purpose is to "level" the bell. is mostly due to temperature control. The degradation will likely proceed unnoticed by the system operator. integrated circuit 14 when there is an endless loop that forces the to operate at maximum power for a long time. , the only meaningful event occurs.

シーケンスコントローラ１２から伝送されるノーオブ信号は、配列１４の集積回 路がＣＭＯ５設計では通常であるような静的記憶要素を含む場合に適切である。The no-object signal transmitted from the sequence controller 12 is transmitted to the integrated circuit of the array 14. This is appropriate when the path contains static storage elements, as is usual in CMO5 designs.

情報がコンデンサの様のデバイスに置かれるような動的記憶の場合には、「情報 」は散逸する傾向があり、周期的に更新されなければならない。「更新」指令は 、このようなシステムが次の動作期間を待っている間に周期的に発せられなけれ ばならない。動的記憶に対する更新指令は静的記憶に対するノーオブ指令に相当 し、配列１４のチップがダイナミックメモリを含んでいる場合に用いられ得る。In the case of dynamic storage, where information is placed on devices such as capacitors, the ' tends to dissipate and must be updated periodically. The “update” command is , must be emitted periodically while such a system is waiting for the next operating period. Must be. Update commands for dynamic memory are equivalent to no-of commands for static memory. However, it may be used if the chips in array 14 include dynamic memory.

集積回路又は集積回路配列に制御システム１０を設けるもう１つの利点は、集積 回路又は配列が、その寿命を延ばす一定の温度で動作する点である。Another advantage of providing control system 10 on an integrated circuit or array of integrated circuits is that The point is that the circuit or array operates at a constant temperature, which extends its lifetime.

配列１４は任意の数の集積回路を含み得、更に、「配列」は、単一の集積回路か ら成る場合もあることを理解すべきである。各集積回路に関連する温度センサは 共通のコネクション２４に信号を送る。マイクロプロセッサ・コントローラ３２ は個々の集積回路からの信号を分類するシーケンシング情報を含み得る。シーケ ンスコントローラ１２は配列１４内の集積回路すべてに対し単一の命令を伝送す るため、任意の集積回路の許容できない温度上昇は、不可避的に、配列の全ての 集積回路においてノーオブ信号を受け取ることになる。Array 14 may include any number of integrated circuits; further, an "array" may be a single integrated circuit or It should be understood that it may consist of The temperature sensor associated with each integrated circuit is Send a signal to the common connection 24. Microprocessor controller 32 may include sequencing information that categorizes signals from individual integrated circuits. Seake The performance controller 12 transmits a single instruction to all integrated circuits in the array 14. Therefore, an unacceptable temperature rise in any integrated circuit will inevitably result in A no-object signal will be received in the integrated circuit.

産業上の利用 温度感知制御システムは、ＣＭＯ３集積回路での利用、特に、チップに含まれる 回路に生じる動作量にその温度が依存するＣＭＯ３ＳＩＭＤ／ニューラルネット ワーク集積回路での利用、又は、限定された電力環境で動作する任意の集積回路 での利用に好適である。industrial use Temperature sensing control systems are utilized in CMO3 integrated circuits, especially those included in chips. CMO3 SIMD/neural net whose temperature depends on the amount of operation occurring in the circuit Use in workpiece integrated circuits or any integrated circuit that operates in a limited power environment Suitable for use in

ＦＩＣ−７ 国際調査報告FIC-7 international search report

Claims (25)

