CN101930424A

CN101930424A - 混合型优化个人计算机

Info

Publication number: CN101930424A
Application number: CN2009101477290A
Authority: CN
Inventors: 徐爽; 陈思恩; 郝东波; 花骏
Original assignee: Nvidia Corp
Current assignee: Nvidia Corp
Priority date: 2009-06-18
Filing date: 2009-06-18
Publication date: 2010-12-29
Also published as: US8996896B2; US20100325460A1

Abstract

本发明提供一种混合型优化个人计算机。所述优化个人计算机(OPC)系统可以是具有超低功耗的多功能处理单元，并且可以包括其上具有多个处理器的单一芯片。每个处理器可以专用于执行包括计算、图形处理和音频处理的任务。该OPC可以连接到主板、存储单元和I/O接口。该OPC可以通过USB接口连接到主PC(或是插入到扩展槽或驱动器槽中)，并且可以配置用于持续运行，并在主PC休眠时根据需要接管主PC上执行的一些任务。该OPC也可以嵌入在显示器或其他外围设备中。

Description

混合型优化个人计算机

技术领域

本发明涉及混合型优化个人计算机(Hybrid Optimized Personal Computer，HOPC)系统，尤其是涉及具有传统的个人计算机(PC)与多功能、超低功耗的优化型个人计算机相连接的HOPC。

背景技术

随着集成电路(IC)的集成度越来越高，越来越多的功能都可以被集成在一个芯片上。如今，出现了一种新的芯片，被称为“片上计算机(Computer-On-a-Chip)”(“CoC”)或“片上系统(System-On-a-Chip)”(“SoC”)，如NVIDIA公司开发的Tegra^TM处理器。CoC或SoC是一种具有多个处理器的混合型处理器架构，每个处理器设计用于实现某一特定类别的任务，这些任务包括但不限于中央处理单元(CPU)、视频处理器、图像处理器、音频处理器和存储器。这些处理器被一起或者独立使用，用来执行在传统的PC上能够执行的任务，不同之处只是在于这些处理器被集成到了一个单一的芯片中。除了能实现多种功能外，CoC或SoC还有一个优势在于它通常具有超低的功耗，例如在满负荷工作时只消耗几瓦的功耗。

与上述这种高度集成的SoC或CoC所具有的超低功耗和多功能相比，使用在传统PC中的传统CPU只有计算的单一功能，并且满负荷工作时通常消耗超过100瓦的功率。如果让PC每周工作7天，每天24小时(即7×24小时)，则这种高能耗是无法接受的。而且PC可能会由于持续的高功率消耗而导致不稳定的工作性能。

由于通过互联网能够提供的各种服务越来越多，因此人们趋向于利用计算机每天24小时在线，例如玩在线游戏、下载音乐和电影、进行远程访问等。传统的PC由于上述理由，显然不能提供持续运行7×24小时。因此，需要一种改进的和优化的PC，使其可以稳定运行7×24小时同时不会消耗很大的功率。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

考虑到上述需求，本发明提供了一种优化型个人计算机(OPC)系统。这种OPC系统可以是具有超低功耗的多功能处理单元，并且可以包括具有多个处理器的单一芯片。每个处理器设计专用于执行下列任务，这些任务包括计算、图形处理和音频处理。该OPC可以连接主板、存储单元和I/O接口。

该OPC可以例如通过USB接口(或者扩展槽或驱动器托架)连接到主个人电脑(主PC)，并且可以配置为在主PC休眠时根据需要来接管运行主PC上的一些任务。这种OPC还可以嵌入在显示器中或是其他外围设备中。

其他特征和具体实施方式将在下面进行描述。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1显示了根据本发明示例的优化型PC的结构。

图2显示了根据本发明的优化型PC与传统的PC和各种外部设备相连接。

具体实施方式

下面描述优化型PC系统，该优化型PC系统作为传统PC(以下称为主PC)的从系统进行工作。使用CoC或SoC芯片作为CPU，这种优化型PC系统可以以超低功耗来实现以前在主PC上运行的多种功能，这些功能包括但不限于计算、图像显示、视频播放和运行各种应用程序。因此，优化型PC可以作为一种可独立运行7×24小时工作时间的辅助系统，它可以与主PC一起工作，或者当主PC关闭或休眠时独立工作。为主PC配备这样的辅助OPC系统的好处在于，主PC可以将一些需要持续运行的7×24小时的任务分配给OPC系统来执行，以达到最佳的资源利用。这些任务包括但不限于下载音乐和电影，以及玩在线游戏等等。由于OPC的超低功耗，这些任务可以在OPC上稳定地持续7×24小时地运行。

