CN100514242C - 微处理器温度控制的方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的具有温度控制功能的微处理器包含：微处理器晶粒，具有外置介面以对外提供风扇控制信号；风扇控制逻辑电路，位于微处理器晶粒上，连续或周期地接收微处理器相关的温度资讯，根据微处理器相关的温度资讯提供风扇控制信号，风扇控制信号调整外置风扇的操作设定，据此依可靠度、消耗功率与执行速度的最佳平衡值动态管理微处理器的操作温度，其中温度资讯包含微处理器晶粒内、外的温度资讯，且微处理器晶粒与风扇控制逻辑电路封装于微处理器内；及温度感测逻辑电路，耦合至风扇控制逻辑电路，提供微处理器相关的该温度资讯，包括内、外置温度感测逻辑电路。风扇控制信号为双向输出信号，具有风扇转速控制能力，用以检验风扇是否正常操作。

Description

微处理器温度控制的方法与装置
技术领域
本发明是关于一微处理器温度控制，特别是关于运作期间透过一微处理器内的逻辑电路对装于此微处理器外壳的一风扇进行直接控制，以提供微处理器晶粒(die)的精确温度控制。
背景技术
调整控制计算系统的温度对现今设计者而言是一项挑战。以一热观点看一计算系统，微处理器通常是最关键的元件。对计算系统的整体可靠度而言，微处理器晶粒的操作温度是为一显著的影响因素。此微处理器所消耗的功率是为其晶粒温度的一函数。于一理想状况中，是根据可靠度、消耗功率与执行速度的一平衡值管理一微处理器的操作温度。
目前控制微处理器温度的技术通常相当简单，并且不支援令微处理器有效率操作的状况。散热器可能与微处理器外壳结合，风扇可能被摆在可确保产生足够气流量以冷却此元件的位置。于目前许多应用中，微处理器的散热器是与整合性风扇一起持续提供元件的冷却效果。更精密的系统可能包含不同的热感应装置，令感测到极端温度时可控制辅助性的风扇。上述现存的解决方案是各具形色而缺乏标准，往往难以实作且不具效率。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种具有温度控制功能的装置与方法，以令此微处理器本身控制于此微处理器外壳上的风扇，进而获得功率消耗、执行速度与可靠度的一最佳平衡点。
本发明一实施例提供的一种具有温度控制功能的微处理器，其特征在于，包含：
一微处理器晶粒，具有一外置介面以对外提供一风扇控制信号；
一风扇控制逻辑电路，位于该微处理器晶粒上，该风扇控制逻辑电路连续性地或周期性地接收一该微处理器相关的温度资讯，并根据该微处理器相关的温度资讯以提供该风扇控制信号，该风扇控制信号调整一外置风扇的操作设定，据此依可靠度、消耗功率与执行速度的一最佳平衡值动态地管理该微处理器的操作温度，其中该温度资讯包含该微处理器晶粒内的温度资讯与该微处理器晶粒外的温度资讯，并且该微处理器晶粒与该风扇控制逻辑电路是被封装于该微处理器内；以及
一温度感测逻辑电路，其耦合至该风扇控制逻辑电路，并且提供该微处理器相关的该温度资讯，该温度感测逻辑电路包括：
一内置温度感测逻辑电路，该内置温度感测逻辑电路包含至少一位于该微处理器晶粒内的温度感测器以提供该微处理器晶粒内的温度资讯；以及
一外置温度感测逻辑电路，该外置温度感测逻辑电路包含至少一位于该处理器晶粒外的温度感测器以提供该微处理器晶粒外的温度资讯；
其中，该风扇控制信号为一双向输出信号，其具有风扇转速控制能力，并用以检验风扇是否正常操作。
其中至少可以为下列可能变化的某一种或其任意组合：
该风扇控制信号令一外置风扇开启与关闭；以及
该风扇控制信号控制一外置风扇的转速。
其中还包含该微处理器晶粒所提供的一温度感测逻辑电路，该温度感测逻辑电路至少可以为下列可能变化的某一种或其任意组合；
该温度感测逻辑电路是耦合至该风扇控制逻辑电路并且提供该微处理器外的温度资讯；以及
该温度感测逻辑电路包含至少一位于该微处理器晶粒的温度感测器，该位于该微处理器晶粒的温度传感器提供该微处理器晶粒上的温度资讯。