【特許請求の範囲】[Claims] １．集積回路上で使用する温度感知制御システムであって、シーケンスコントロ ーラ（１２）と動作的に接続され、前記シーケンスコントローラ（１２）から命 令及び／又はデータが提供され、前記データ上の前記命令に従って動作する集積 回路（１４）と、前記集積回路（１４）に熱的に接続された温度センサ手段（２ ０）、及び、温度信号を作るために前記温度センサに関連付けられた手段と、前 記シーケンスコントローラ（１２）に関連付けられた保持手段（３６）であって 、前記温度信号が第１の予め定められた値に対し予め定められた関係を有する場 合には、予め定められた量だけ前記集積回路（１４）の動作を遅らせ、前記温度 信号が前記第１の予め定められた値より高い第２の値に対し予め定められた関係 を有する場合には、より大きな予め定められた量だけ前記集積回路（１４）の動 作を遅らせる保持手段と、 を具備する温度感知制御システム。1. A temperature-sensing control system for use on an integrated circuit that is a sequence controller. controller (12) and receives commands from said sequence controller (12). an integrator that is provided with instructions and/or data and operates in accordance with said instructions on said data; a circuit (14) and temperature sensor means (2) thermally connected to said integrated circuit (14); 0) and means associated with said temperature sensor for producing a temperature signal; holding means (36) associated with the sequence controller (12); , if the temperature signal has a predetermined relationship to a first predetermined value; In this case, the operation of the integrated circuit (14) is delayed by a predetermined amount to a predetermined relationship for a second value in which the signal is higher than said first predetermined value; , the operation of the integrated circuit (14) is increased by a greater predetermined amount. retention means for delaying the production; Temperature sensing control system. ２．請求項１記載の温度感知制御システムであって、前記より大きな予め定めら れた量は、前記集積回路（１４）の動作を停止させるのに十分である温度感知制 御システム。2. 2. The temperature sensing control system of claim 1, wherein the larger predetermined temperature The amount of temperature sensitive control is sufficient to stop operation of said integrated circuit (14). control system. ３．請求項１記載の温度感知制御システムであって、前記関連付けられた手段は 、前記予め定められた関係に対して前記温度信号を検査するための温度制御機構 を含む温度感知制御システム。3. 2. The temperature sensing control system of claim 1, wherein the associated means comprises: , a temperature control mechanism for testing the temperature signal against the predetermined relationship; Temperature sensing control system including. ４．請求項３記載の温度感知制御システムであって、前記予め定められた関係は 、前記温度信号が各時点において前記第１及び第２の予め定められた値を超える ことを要求する温度感知制御システム。4. 4. The temperature sensing control system of claim 3, wherein the predetermined relationship is , the temperature signal exceeds the first and second predetermined values at each time point. Temperature sensing control system that requires. ５．集積回路上で使用する温度感知制御システムであって、単一のシーケンスコ ントローラ（１２）と動作的に接続され、前記シーケンスコントローラ（１２） から命令及び／又はデータが提供され、前記データ上の前記指示に従って動作す る集積回路（１４）の配列と、集積回路（１４）に熱的に接続され、温度相関信 号を発生する温度センサ手段（２０）と、 前記温度相関信号を温度信号に変換するための温度制御機構（２６）と、前記シ ーケンスコントローラ（１２）に関連付けられた保持手段（３６）であって、前 記温度信号が第１の予め定められた値を超える場合には、前記集積回路（１４） の動作を遅らせ、前記温度信号が前記第１の予め定められた値より高い第２の値 よりも高い場合には、その場合に限り、前記集積回路（１４）の動作を更に遅ら せる保持手段と、 を具備する温度感知制御システム。5. A temperature-sensing control system for use on an integrated circuit that uses a single sequence code. the sequence controller (12); instructions and/or data are provided from the computer and the computer operates according to the instructions on the data an array of integrated circuits (14) thermally connected to the integrated circuits (14) and a temperature-correlated signal; temperature sensor means (20) for generating a signal; a temperature control mechanism (26) for converting the temperature correlation signal into a temperature signal; retaining means (36) associated with the control controller (12), the retaining means (36) If the temperature signal exceeds a first predetermined value, the integrated circuit (14) a second value at which the temperature signal is higher than the first predetermined value; , then and only then the operation of the integrated circuit (14) is further delayed. a holding means for holding the Temperature sensing control system. ６．請求項５記載の温度感知制御システムであって、前記より大きな予め定めら れた量は、前記集積回路（１４）の動作を停止させるのに十分である温度感知制 御システム。6. 6. The temperature sensing control system of claim 5, wherein the larger predetermined temperature The amount of temperature sensitive control is sufficient to stop operation of said integrated circuit (14). control system. ７．請求項５記載の温度感知制御システムであって、前記温度制御機構（２６） が、前記温度相関信号から前記集積回路（１４）温度の変化率を決定し、そこか ら前記温度信号を決定する比例積分偏差制御部を含む温度感知制御システム。7. 