参考图1，显示了依据本发明实施例的OPC系统100的示例性构架。OPC系统100例如可以包括SoC/CoC 101、主板(MB)102、存储器103和I/O接口104。SoC/CoC 101是一种具有在单一芯片上的多个处理器的多功能处理单元，每个处理器设置用于执行特定类别的任务。SoC/CoC 101包括但不限于CPU、视频处理器、图像处理器和音频处理器等。SoC/CoC 101的一种商用产品例如是NVIDIA公司的Tegra^TM处理器。SoC/CoC 101具有有非常高的集成度，因此尺寸很小。它通常还具有超低功耗，即使在满负荷工作时功耗也通常不超过大约10瓦。主板102可以采用在本领域通用的形式和结构。优选的，MB 102也可以被设计为有很高的集成度和很小的尺寸，以便当SoC/CoC 101安装在MB102上时，可以构成小尺寸的便携式OPC系统。存储器103可以采用本领域通用的形式和构架，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘驱动器、闪存等等。然而，综合考虑工作稳定性、大存储容量和7×24小时静音工作要求这几项因素，优选使用闪存作为存储器103。此外，虽然在图1上显示了单独的存储器103，但是存储器103也可以被集成或者嵌入到SoC/CoC 101中。

作为一种可以与主PC一起工作或者独立工作的系统，OPC系统100具有I/O接口104以适应不同的外围设备。该I/O接口104可以配置为本领域通常使用的各种接口，包括但不限于数据传输端口如通用串行总线(USB)、并行端口、串行端口和IEEE 1394端口、视频和音频端口如视频图形阵列(VGA)、高清多媒体接口(HDMI)、超级视频端子(S端子)、音频视频(AV)和数字视频接口(DVI)端口、有线和无线通讯端口如局域网(LAN)和无线通信(WiFi)端口。利用I/O接口104，OPC系统100可以连接到多种外围设备，如显示器、鼠标、键盘、打印机、麦克风、扬声器、摄像机和路由器等。所有接口都可以集成到主板102中。因此，OPC系统100可以作为微型计算机使用，来执行原先在传统PC上执行的任务。优选的，OPC系统100通过USB端口连接到主PC。使用USB端口作为连接的好处是OPC系统100能通过主PC的USB连接端子直接由主PC的5V待机电压供电。5V待机电压(5VSB)是一种即使当主PC关闭也可以一直供电的5V电源。这样，OPC能作为常规的USB外设通过USB端口供电，而不用为OPC系统100提供一个单独的电源，这将进一步减小OPC系统100的大小并有助于OPC 100与其他设备进行集成。

接下来参考图2，显示了依据本发明的一个实施例的示例性OPC系统，该OPC系统连接到主PC和各种外设。OPC系统200与主PC 201一起组成了混合型OPC(HOPC)201。在该示例性的混合型OPC 210中，OPC 200通过USB端口连接到主PC 201，可以在传输数据的同时由主PC 201供电。原本连接到主PC 201的显示器202也可以通过OPC 200的I/O接口204中的VGA端口连接到OPC 200上，显示器202因此可以由主PC 201和OPC200一起共享。类似地，原本连接到主PC 201的输入设备205，如鼠标、键盘、摄像头和指向设备，也可以通过OPC 200的I/O接口204中的相应端口由OPC 200共享。在主PC 201和OPC系统200之间共享的外设还可以包括有线/无线路由器206和音频设备，如扬声器(未在图中显示)等等。

或者，OPC系统200也可以不连接和共享那些原本连接在主PC上的外设，取而代之的是配备独立的相应外设207。这些独立的外设207可以包括但不限于显示器，以便用来实时显示OPC系统200的工作状态。独立的外设207优选地被设计为具有很小的尺寸和很低的功耗，以便与OPC系统200集成。这种设置独立外设的好处是无需激活那些原本连接的外设，这样能使HOPC的总能耗降低到最小限度。

HOPC 201例如有两种工作模式：一种是所谓的正常模式，另一种是所谓的混合模式。当HOPC 210工作在正常模式时，主PC 201和OPC系统200同时工作，OPC系统200执行一些由主PC 201分配的任务。在这种模式下，HOPC 201看上去就像传统的PC，由于OPC200在后台工作，因此有时对用户而言是不可见的。必要时，由主PC 201和OPC系统200共享的显示器202能进行切换从而分别显示OPC 200和主PC 201的工作状态。其他共享的外设也可以根据需要切换至为OPC 200和/或主PC 201服务。