其中该外置介面自一外置来源接收该微处理器外的温度资讯。
本发明另一实施例提供的一种微处理器温度控制系统，其特征在于，包含：
一微处理器，包含一位于该微处理器晶粒上的风扇控制逻辑电路，该风扇控制逻辑电路连续性地或周期性地接收一该微处理器相关的温度资讯并且根据该微处理器相关的温度资讯以提供一风扇控制信号；
一风扇，外置安装于该微处理器，该风扇具有一控制输入以接收该风扇控制信号，该风扇根据该风扇控制信号调整其操作设定，据此依可靠度、消耗功率与执行速度的一最佳平衡值动态地管理该微处理器的操作温度；以及
一温度感测逻辑电路，其耦合至该风扇控制逻辑电路，并且提供与该微处理器相关的该温度资讯，该温度感测逻辑电路包括：
一内置温度感测逻辑电路，该内置温度感测逻辑电路包含至少一位于该微处理器晶粒内的温度感测器以提供该微处理器晶粒内的温度资讯；以及
一外置温度感测逻辑电路，该外置温度感测逻辑电路包含至少一位于该处理器晶粒外的温度感测器以提供该微处理器晶粒外的温度资讯；
其中，该风扇控制信号为一双向输出信号，其具有风扇转速控制能力，并用以检验风扇是否正常操作。
其中至少可以为下列可能变化的某一种或其任意组合：
该风扇控制逻辑电路令该风扇开启与关闭；以及
该风扇控制逻辑电路控制该风扇的转速。
其中该温度感测逻辑电路包含至少一置于该微处理器的晶粒上的一温度感测装置，该置于该微处理器的晶粒上的一温度感测装置提供该微处理器晶粒上的温度资讯。
其中该至少一温度感测装置是选自下列的一及其组合：一热电偶、一热敏电阻、一热二极管与一热磁装置。
其中该温度感测逻辑电路是由该微处理器的晶片所提供。
其中该温度感测逻辑电路是外置于该微处理器，透过一外置介面提供该微处理器外的温度资讯。
本发明再一实施例提供的一种控制微处理器温度的方法，其特征在于，包含：
感测该微处理器温度，该微处理器温度是利用置于该微处理器的晶粒内的一内置温度感测器量测该微处理器的晶粒内的温度资讯与利用置于该微处理器的晶粒外的一外置温度感测器量测该微处理器晶粒外的温度；
由该微处理器连续性地或周期性地接收该微处理器温度，并依据该微处理器温度决定一风扇控制参数，以调整一外置风扇的操作设定，据此依可靠度、消耗功率与执行速度的一最佳平衡值动态地管理该微处理器的操作温度，；以及
由该微处理器提供一外置风扇控制信号以表示用于控制该风扇的该风扇控制参数；
其中，该风扇控制信号为一双向输出信号，其具有风扇转速控制能力，并用以检验风扇是否正常操作。
其中至少可以为下列可能变化的某一种或其任意组合：
该方法还包含利用该风扇控制信号令该风扇开启与关闭；以及
该方法还包含利用该风扇控制信号控制该风扇的转速。
其中至少可以为下列可能变化的某一种或其任意组合：
该感测该微处理器的温度包含利用置于该微处理器的晶粒上的一温度感测器量测该微处理器的晶粒上的温度资讯；以及
该感测该微处理器的温度包含量测该微处理器外的温度资讯。
其中还包含透过一外置介面提供该微处理器外的温度资讯至该微处理器。
附图说明
本发明在此所探讨的方向为一种微处理器温度控制的装置与方法。为了能彻底地了解本发明，将在下列的描述中提出详尽的步骤及其组成。显然地，本发明的施行并未限定于熟悉技艺者所熟习的特殊细节。另一方面，众所周知的组成或步骤并未描述于细节中，以避免造成本发明不必要的限制。本发明的较佳实施例会详细描述如下，然而除了这些详细描述的外，本发明不受限于在此所说明的特定实施例，而是符合在此所揭露的原则及新颖性的最广的范围。
本发明的好处、特性、以及优点将会会配合以下的说明，以及附图而变成更加了解，其中：
图1是为根据本发明一实施例的一微处理器温度控制系统的一剖面示意图；以及
图2是为根据本发明一实施例的图1示出的风扇控制逻辑电路操作的一流程示意图。
具体实施方式
