CN101937888B - 用于控制电路板上多个单元散热的电路、系统及方法 - Google Patents

用于控制电路板上多个单元散热的电路、系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于控制电路板上多个单元散热的电路、系统及方法。所述电路包括第一逻辑或运算单元，用于对由所述多个单元的每一个输出的第一组信号进行逻辑或运算，所述第一组信号中的一个信号表示输出该信号的单元是否达到过热状态，并输出所述第一逻辑或运算后得出的信号来控制连接到所述第一逻辑或运算单元的过热保护单元.所述电路还包括第二逻辑或运算单元，所述第二逻辑或运算单元用于对由所述多个单元其中任意一个输出的表示单元的工作负载与内核温度之间关系的第二信号、从除了输出所述第二信号以外的每个单元输出的表示单元是否已经达到报警状态的第三组信号和从所述过热保护单元输出的第四信号进行逻辑或运算。

Description

用于控制电路板上多个单元散热的电路、系统及方法
技术领域
本发明涉及芯片散热技术领域，更确切地说，涉及为处于同一电路板上的多个单元散热的方法、电路及系统。
背景技术
随着人们对计算性能的追求越来越高，现有的单一处理器或单内核的性能已无法满足日益增长的图像处理应用需求。因此，出现了诸如多核处理器、单显卡多GPU等解决方案，如ATi公司开发的Gemini GPU技术，NVIDIA公司开发的SLI技术等等。这类技术通常是在同一块显卡上设置一个以上的图形处理单元(GPU)，以达到双倍甚至多倍的计算性能，但同时带来了由于多个GPU同时高负载运转时导致的高发热量的问题。
图1示出了一种现有的具有双GPU架构的图形卡。如图1所示，图形卡100上设置有第一GPU 101和第二GPU 102。根据对图形处理性能的不同需求，第一GPU和第二GPU可分别独立工作、交替工作或同时工作。由于GPU在工作时其内核温度会随着工作负载的加重而升高，当内核温度达到报警温度(例如大约95℃)时，GPU满负载工作，GPU的工作性能将会下降。如果GPU的内核温度继续升高达到过热温度(例如大约125℃)时，GPU会自行关闭以防止GPU可能会受损。因此，在现有的图形卡中通常设置有为GPU进行散热的风扇103，如图1所示。现有的双GPU图形卡的散热方式是通过监测第一GPU 101的工作温度来控制风扇103的转动从而实现散热。具体地，当第一GPU 101工作在低负载的情况下，风扇转动地很慢甚至停止转动，以降低由风扇转动所产生的噪音，保证系统静音工作；而当第一GPU 101在高负载下工作时，风扇旋转速度加快或全速旋转，以保证提供足够的散热能力对GPU进行冷却，以防止GPU过热。
图2示出了如图1所示的现有的双GPU图形卡的风扇控制电路图。图2示出了第一图形处理单元(以下称为GPU_1)201、第二图形处理单元(以下称为GPU_2)202、过热保护单元203和风扇控制单元204。第一逻辑或运算单元(以下称为OR_1)205和第二逻辑或运算单元(以下称为OR_2)206。GPU_1 201的PWM_1端输出一个方波信号(以下称为PWM_1信号)，该信号反应了GPU_1 201的内核温度和工作负载的关系，该方波信号的占空比越大，表示GPU_1 201的内核温度越高，即工作的负载越大。PWM_1信号经由OR_2 206运算后控制风扇的旋转速度。风扇控制电路204是高电平使能电路，即输入的控制信号的占空比越大，风扇104的转速就会越高，从而为高负载工作的GPU进行降温。当信号的占空比达到100％时，说明GPU_1 201处于满负载工作状态，此时驱动风扇全速旋转尽可能快地为GPU降温。
当GPU过热且需要立即关断时，GPU_1 201和GPU_2 202会从其相应的端口OVERTEM_1和OVERTEM_2输出一过热报警信号。在该状态下，GPU的内核温度通常例如大约在125℃或更高。该过热报警信号被输入到OR_1 205进行逻辑或运算，将运算结果将输入到过热保单元203，过热保护单元203在这里是一锁存电路，用于防止GPU和图形卡过热。特别地，当GPU_1 201和GPU_2 202其中任一的内核温度已达到了过热温度，OVERTEM_1端口或OVERTEM_2会输出一使能信号给过热保护单元203。该使能信号会触发过热保护单元203的状态发生翻转并被锁存，同时在其OUTPUT端口输出一控制信号(以下称为OUTPUT信号)。同时，从SHUTDOWN端口203b输出一控制信号，用于切断该两个GPU的供电电源。只有当用户通过RESET端口203a重新输入一使能信号时，过热保护单元203的锁存状态才会被解除从而使GPU恢复工作。另外，将过热保护单元203的OUTPUT信号也输入到OR_2 206来与PWM_1信号进行逻辑或运算，所产生的结果用于控制风扇以特定的速度转动从而为GPU进行降温。
如上所述，这种控制风扇的方式只是(通过PWM_1信号)监测GPU_1 201的工作状况和(通过OUTPUT信号)监测GPU_1 201和GPU_2 202的过热状况。一旦出现GPU_2 202的工作负载很高而GPU_1 201的工作负载很低时，由于GPU_1 201输出的PWM_1信号占空比会很小，使得风扇转动得很慢甚至不转动。然而，此时GPU_2 202的内核温度可能会由于没有散热途径而升高地很快。结果，GPU_2 202的内核温度会快速升高直至达到过热保护温度，导致GPU_1 201和GPU_2 202由于过热保护单元203的启动而关断。如果这种现象频繁发生，会导致用户不得不多次将过热保护单元203进行复位以便恢复工作，为用户带来很大不便。