当HOPC 210工作在混合模式时，主PC 201处于休眠状态，OPC 200独自执行原本应该由主PC来执行的所有可能的应用程序。利用主PC通过USB端口供应的电力，例如下载电影之类的应用程序能够以超低能耗7×24小时地运行。在混合模式下，OPC 200具有能够在必要时随时唤醒主PC(即，使主PC解除休眠状态)的附加功能。例如，当主PC 201正休眠时而OPC 200正在从互联网下载电影，这时发现OPC系统的存储器满了，不能再存储新的电影，在这种情况下，OPC 200将自动发送一个唤醒信号给主PC。唤醒信号将启动主PC 201并激活，从而使用主PC 201中的存储设备来继续存储新下载的电影。存储在OPC 200中的内容也可以转存到主PC 201中，从而清空OPC 200的存储器。当下载结束或OPC 200中的存储器已被清空时，主PC 201将再次自动进入休眠，并等待下一次唤醒信号。这种唤醒过程可以由主PC 201和OPC 200自动执行，这确保了OPC 2007×24小时的稳定和可靠的运行。

OPC 200可以实现为终端用户的独立终端产品，可以以下几种形式与主PC连接或集成在主PC中，以构成HOPC。

1.OPC卡

OPC 200可以实现为常规的插卡(add-in card)，插入到设置在主PC 201的主板上的插槽中，类似于传统的声卡、显卡和网卡。OPC插卡具有内部的USB电缆和接口，用于连接到主PC 201用以与其进行通信并从主PC 201获得电力供应。OPC 200的各种I/O接口端口，如LAN、DVI、VGA和USB等，可设置在OPC的机箱托架上用于连接外围设备。

2.OPC盒式装置

OPC 200可以实现为盒式设备，适合使用在主PC 201前面板后的3.5英寸或5.25英寸内部驱动器槽中，类似于传统的CD-ROM光驱。OPC盒式设备也可以采用内部的USB电缆连接到主PC进行通信并从主PC获得电力供应。OPC可配备子卡以遍在机箱托架上提供LAN、DVI、VGA和USB等I/O接口端口，或者将这些I/O端口提供在OPC机箱的前面板上。也可以在OPC机箱的前面板上设置可选的独立外设接口，如用于连接独立的摄像头、显示器、键盘、麦克风和扬声器等。

上述两种OPC卡和OPC盒式设备都可以与当前的PC系统兼容，并且不会扩大目前PC系统的尺寸。

3.OPC显示器

OPC 200可以嵌入到显示器中，并使用额外的USB电缆或共享现有的显示器USB电缆连接到主PC进行通信，并从主机PC 201获得电力供应。可在显示器背后或显示器框架周围设置I/O接口端口，包括LAN、DVI、VGA、USB端口，以及OPC的可选的摄像头、显示器、键盘、麦克风和扬声器的端口。

4.OPC笔记本电脑

当OPC 200应用于笔记本电脑时，OPC 200可实现为笔记本电脑的嵌入式内部模块，类似于PC的插卡。OPC的各种各样的I/O接口可以设置在笔记本电脑原始I/O端口的旁边。

根据本发明的HOPC的一些具体应用介绍如下。

具体实施例1：家庭下载中心

随着互联网带宽越来越高，在基于Web的应用中，能够从互联网上下载大量数据的能力变得越来越重要。用户可下载在线高清晰度(HD)电影、实时参与在线游戏、将用户的本地数据备份到在线服务器上、下载各种应用软件和更新程序、直接从网站或通过点对点(P2P)文件共享工具(如Bit Torrent)下载并上传音乐和视频内容。所有这些在线的活动都会需要每天持续不断地从互联网下载并上传大量的数据。

传统的PC通常需要大约100瓦特的功耗来运行这些从互联网上频繁下载并上传数据的应用软件和程序。如果这些程序持续运行7×24小时，那么所消耗的高能耗将是令人无法接受的。利用这里所描述的HOPC 210，仅需要使HOPC的OPC 200部分启动来运行这些下载程序，而主PC本身可以保持休眠。这样，能耗只有几瓦，不超过传统PC运行这些程序所消耗能耗的10％。OPC 200将在其存储器(如闪存)上存储下载的数据，这将带来的另一个传统PC不具有的优势，即在储存数据时将没有噪音产生。这一优势使本发明的HOPC 210更适合7×24小时工作。只有当OPC的闪存满了时，OPC 200才会启动主PC 201并将数据上传到主PC的硬盘上。这一过程可以在需要时自动完成，而无需任何人为干预。