本发明的发明人已认知到控制微处理器晶粒的温度可令此微处理器有效运作的需求。据此，本发明的发明人发展了一种装置与方法，以令此微处理器本身控制于此微处理器外壳上的风扇，进而获得功率消耗、执行速度与可靠度的一最佳平衡点。本发明将以图1与图2为主，于稍后进行说明。
参考图1所示，其是为根据本发明一实施例的一微处理器温度控制系统100的一剖面示意图。此温度控制系统100包含装在一微处理器104上的一冷却风扇101与一散热器102，此微处理器104还包含封装一微处理器晶粒105的一微处理器外壳103。其中，上述的散热器102是为选用(optional)装置，但通常均会装设至现代微处理器上，以尽量散发此微处理器晶粒105所产生的热量。上述的外壳103是用于装设在一主机板107上，通常是以今日业界最常用的一种安装方式进行微处理器的安装。然而与现今所采用的冷却方法不同的处在于，此微处理器104包含一内置的风扇控制逻辑电路111以控制上述冷却风扇101的操作。其中，上述的风扇控制逻辑电路111包含逻辑电路、电路、装置或微处理码(microcode)，或包含逻辑电路、电路、装置或微处理码的一种组合，亦或是等效上述用于执行一风扇控制功能的元件。于此用于执行上述风扇控制功能的元件可能会共同使用到其他电路、或微处理码等元件，亦即此微处理器104用于执行其他功能所需的其他电路、或微处理码等元件。根据本发明所涵盖的范围，于此所使用的微处理码是指至少一个以上的微指令(microinstruction)。通常亦被称为原生指令的一微指令是为一功能单元的层级可执行的一指令，如上述的风扇控制逻辑电路111所能执行的指令是微指令。例如，一精简指令集微处理器可直接执行的指令是微指令；对一复杂指令集微处理器而言，诸如一x86相容的微处理器104，x86指令被转译为相关的微指令，再由至少一个以上的复杂指令集微处理器的功能单元加以直接执行。于此实施例中，此微处理器104还包含一内置温度感测逻辑电路109，其可用于感测此微处理器晶粒105的温度，并且将此温度资讯透过一组信号线113提供至上述的风扇控制逻辑电路111。于本说明书中所使用的“温度资讯”名词包含任何已知的方法可用于传送一个或一个以上温度量测值，诸如模拟信号(以电压或电流信号表示)或数字信号等。于另一实施范例中，可提供与此微处理器104相结合的一外置温度感测逻辑电路115，并且透过一任何合适的微处理器介面117以传送温度资讯。应注意的是，上述风扇控制逻辑电路111所采用的温度资讯可来自上述的内置温度感测逻辑电路109、外置温度感测逻辑电路115，或来自两者的组合。
上述的内置温度感测逻辑电路109是包含或连接至少一个以上的内置温度量测装置或感测器，于此是以一内置温度感测器110表示。每一个内置温度感测器110可以为任何适当形态，诸如为一热电偶(thermo-couple)、一热敏电阻(thermistor)、一热二极管(thermal diode)或一热磁(thermomagnetic)装置等。于一实施例中，上述的内置温度感测逻辑电路109是采用至少一个以上摆放于此微处理器晶粒105特定位置的内置温度感测器110，并且包含可测量或侦测温度值的电路或是逻辑电路。于另一实施例中，上述的外置温度感测逻辑电路115是与上述内置温度感测逻辑电路109相同的方式运作，并且包含或连接至少一个以上的温度感测器119与121。其中，上述的温度感测器119与121亦采用任何适当形态进行实作，诸如为热电偶、热敏电阻、热二极管或热磁装置等。上述的外置温度感测逻辑电路115可用于量测微处理器温度，如图1示出的温度感测器121是安装于此微处理器外壳103上或附近处。此外置温度感测逻辑电路115亦可用于量测环境(ambient)温度，如图1示出的温度感测器119所示。此外置温度感测逻辑电路115是以任何已知的方式实作，用于将由外置温度感测器所得到的至少一个以上温度资讯传送至上述的内置温度感测逻辑电路109，再经由此内置温度感测逻辑电路109将温度资讯传送至上述的风扇控制逻辑电路111。于另一实施方式中，此外置温度感测逻辑电路115可直接连接至上述的风扇控制逻辑电路111。上述的微处理器介面117可能包含至少一个以上的微处理器针脚，或以任何熟悉此项技艺者所知的任何可传递温度资讯的方式实作。
