CN101387905B

CN101387905B - 可动态调整电压及有效节能的电压控制装置、方法及电脑装置

Info

Publication number: CN101387905B
Application number: CN2007101422829A
Authority: CN
Inventors: 黄建文; 陈约志
Original assignee: Asustek Computer Inc
Current assignee: Asustek Computer Inc
Priority date: 2007-09-14
Filing date: 2007-09-14
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2027-09-14
Also published as: CN101387905A

Abstract

本发明有关于一种可动态调整电压及有效节能的电压控制装置、方法及电脑装置，所述电压控制装置接收一中央处理器所产生的电压识别码，以根据其中所设定的负载线而决定供给该中央处理器的操作电压的大小，电压控制装置具有一负载线缓存器组及一写入逻辑，负载线缓存器组具有多个缓存器，前述缓存器的值代表所设定的负载线，写入逻辑根据写入信号而改变该负载线缓存器组中的缓存器值。

Description

可动态调整电压及有效节能的电压控制装置、方法及电脑装置

技术领域

本发明关于一种中央处理器的电压控制装置，尤指一种可动态调整电压及有效节能的电压控制装置、方法及电脑装置。

背景技术

在温室效应持续发威的今日，全球各国无不致力于对抗这足以危害人类未来生存的猛兽，而其中最有效也是最直接的方法，就是节约能源。在个人电脑(PC)的领域中，中央处理器(Central Processing Unit，CPU)扮演最重要的角色，其强大的运算能力带来了科技日新月异，但中央处理器的耗电也是一直为人所诟病的。

在个人电脑中，中央处理器所需要的操作电压，是依据其工作模式所产生的电压识别码(Voltage Identification，VID)来决定的。图1A绘示习知个人电脑中的一种供应中央处理器11的操作电压的方块图，其中，由于中央处理器11所需要的操作电压(Vcore)大小，并不是每个时刻都一样的，例如，当中央处理器11进入省电模式时，其所需要的操作电压便会比正常操作时的操作电压为低。因此，中央处理器11会根据所需要的操作电压来产生电压识别码(VID)。于图1A中，中央处理器11产生电压识别码之后，系将其输出至电压调节模块(VoltageRegulator Module，VRM)12。继而，电压调节模块12会根据电压识别码来决定供给中央处理器11的操作电压的大小。

此外，中央处理器提供厂商，例如美商英特尔(Intel)公司，已针对中央处理器的电压与电流定义了一个关系式，并称之为负载线(load line)，如图1B所示为在以负载电流及操作电压为XY轴平面上的负载线，此负载线所代表的涵义是当中央处理器11的电流变化时，电压调节模块12必须改变相对应的电压，而负载线的另一个重点是当中央处理器11操作在很重负载时，其电压也不能低过最小电压(minimum voltage)，否则不能保证系统的稳定性。以前述依照电压识别码来提供中央处理器11的操作电压的电源供应方式，如欲降低或是增加CPU电压以进行节能或提升中央处理器的效能时，并无法做到自动依照CPU的负载来调整适合的CPU电压，因此往往需要使用者以手动的方式，自行设定降低或增加CPU电压，但是正常系统不可能永远处于轻负载或是重负载的状况，所以造成中央处理器的效能与节能无法同时兼顾，例如，使用者为了增加系统的效能，手动地设定CPU超电压，但是在闲置(idle)的情况下，此增加的CPU电压是无用的，如此不但浪费电能，更可能导致散热也变差。

发明内容

本发明的一目的系提出一种可动态调整电压及有效节能的电压控制装置、方法及电脑装置，其藉由软件规划的方式，动态地改变负载线的斜率及偏移量，而设计出新的负载线，以符合最低电压的规范。

本发明的另一目的系提出一种可动态调整电压及有效节能的电压控制装置、方法及电脑装置，其在CPU负载较轻的状态下，可以对应到相对更低的CPU电压，使得整体的耗电可以降低。

本发明的再一目的系提出一种可动态调整电压及有效节能的电压控制装置、方法及电脑装置，其达成当CPU负载变化时，可动态地改变CPU电压，以达成最佳的节能效果，同时发挥CPU本身应有的高效能。

依据本发明的一特色，其提供一种电压控制装置，用以接收一中央处理器所产生的电压识别码，以根据其中所设定的负载线而决定供给该中央处理器的操作电压的大小，该电压控制装置包括：一负载线缓存器组，具有多个缓存器，该些缓存器的值代表所设定的负载线；以及一写入逻辑，与该负载线缓存器组电性连接，系根据一写入信号而改变该负载线缓存器组中的缓存器值。