具体实施例2：用于远程访问的家庭/办公室数据共享中心

PC在人们的日常生活中具有很重要的作用，越来越多的人拥有一个以上的PC以便在家里、在办公室和其他地点进行工作。因此，需要能够在任何时间对存储在不同PC中的数据进行共享和访问。例如，当一个人在家里时，他可能希望访问他的办公室PC中存储的文件从而继续完成他在办公室的工作；当在聚会中时，一个人可能想访问他在家中的PC，从而给他的朋友看他存储在家中PC中的最近休假时拍摄的照片和录像；当一个人在商务旅行中时，可能希望给他的客户放映PowerPoint幻灯片，而这些PowerPoint文件存储在他办公室中的PC中。

解决上述情况的一种方式是使用如上所述的HOPC 210作为7×24小时在线可用的数据共享和调用中心。由于OPC具有低功耗因此可以7×24小时处于工作状态，并可以通过LAN或WiFi接入互联网，因此，OPC可从任何地方通过互联网远程访问，从而进行访问、使用和下载存储在HOPC210中的数据。在必要的时候，OPC 200可以作为带有存储器的独立远程终端，这是因为OPC 200可以完成传统PC能够实现的相同功能。这样，可以对OPC 200上存储的数据进行远程操控。

当无线家庭娱乐计划实现时，即各种各样的家用电器可以通过有线/无线接入来联网从而共享彼此的数据，下载并存储在HOPC 210中的高清晰度电影可以与电视机共享，并直接在电视机上通过互联网/内部网进行播放。

具体实施例3：7×24小时在线可视IP电话

随着网络带宽的增大，网络(IP)电话的使用变得越来越流行。已经出现了各种应用软件(如Skype^TM)使用户可以通过互联网拨打语音电话、即时消息、文件传输和视频会议等。用户不仅可以接听来自其他用户通过他们的计算机拨来的电话(这目前是免费的)，还可以使用普通的电话和移动电话拨打全球范围的电话，而费用比普通电话低得多。

由于具有能耗低而能保持7×24小时在线，OPC 200因此可作为持续待机的在线IP电话，这可能彻底地取代传统固定电话。这项应用可以通过在OPC 200上运行IP电话软件来实现，并为OPC 200提供独立的、或与主机PC共享麦克风、扬声器和键盘。当配备摄像头和显示器时，OPC还可以提供可视电话的功能。因为通过互联网通信，因此通过OPC 200的IP电话费用将远远低于普通电话，而通话质量是几乎相同的。随着通过OPC提供的在线IP电话，普通的电话不久将会消失。

具体实施例4：上网笔记本(Net Notebook)和上网PC(Net PC)

由于OPC 200可以处理多种任务，包括但不限于计算、视频处理、图像处理、音频处理和储存，在配备了外部设备如键盘、鼠标、音箱和显示器之后，OPC 200本身也可以作为一个微型计算机工作。如果不需要运行进行复杂计算的应用程序，则OPC在配置了专门设计的操作系统(OS)之后，可以提供几乎所有的基本应用，如互联网浏览、音乐/视频下载和播放、以及图片显示等等。另外，由于超低功耗的特性，OPC 200特别适合作为上网笔记本，因为其可以用电池提供更长的工作时间。

具体实施例5：WiFi接入点

由于OPC 200本身具有通过电缆和/或WiFi接入互联网/内部网的功能，它也可作为有线/WiFi接入点，并可以为与其相连的主PC 201、笔记本电脑和移动电话提供互联网服务。

具体实施例6：高性能图形卡

OPC 200可能配备有具有卓越图像/视频处理能力和3D引擎的SoC/CoC 101，如NVIDIA公司开发的Tegra^TM处理器，因此这些OPC可提供出色的3D用户界面(UI)图形。在某些情况下，主PC没有安装专门的图形卡，因此只有基本和简单的图片/视频处理能力，OPC 200也可以作为独立的高性能图形卡，使得主PC 201可以处理复杂的视频，如3D游戏和播放高清视频等等。

如上所述的OPC 200可涵盖从入门级用户到高端用户的各种应用需求。许多现有的应用程序可以从主PC 201转移到OPC 200上来运行。用户将拥有一个可以附加到或集成到他们的传统PC中的装置(即OPC 200)，这种装置能够7×24小时在线并具有超低功耗和稳定性。具有这一独特的功能，很多需要7×24小时运行的应用程序，如下载电影和IP电话就可以顺利实现。本发明的OPC 200还可以作为能远程访问的7×24小时在线的数据中心。