上述的风扇控制逻辑电路111接收来自内置与/或外置的温度资讯，并且提供一风扇控制输出以控制此风扇101。于一实施例中，此风扇控制逻辑电路111提供一可变输出，如以模拟或数字形式输出的一种控制上述风扇101转速的可变信号。于另一实施例中，上述的风扇控制输出包含一种二元功率信号或其他类似信号(数字比特或模拟伏特)，以令上述的风扇控制逻辑电路111开关上述风扇101。于图1示出的实施例中，上述的风扇控制输出是为单向输出，仅可命令上述风扇101的开关或以某特定速度旋转。于另一实施例中，上述的风扇控制输出是为双向输出，并且具有更精确的风扇转速控制能力，与/或检验上述风扇101是否正常操作。
请参考图2所示，其是为根据本发明一实施例的风扇控制逻辑电路111操作的一流程示意图。此风扇控制逻辑电路111操作的流程是开始于一初始方块201，例如重设暂存器、清除旗标以及将上述风扇101置于一起始已知状态等。接着于方块203进行的作业是此风扇控制逻辑电路111接收此微处理器104的温度资讯，诸如根据特定需求以同时或分别仅接收上述的内置温度感测逻辑电路109与外置温度感测逻辑电路115的温度资讯。于此处所指的温度资讯可以任何形式提供，例如任何熟悉此项技艺者所知的于至少一个以上暂存器(图2未示出)所储存的至少一个以上的比特。
接着进行决策方块205，判断上述的温度资讯是否落于所欲的适当操作区间内，若落于此区间内，则接着进行方块207判断此风扇101是否处于一最佳设定的操作状态。虽然上述的风扇控制逻辑电路111可以读取静态温度值的方式操作，但熟悉此项技艺者了解到实作中可以使用更复杂的机制，诸如监控追踪温度与时间关是的演算法并据以判断温度的变化与/或变化率。例如，甚至于此微处理器104的温度仍处在决策方块205的适当操作区间内，但由于功率的近期提升(例如微处理器的操作时脉与/或电压提升)而导致温度快速上升时，仍应令此风扇101开启或提升其转速。否则，方块207的判断可能令此风扇101关闭，或是于此微处理器104的现行处理情况下，此风扇101的转速应随的减低。例如，此微处理器104近期内减缓操作时脉与/或电压降低时，此风扇101应随的关闭或转速随的减低。若此风扇101的设定为最佳值，则流程将回到方块203以更新上述的温度资讯。
若方块205判断出上述资讯温度并不落于所欲的适当操作区间，或方块207判断此风扇101的设定非为最佳值时，接着便进行方块209以调整此风扇101的操作设定。如前所述，根据特定的实作，此风扇101可能被开启或关闭亦或其转速可能增减。接着，流程亦将回到方块203以更新上述的温度资讯。此范例流程示意图是描绘出此风扇控制逻辑电路111连续性地或周期性地接收温度资讯，并且调整此风扇101的操作设定，据此依可靠度、消耗功率与执行速度的一最佳平衡值动态地管理一微处理器的操作温度。
虽然本发明已参考其某些较佳形式，而进行相当详细地说明，但是其他形式及变化是可行且可包含在内。例如，虽然本发明是显示用于微处理器，但是可包含其他的电路元件。熟习此项技术者应该了解到的是，上述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在下述申请专利范围内。

Claims (9)

1.一种具有温度控制功能的微处理器，其特征在于，包含：
一微处理器晶粒，具有一外置介面以对外提供一风扇控制信号；