6. The temperature sensing control system of claim 5, wherein the temperature control mechanism (26) determines the rate of change of the temperature of the integrated circuit (14) from the temperature correlation signal, and A temperature sensing control system including a proportional-integral-deviation controller that determines the temperature signal from the temperature signal. ８．請求項５記載の温度感知制御システムであって、前記保持手段（３６）が、 第１の予め定められた温度値の受信時に、予め定められた周波数で予め定められ た数のシステムサイクルの間、ノーオプ命令を前記集積回路（１４）に送る機構 を含む温度感知制御システム。8. 6. The temperature sensing control system of claim 5, wherein said retaining means (36) comprises: Upon reception of the first predetermined temperature value, the predetermined temperature value is a mechanism for sending a no-op instruction to the integrated circuit (14) for a number of system cycles; Temperature sensing control system including. ９．請求項５記載の温度感知制御システムであって、前記保持手段（３６）が、 前記集積回路（１４）のシステムクロックを遅れさせる機構を含む温度感知制御 システム。9. 6. The temperature sensing control system of claim 5, wherein said retaining means (36) comprises: a temperature sensing control including a mechanism for delaying the system clock of said integrated circuit (14); system. １０．請求項５記載の温度感知制御システムであって、前記温度センサ（２０） が前記集積回路（１４）と一体的に形成されている温度感知制御システム。10. 6. The temperature sensing control system of claim 5, wherein the temperature sensor (20) is integrally formed with said integrated circuit (14). １１．請求項１０記載の温度感知制御システムであって、前記温度センサ（２０ ）が温度感知誘導機構（６４）を含む温度感知制御システム。11. 11. The temperature sensing control system of claim 10, wherein the temperature sensor (20 ) includes a temperature sensing guidance mechanism (64); １２．請求項５記載の温度感知制御システムであって、前記温度センサ（２０、 ６０）は前記集積回路（１４）に熱的に接続されたヒートシンク（５６）を含み 、前記温度センサ（２０、６０）は前記ヒートシンクに取り付けられている温度 感知制御システム。12. 6. The temperature sensing control system of claim 5, wherein the temperature sensor (20, 60) includes a heat sink (56) thermally connected to the integrated circuit (14); , the temperature sensor (20, 60) is attached to the heat sink. Sensing control system. １３．請求項５記載の温度感知制御システムであって、前記集積回路（１４）の 温度は、前記集積回路（１４）が実行する計算の量と形式とに依存し比例する温 度感知制御システム。13. 6. The temperature sensing control system of claim 5, wherein the integrated circuit (14) comprises: The temperature is proportional to the amount and type of calculations that the integrated circuit (14) performs. degree sensing control system. １４．集積回路上で使用する温度感知制御システムであって、シーケンスコント ローラ（１２）と動作的に接続され、前記シーケンスコントローラ（１２）から 命令及び／又はデータが提供され、前記データ上の前記命令に従って動作する集 積回路（１４）と、動作的に前記集積回路（１４）に関連付けられており、前記 集積回路（１４）で生じる異なる熱条件に関係した前記集積回路（１４）の動作 率に前記シーケンスコントローラ（１２）を介して介入する温度認識介入手段と 、を具備する温度感知制御システム。14. A temperature-sensing control system for use on an integrated circuit that is a sequence controller. operatively connected to a roller (12) and from said sequence controller (12); instructions and/or data are provided and a collection operates in accordance with the instructions on the data; an integrated circuit (14) operatively associated with said integrated circuit (14); Operation of said integrated circuit (14) in relation to different thermal conditions occurring in said integrated circuit (14) temperature recognition intervention means for intervening through said sequence controller (12) to A temperature sensing control system comprising: １５．請求項１４記載の温度感知制御システムであって、前記温度認識介入手段 は、前記集積回路（１４）に熱的に接続された温度センサ（２０）と、温度相関 信号を作るために前記温度センサ（２０）に関連付けられた手段とを含む温度感 知制御システム。15. 15. The temperature sensing control system of claim 14, wherein the temperature sensing intervention means is a temperature sensor (20) thermally connected to the integrated circuit (14), and a temperature correlation and means associated with said temperature sensor (20) for producing a signal. Knowledge control system. １６．請求項１５記載の温度感知制御システムであって、前記温度認識介入手段 が、前記温度相関信号を温度信号に変換するための温度制御機構（２６）と、前 記シーケンスコントローラ（１２）に関連付けられ、前記温度信号が第１の予め 定められた値を超える場合には、前記集積回路（１４）の動作を遅らせ、前記温 度信号が前記第１の予め定められた値より高い第２の値を超える場合には、その 場合に限り、前記集積回路（１４）の動作を更に遅らせる保持手段と、を含む温 度感知制御システム。16. 16. The temperature sensing control system of claim 15, wherein the temperature sensing intervention means includes a temperature control mechanism (26) for converting the temperature correlation signal into a temperature signal; said sequence controller (12), said temperature signal being associated with said sequence controller (12); If the temperature exceeds a predetermined value, the operation of the integrated circuit (14) is delayed and the temperature is increased. If the degree signal exceeds a second value which is higher than said first predetermined value, then and holding means for further delaying the operation of said integrated circuit (14). degree sensing control system. １７．