为了对本发明进行说明和描述的目的，前述已经对具体实施方式进行了描述。已经揭示的确切的方式并非穷尽性的或用以限制本发明的，在以上的教导启发下，许多种修改和变化都是可能的。选择并描述的这些实施方式，是为了更好的解释本发明的精神及其实际应用，进而使得本领域其他技术人员最好地利用本发明和多种实施方式及其具有的多种变化，以适合期望的特定用途。发明的范围由权利要求及其等效范围确定。

Claims

1.一种优化的个人计算机(OPC)系统，包括：

功耗不超过大约10瓦的多功能处理单元，所述处理单元包括其上具有多个处理器的单一芯片，其中每个处理器可操作用于执行选自计算、图形处理和音频处理中的至少一项任务；

主板，与所述多功能处理单元相连接；

存储单元，与所述主板相连接并与所述多功能处理单元进行通信；以及

I/O接口，与所述主板相连接并与所述多功能处理单元进行通信。

2.根据权利要求1所述的OPC系统，其中所述系统设置在插卡上，所述插卡配置用于插入到个人计算机的扩展槽中，所述插卡具有能够连接到所述个人计算机的接口的端口，以便从所述个人计算机接收供电，并与所述个人计算机进行通信。

3.根据权利要求1所述的OPC系统，其中所述系统设置在显示器中，所述OPC系统用于通过显示器的端口从个人计算机接收供电，并与个人计算机进行通信。

4.根据权利要求1所述的OPC系统，其中所述系统设置在盒式装置中，所述盒式装置安装在个人计算机的内部驱动器槽中，所述盒式装置具有内部电缆用于连接到个人计算机，以便从个人计算机接收供电并与个人计算机进行通信。

5.根据权利要求1所述的OPC系统，其中所述系统嵌入在笔记本电脑中或与笔记本电脑相连接。

6.根据权利要求1所述的OPC系统，其中所述存储器选自RAM、ROM、硬盘驱动器和闪存。

7.根据权利要求1所述的OPC系统，其中所述I/O接口选自通用串行总线、并行端口、串行端口、IEEE 1394、VGA、HDMI、S端子、AV、DVI、LAN和WiFi。

8.根据权利要求1所述的OPC系统，其中所述多功能处理单元是NVIDIA的Tegra^TM处理单元。

9.根据权利要求1所述的OPC系统，其中所述OPC系统通过至少一个USB端口连接到主PC，以进行数据通信和接收供电。

10.根据权利要求9所述的OPC系统，其中所述OPC系统配置为当所述OPC系统自动确认需要主PC的进一步处理能力时，所述OPC系统自动唤醒处于休眠中的主PC。

11.根据权利要求9所述的OPC系统，其中所述OPC系统具有下列功能中的一种或多种：与主PC共享外围设备的功能；运行独立于主PC的外围设备的功能。

12.根据权利要求11所述的OPC系统，其中所述外围设备选自键盘、鼠标、显示器、监视器、麦克风、扬声器、摄像头和路由器。

13.一种混合型优化的个人计算机(HOPC)系统，包括：

主PC；以及

通过至少一个USB端口连接到所述主PC的优化的个人计算机(OPC)，用于在所述OPC和主PC之间进行数据通信，并用于为所述OPC提供电源供电，所述OPC包括功耗不超过大约10瓦的多功能处理单元，所述处理单元包括其上具有多个处理器的单一芯片，其中每个处理器可操作用于执行选自计算、图形处理和音频处理中的至少一项任务。

14.根据权利要求13所述的HOPC系统，其中所述OPC配置为当主PC处于休眠状态时，所述OPC持续运行。

15.根据权利要求13所述的HOPC系统，其中所述OPC由所述主PC自动分配任务用于代替主PC执行特定的计算任务。

16.根据权利要求13所述的HOPC系统，其中所述特定的计算任务选自下列任务中的一种或多种：从网络上下载数据、将数据上载到网络上、图像处理、网络(IP)电话服务、备份数据。

17.一种用于提供持续优化的计算的方法，所述方法包括：

将主计算系统的计算任务自动分配给与主计算系统相连的从计算系统，其中所述从计算系统包括功耗不超过大约10瓦的多功能处理单元，所述处理单元包括其上具有多个处理器的单一芯片，其中每个处理器可操作用于执行选自计算、图形处理和音频处理中的至少一项任务；以及

当从计算系统的资源耗尽时，将所述任务的执行自动转移到主计算系统上进行。

18.根据权利要求17所述的方法，其中当所述主计算系统处于休眠状态时发生计算任务的分配。

19.根据权利要求17所述的方法，其中从计算系统的功耗低于主计算系统的功耗，并且从计算系统通过USB连接到主计算系统并由主计算系统供电。

20.根据权利要求17所述的方法，其中所述从计算系统的功耗不超过大约10瓦。