依据本发明的另一特色，其提供一种电脑装置，包括：一中央处理器；一频率产生器，电性连接该中央处理器，以产生中央处理器频率，以供该中央处理器运作所需；一控制电路，连接该中央处理器以控制该中央处理器的运作模式；一电压控制装置，电性连接该中央处理器，以接收该中央处理器所产生的电压识别码，以根据其中所设定的负载线而决定供给该中央处理器的操作电压的大小，该电压控制装置包括：一负载线缓存器组，具有多个缓存器，该些缓存器的值代表所设定的负载线；及一写入逻辑，系根据一写入信号而改变该负载线缓存器组中的缓存器值；以及一系统控制器，通过总线连接该电压控制装置，该系统控制器通过该总线发出该写入信号，以由该写入逻辑来改变负载线缓存器组中的缓存器值。

依据本发明的再一特色，其提供一种电脑装置的电源供应方法，上述电脑装置包括通过总线连接的电压控制装置和系统控制器，上述电压控制装置包括负载线缓存器组和写入逻辑，上述负载线缓存器组具有多个缓存器，包括：提供一原始负载线，由上述负载线缓存器组中的缓存器的值所设定，该原始负载线在一最小电压时的负载电流为最大电流；上述系统控制器通过上述总线发出写入信号，以由上述写入逻辑改变上述负载线缓存器组中的缓存器值，以改变该原始负载线的斜率，从而获得一斜率比原始负载线平缓的平缓负载线；由上述写入逻辑改变上述负载线缓存器组中的缓存器值，以改变该平缓负载线的偏移量，而获得一省电负载线，其中，所改变的偏移量系使得该省电负载线与该原始负载线在该最大电流处相交；以及接收一中央处理器所产生的电压识别码，以根据该省电负载线而决定供给该中央处理器的操作电压的大小。

本发明的有益效果在于：本发明系提供一种可动态调整电压及有效节能的电压控制装置及使用其的电脑装置，其可藉由软件规划的方式，动态地改变负载线的斜率及偏移量，而设计出新的负载线，以符合最低电压的规范，并且在CPU负载较轻的状态下，可以对应到相对更低的CPU电压，使得整体的耗电可以降低。且经由侦测中央处理器的负载电流，并且提供临界值的设定，再搭配软硬件的辅助，而达成当CPU负载变化时，可动态地改变CPU电压，以达成最佳的节能效果，同时发挥中央处理器本身应有的高效能。

附图说明

图1A系一习知个人电脑中供应中央处理器的操作电压的方块图。

图1B系一负载线的示意图。图2显示本发明较佳实施例的可动态调整电压及有效节能的电压控制装置的示意图。

图3显示本发明较佳实施例使用可动态调整电压及有效节能的电压控制装置的电脑装置示意图。

图4显示本发明动态调整负载线的示意图。

图5显示本发明将中央处理器的负载分成四个区间的示意图。

图6显示一范例以说明针对不同中央处理器的负载所做不同的设定。

具体实施方式

图2显示本发明较佳实施例的可动态调整电压及有效节能的电压控制装置的示意图，其中，电压控制装置22包括负载线缓存器组221、多个临界值缓存器222，223，224、写入逻辑225、及控制逻辑226，其中负载线缓存器组221具有多个缓存器2211，其值代表一负载线。上述写入逻辑225分别与负载线缓存器组221及多个临界值缓存器222，223，224电性连接。上述控制逻辑226亦分别与多个临界值缓存器222，223，224电性连接。前述写入逻辑225可依据总线21的写入信号而写入(改变)负载线缓存器组221中的缓存器及临界值缓存器222，223，224的内容。

图3显示本发明较佳实施例使用可动态调整电压及有效节能的电压控制装置的电脑装置示意图，其包括有中央处理器(CPU)31、系统控制器32、频率产生器33、控制电路34、及前述电压控制装置22。中央处理器(CPU)31分别与频率产生器33、控制电路34、及前述电压控制装置42电性连接。系统控制器52与电压控制装置22电性连接。

前述系统控制器32通过标准总线21连接电压控制装置22，其中前述频率产生器33用以产生CPU频率以供中央处理器31运作所需，前述控制电路34连接中央处理器31以控制中央处理器31的运作模式，例如可强迫中央处理器31进入省电模式(TM mode)，前述电压控制装置22可侦测中央处理器31的负载电流。在其它实施例中，亦可组设一侦测单元(图未示)来侦测中央处理器31的负载电流，并产生一侦测结果，以输出至电压控制装置22。

请一并参照图2及图3，前述电压控制装置22接收中央处理器31所产生的电压识别码(VID)，以根据电压控制装置22中所动态设定的负载线而决定供给中央处理器31的操作电压(Vcore)的大小。其中，负载线是由负载线缓存器组221中的缓存器2211的值所设定，在本实施例中，负载线缓存器组221中的缓存器2211的开机初始值是对应中央处理器提供厂商所定义的原始负载线，如图4所示，对应电压识别码(VID)的原始负载线41在最小电压(minimum voltage)时的负载电流(loading current)为最大电流Imax。