請求項１６記載の温度感知制御システムであって、前記より大きな予め定 められた量は、前記集積回路（１４）の動作を停止させるのに十分である温度感 知制御システム。17. 17. The temperature sensing control system of claim 16, wherein the larger predetermined temperature The amount of temperature generated is sufficient to stop the operation of said integrated circuit (14). Knowledge control system. １８．請求項１６記載の温度感知制御システムであって、前記温度制御機構（２ ６）が、前記温度相関信号から前記集積回路（１４）の温度の変化率を決定し、 そこから前記温度信号を決定する比例積分偏差制御分類を含む温度感知制御シス テム。18. 17. The temperature sensing control system of claim 16, wherein the temperature control mechanism (2 6) determining the rate of change of temperature of the integrated circuit (14) from the temperature correlation signal; A temperature sensing control system including a proportional integral deviation control classification from which the temperature signal is determined. Tem. １９．請求項１６記載の温度感知制御システムであって、前記保持手段（３６） が、第１の予め定められた温度値の受信時に、予め定められた周波数の予め定め られた数のシステムサイクルの間、ノーオプ命令を前記集積回路（１４）に送る 機構を含む温度感知制御システム。19. 17. The temperature sensing control system of claim 16, wherein said retaining means (36) upon receipt of the first predetermined temperature value, the predetermined frequency of the predetermined frequency is sending a no-op instruction to the integrated circuit (14) for a specified number of system cycles; Temperature sensing control system including mechanism. ２０．請求項１６記載の温度感知制御システムであって、前記保持手段（３６） が、前記集積回路（１４）のシステムクロックを遅れさせる機構を含む温度感知 制御システム。20. 17. The temperature sensing control system of claim 16, wherein said retaining means (36) temperature sensing including a mechanism for delaying the system clock of said integrated circuit (14); control system. ２１．請求項１６記載の温度感知制御システムであって、前記温度センサ（２０ 、６２）が前記集積回路（１４）と一体的に形成されている温度感知制御システ ム。21. 17. The temperature sensing control system of claim 16, wherein the temperature sensor (20 , 62) are integrally formed with the integrated circuit (14). Mu. ２２．請求項２１記載の温度感知制御システムであって、前記温度センサ（２０ 、６２）が温度感知誘導機構を含む温度感知制御システム。22. 22. The temperature sensing control system of claim 21, wherein the temperature sensor (20 , 62) includes a temperature sensing guidance mechanism. ２３．請求項１６記載の温度感知制御システムであって、前記温度センサ（２０ 、６０）は前記集積回路（１４）に熱的に接続されたヒートシンク（５６）を含 み、前記温度センサ（２０、６０）は前記ヒートシンクに取り付けられている温 度感知制御システム。23. 17. The temperature sensing control system of claim 16, wherein the temperature sensor (20 , 60) includes a heat sink (56) thermally connected to the integrated circuit (14). The temperature sensor (20, 60) is attached to the heat sink. degree sensing control system. ２４．請求項１６記載の温度感知制御システムであって、前記集積回路（１４） の温度は、前記集積回路（１４）が実行する計算の量と形式とに依存し比例する 温度感知制御システム。24. 17. The temperature sensing control system of claim 16, wherein the integrated circuit (14) The temperature of is dependent on and proportional to the amount and type of calculations performed by said integrated circuit (14). Temperature sensing control system. ２５．集積回路の温度を制御する方法であって、シーケンスコントローラ（１２ ）の制御の下で動作する集積回路（１４）を提供するステップと、 前記集積回路（１４）と熱的接続を有する温度センサ（２０）を提供するステッ プと、 前記温度センサ（２０）から温度相関信号を発生させるステップ（７４）と、前 記集積回路（１４）の温度変化率（ΔＴ）を決定するステップ（７６）と、前記 ΔＴを保持制御部（３６）に送るステップと、前記集積回路（１４）の温度が第 １の予め定められた温度値を超えることをΔＴが示している場合には、予め定め られた数のシステムサイクルの間、ノーオプ信号（８２）を前記保持制御部から 発生させ、前記集積回路（１４）の温度がより高い予め定められた第２の値を超 えることをΔＴが示している場合には、その場合に限り、動作停止信号（８６） を前記保持制御部から発生させるステップと、を具備する方法。25. A method for controlling the temperature of an integrated circuit, the method comprising: a sequence controller (12 ) providing an integrated circuit (14) operating under the control of a the step of providing a temperature sensor (20) having thermal connection with said integrated circuit (14); and a step (74) of generating a temperature correlation signal from said temperature sensor (20); a step (76) of determining a rate of temperature change (ΔT) of the integrated circuit (14); The step of sending ΔT to the holding control unit (36) and the temperature of the integrated circuit (14) If ΔT indicates that the temperature exceeds a predetermined temperature value of A no-op signal (82) is transmitted from the hold controller for the number of system cycles specified. causing the temperature of said integrated circuit (14) to exceed a higher predetermined second value; If and only if ΔT indicates that the operation stop signal (86) A method comprising the step of generating from the holding control section.
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