一风扇控制逻辑电路，位于该微处理器晶粒上，该风扇控制逻辑电路连续性地或周期性地接收与该微处理器相关的温度资讯，并根据该微处理器相关的温度资讯以提供该风扇控制信号，该风扇控制信号调整一外置风扇的操作设定，据此依可靠度、消耗功率与执行速度的一最佳平衡值动态地管理该微处理器的操作温度，其中该温度资讯包含该微处理器晶粒内的温度资讯与该微处理器晶粒外的温度资讯，并且该微处理器晶粒与该风扇控制逻辑电路是被封装于该微处理器内；以及
一温度感测逻辑电路，其耦合至该风扇控制逻辑电路，并且提供该微处理器相关的该温度资讯，该温度感测逻辑电路包括：
一内置温度感测逻辑电路，该内置温度感测逻辑电路包含至少一位于该微处理器晶粒内的温度感测器以提供该微处理器晶粒内的温度资讯；以及
一外置温度感测逻辑电路，该外置温度感测逻辑电路包含至少一位于该处理器晶粒外的温度感测器以提供该微处理器晶粒外的温度资讯；
其中，该风扇控制信号为一双向输出信号，其具有风扇转速控制能力，并用以检验风扇是否正常操作。
2.如权利要求1所述的具有温度控制功能的微处理器，其特征在于，其中至少可以为下列可能变化的某一种或其任意组合：
该风扇控制信号令该外置风扇开启与关闭；以及
该风扇控制信号控制该外置风扇的转速。
3.如权利要求1所述的具有温度控制功能的微处理器，其特征在于，其中该外置介面自一外置来源接收该微处理器晶粒外的温度资讯。
4.一种微处理器温度控制系统，其特征在于，包含：
一微处理器，包含一位于该微处理器晶粒上的风扇控制逻辑电路，该风扇控制逻辑电路连续性地或周期性地接收与该微处理器相关的温度资讯并且根据该微处理器相关的温度资讯以提供一风扇控制信号；
一风扇，外置安装于该微处理器，该风扇具有一控制输入以接收该风扇控制信号，该风扇根据该风扇控制信号调整其操作设定，据此依可靠度、消耗功率与执行速度的一最佳平衡值动态地管理该微处理器的操作温度；以及
一温度感测逻辑电路，其耦合至该风扇控制逻辑电路，并且提供与该微处理器相关的该温度资讯，该温度感测逻辑电路包括：
一内置温度感测逻辑电路，该内置温度感测逻辑电路包含至少一位于该微处理器晶粒内的温度感测器以提供该微处理器晶粒内的温度资讯；以及
一外置温度感测逻辑电路，该外置温度感测逻辑电路包含至少一位于该处理器晶粒外的温度感测器以提供该微处理器晶粒外的温度资讯；
其中，该风扇控制信号为一双向输出信号，其具有风扇转速控制能力，并用以检验风扇是否正常操作。
5.如权利要求4所述的微处理器温度控制系统，其特征在于，其中至少可以为下列可能变化的某一种或其任意组合：
该风扇控制逻辑电路令该风扇开启与关闭；以及
该风扇控制逻辑电路控制该风扇的转速。
6.如权利要求4所述的微处理器温度控制系统，其特征在于，其中该内置温度感测逻辑电路与该外置温度感测逻辑电路的温度感测器是选自下列的之一及其组合：一热电偶、一热敏电阻、一热二极管与一热磁装置。
7.一种控制微处理器温度的方法，其特征在于，包含：
感测该微处理器温度，该微处理器温度是利用置于该微处理器的晶粒内的一内置温度感测器量测该微处理器的晶粒内的温度资讯与利用置于该微处理器的晶粒外的一外置温度感测器量测该微处理器晶粒外的温度；
由该微处理器连续性地或周期性地接收该微处理器温度，并依据该微处理器温度决定一风扇控制参数，以调整一外置风扇的操作设定，据此依可靠度、消耗功率与执行速度的一最佳平衡值动态地管理该微处理器的操作温度，；以及
由该微处理器提供一外置风扇控制信号以表示用于控制该风扇的该风扇控制参数；
其中，该风扇控制信号为一双向输出信号，其具有风扇转速控制能力，并用以检验风扇是否正常操作。
8.如权利要求7所述的控制微处理器温度的方法，其特征在于，其中至少可以为下列可能变化的某一种或其任意组合：
该方法还包含利用该风扇控制信号令该风扇开启与关闭；以及
该方法还包含利用该风扇控制信号控制该风扇的转速。
9.如权利要求7所述的控制微处理器温度的方法，其特征在于，其中还包含透过一外置介面提供该微处理器晶粒外的温度资讯至该微处理器。
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