本发明较佳实施例利用电压控制装置22的写入逻辑225动态调整原始负载线41，而设计出一种更省电的省电负载线63，并且保持中央处理器31原有的稳定性。其首先由系统控制器32通过总线21发出写入信号至电压控制装置22，以由电压控制装置22中的写入逻辑225来改变负载线缓存器组221中的缓存器2211的值，以改变原始负载线41的斜率，从而获得一斜率比原始负载线41平缓的平缓负载线42，如图4所示。

其次，再由系统控制器32通过总线21发出写入信号，以由写入逻辑225改变负载线缓存器组221中的缓存器2211的值，以改变平缓负载线42的偏移量(亦即，将VID进行偏移)，而获得该省电负载线43，如图5所示，其中所改变的偏移量系使得省电负载线43与原始负载线41在最大电流Imax处相交。据此，电压控制装置22接收中央处理器所产生的电压识别码(VID)，便根据该省电负载线43而决定供给该中央处理器的操作电压(Vcore)的大小。由于省电负载线43所对应的CPU电压皆低于原始负载线41的设定，如此达到省电的目的，且因省电负载线43所对应的CPU电压皆不会低于最小电压(minimum voltage)，故能保持中央处理器31的稳定性。

前述多个临界值缓存器222，223，224分别具有其默认值或是由写入逻辑225依据系统控制器32所发出在总线21上的写入信号所设定，俾以将中央处理器31的负载分成不同区间，于本实施例中，系提供有三个写入临界值缓存器222，223，224，其分别设定有大、中、小三个临界值TH1，TH2，TH3(TH1＞TH2＞TH3)，而将中央处理器31的负载分成四个区间R1，R2，R3，R4，如图5所示，其中，区间R1系指CPU负载大于临界值TH1，区间R2系指CPU负载大于临界值TH2且小于临界值TH1，区间R3系指CPU负载大于临界值TH3且小于临界值TH2，区间R4系指CPU负载小于临界值TH3。

前述电压控制装置22可进一步将侦测的中央处理器31的负载电流与上述临界值TH1，TH2，TH3作比较，而进行监控中央处理器31的负载变化。其中，当中央处理器31的负载变换到不同区间R1，R2，R3，R4时，控制逻辑226可驱动OC1与OC2两根信号线的高/低(High/Low)变化来代表不同的四个区间，例如：OC1与OC2皆为Low时代表中央处理器31的负载在区间R1，OC1为Low而OC2为High时代表中央处理器31的负载在区间R2，OC1为High而OC2为Low时时代表中央处理器31的负载在区间R3，OC1与OC2皆为High时代表中央处理器31的负载在区间R4。

藉由此OC1与OC2信号线输出可通知电脑装置目前中央处理器31处于哪种负载状况下。而针对各种不同CPU负载，电脑装置可以作出适合的对策，例如：将OC1与OC2信号线为连接到频率产生器33以控制所产生的频率，因而当OC1与OC2信号线的输出改变时，同时也变化中央处理器31的频率，其中，OC1与OC2皆为Low时代表中央处理器31的负载较高，可控制频率产生器33产生较高频率的频率，反之，OC1与OC2皆为High时代表中央处理器31的负载较低，可控制频率产生器33产生较低频率的频率。

此外，OC1与OC2信号线亦可连接到控制电路34，以可由控制电路34根据OC1与OC2信号线的输出而控制中央处理器31的工作模式，例如当控制电路34侦测OC1与OC2信号线的输出代表了中央处理器31处于轻负载时，将触发中央处理器31的PROCHOT#脚位，使得中央处理器31进入省电模式。

又，OC1与OC2信号线亦可连接到系统控制器32，以根据OC1与OC2信号线的输出所代表的CPU负载的高低，系统控制器32可通过总线21发出写入信号，以由写入逻辑225改变负载线缓存器组221中的缓存器2211的值，进而改变负载线的斜率及偏移量，使得在不同的负载状况下，提供适合的CPU电压。

前述电压控制装置22的控制逻辑226进一步提供一ALTER#信号线输出，此ALTER#信号线系在中央处理器31的负载变换区间的同时，输出一信号，此ALTER#信号线系连接到系统控制器32的中断(interrupt)输入，以利用中断方式来通知电脑装置目前中央处理器31的负载的变化，例如，藉由中断来通知电脑装置的软件应用程序，而让电脑装置的使用者得知目前的CPU负载处于哪个区间。

图6显示一范例以说明针对不同中央处理器31的负载以做不同的设定，而可在轻负载的状况下可以省电，在重负载的状况下可以获得更好的效能，如图所示，其系当中央处理器31的负载处于区间R1时，将频率产生器33产生的频率值增加5％；当中央处理器31的负载处于区间R3时，将频率产生器33产生的频率值减少5％且改变负载线的斜率及偏移量；当中央处理器31的负载处于区间R4时，将频率产生器33产生的频率值减少10％且改变负载线的斜率及偏移量，并强迫中央处理器31进入省电模式。

由以上的说明可知，本发明系提供一种可动态调整电压及有效节能的电压控制装置及使用其的电脑装置，其可藉由软件规划的方式，动态地改变负载线的斜率及偏移量，而设计出新的负载线，以符合最低电压的规范，并且在CPU负载较轻的状态下，可以对应到相对更低的CPU电压，使得整体的耗电可以降低。且经由侦测中央处理器的负载电流，并且提供临界值的设定，再搭配软硬件的辅助，而达成当CPU负载变化时，可动态地改变CPU电压，以达成最佳的节能效果，同时发挥中央处理器本身应有的高效能。

上述实施例仅系为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以权利要求书所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims

1.一种电脑装置，其特征是，包括：

一中央处理器；

一频率产生器，电性连接上述中央处理器，以产生中央处理器频率，以供上述中央处理器运作所需；

一控制电路，连接上述中央处理器以控制上述中央处理器的运作模式；

一电压控制装置，电性连接上述中央处理器，以接收上述中央处理器所产生的电压识别码，以根据其中所设定的负载线而决定供给上述中央处理器的操作电压的大小，上述电压控制装置包括：一负载线缓存器组，具有多个缓存器，上述这些缓存器的值代表所设定的负载线，原始负载线在一最小电压时的负载电流为最大电流；及一写入逻辑，根据一写入信号而改变上述负载线缓存器组中的缓存器值；以及

一系统控制器，通过总线连接上述电压控制装置；

其中，上述系统控制器通过上述总线发出写入信号，以由上述写入逻辑改变负载线缓存器组中的缓存器值，以改变上述原始负载线的斜率，从而获得一斜率比原始负载线平缓的平缓负载线，再由上述写入逻辑改变负载线缓存器组中的缓存器值，以改变平缓负载线的偏移量，而获得一省电负载线，使得上述省电负载线与上述原始负载线在上述最大电流处相交。

2.根据权利要求1所述的电脑装置，其特征是，其中，上述电压控制装置更包含：

多个临界值缓存器，分别设定有多个临界值；以及

一控制逻辑，用以将侦测的中央处理器的负载与上述多个临界值相比较，以进行监控中央处理器的负载变化。

3.根据权利要求2所述的电脑装置，其特征是，其中，上述多个临界值将上述中央处理器的负载分成多个区间，上述控制逻辑在上述中央处理器的负载变换到不同区间时，驱动至少一第一信号线的高/低变化来代表不同的区间。

4.根据权利要求3所述的电脑装置，其特征是，其中，上述至少一第一信号线连接至上述频率产生器，以驱使上述频率产生器控制所产生的频率。

5.根据权利要求3所述的电脑装置，其特征是，其中，上述至少一第一信号线连接至上述控制电路，以驱使上述控制电路控制上述中央处理器的运作模式。

6.根据权利要求3所述的电脑装置，其特征是，其中，上述至少一第一信号线连接至上述系统控制器，以驱使上述系统控制器由写入逻辑改变负载线缓存器组中的缓存器值。

7.根据权利要求3所述的电脑装置，其特征是，其中，上述控制逻辑在上述中央处理器的负载变换到不同区间时，驱动一连接到上述系统控制器的中断输入的第二信号线以输出一信号，以中断来通知上述中央处理器的负载的变化。

8.一种电脑装置的电源供应方法，上述电脑装置包括通过总线连接的电压控制装置和系统控制器，上述电压控制装置包括负载线缓存器组和写入逻辑，上述负载线缓存器组具有多个缓存器，其特征是，包括：

提供一原始负载线，由上述负载线缓存器组中的缓存器的值所设定，上述原始负载线在一最小电压时的负载电流为最大电流；

上述系统控制器通过上述总线发出写入信号，以由上述写入逻辑改变上述负载线缓存器组中的缓存器值，以改变上述原始负载线的斜率，从而获得一斜率比原始负载线平缓的平缓负载线；

由上述写入逻辑改变上述负载线缓存器组中的缓存器值，以改变上述平缓负载线的偏移量，而获得一省电负载线，其中，所改变的偏移量使得上述省电负载线与上述原始负载线在上述最大电流处相交；以及

接收一中央处理器所产生的电压识别码，以根据上述省电负载线而决定供给上述中央处理器的操作电压的大小。