因此，需要一种改进的电路和方法以便能及时启动风扇为GPU进行散热降温，优选在任何一个GPU刚达到报警温度之前就能对其及时进行散热，以避免GPU由于很快达到过热而频繁关闭。
发明内容
在发明内容部分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。
为解决上述现有技术中的问题，本发明提供了一种用于控制为电路板上的多个单元进行散热的装置的电路，包括：连接到所述多个单元的第一逻辑或运算单元，所述第一逻辑或运算单元用于对由所述多个单元的每一个输出的第一组信号进行逻辑或运算，并输出所述第一逻辑或运算后得出的信号来控制连接到所述第一逻辑或运算单元的过热保护单元，其中所述第一组信号中的一个信号表示输出该信号的单元是否达到过热状态，所述过热保护单元用于当所述多个单元中的任意一个过热时关断所述多个单元；以及连接到所述多个单元和所述过热保护单元的第二逻辑或运算单元，所述第二逻辑或运算单元用于对由所述多个单元其中任意一个输出的第二信号、从所述多个单元中除了输出所述第二信号以外的每个单元输出的第三组信号和从所述过热保护单元输出的第四信号进行逻辑或运算，所述第二逻辑或运算单元用于将所述第二逻辑或运算后得出的信号输出以控制所述散热装置的操作，其中所述第二信号表示输出所述第二信号的单元的工作负载与内核温度之间的关系，所述第三组信号表示输出所述第三组信号的各个单元是否已经达到报警状态，所述第四信号表示所述多个单元中任何一个单元是否已经达到过热状态。
一种用于控制电路板上的多个单元进行散热的装置的方法，所述方法包括：选择由所述多个单元中的每一个输出的第一组信号，其中所述第一组信号中的信号表示输出该信号的单元是否达到过热状态；对所选择的第一组信号进行逻辑或运算，并使用运算得出的信号控制过热保护单元，所述过热保护单元用于当所述多个单元中的任意一个单元过热时关断所述多个单元中的每一个；选择由所述多个单元其中之一输出的第二信号，所述第二信号表示输出所述第二信号的单元的工作负载和内核温度之间的关系；选择从所述多个单元中除了输出所述第二信号以外的每个单元输出的第三组信号，所述第三组信号表示输出所述第三组信号中的信号的各个单元是否达到报警状态；选择所述过热保护单元输出的第四信号，所述第四信号表示所述单元中任何一个单元是否达到过热状态；将所述第二信号、第三组信号和第四信号进行逻辑或运算，并将逻辑运算得出的信号控制所述散热装置的操作。
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示出了现有技术中具有双GPU架构的图形卡示意图；
图2示出了如图1所示的现有双GPU图形卡的风扇控制电路图；
图3a示出了根据本发明实施例的用于双GPU图形卡的风扇控制的示例性电路图；
图3b示出了图3a中的控制电路的一种示例性实现方式；
图4示出了根据本发明实施例的为包含多个GPU的图形卡进行风扇控制的示例性电路图；
图5示出了根据本发明实施例的为包含多个GPU的图形卡进行风扇控制电路的示例性方法流程图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
参照图3a，示出了根据本发明实施例的用于双GPU图形卡的风扇控制电路的示例性电路图。图中示出了第一图形处理单元(以下称为GPU_1)301、第二图形处理单元(以下称为GPU_2)302、过热保护单元303、风扇控制单元304、第一逻辑或运算单元(以下称为OR_1)305和第二逻辑或运算单元(以下称为OR_2)306。GPU_1 301和GPU_2 302分别在各自的OVERTEM_1和OVERTEM_2端口输出过热报警信号，经过OR_1 305的逻辑或运算后，输出至过热保护单元303。当GPU_1 301和GPU_2 302其中任意一个工作在超重负载状态时，其内核温度将达到引起GPU发生过热的温度，例如通常设置为125℃。此时，将从该GPU的OVERTEM端口输出一使能信号，该信号将导致过热保护单元303的状态立即发生翻转且被锁存，同时，在过热保护单元303的OUTPUT端口输出一个高电平信号。同时，在SHUTDOWN 303b端口输出一个控制信号，用于切断GPU_1 301和GPU_2 302的供电电源。只有当用户在RESET 303a端口输入一个使能信号后，过热保护单元303的锁存状态才会被解除，GPU_1 301和GPU_2 302才会重新工作。
根据本发明的实施例的电路包含一风扇控制单元304，通过OR_2 306对三个信号进行逻辑或运算后输出的结果信号来控制该风扇控制单元304。这三个信号分别是：从GPU_1 301的PWM_1端口输出的信号，表示GPU_1 301的内核温度和其工作负载之间的关系，优选是具有方波形状的信号；从GPU_2302的ALERT_2端口输出的信号，该信号称为ALERT_2信号，表示GPU_2 302是否达到报警状态；以及从过热保护单元303的OUTPUT端口输出的信号，该信号表示是否有任意一个GPU已经达到过热状态。例如，风扇控制单元304的FAN_CONTROL_INPUT输入信号为：
FAN_CONTROL_INPUT＝(GPU_1的PWM_1信号)OR(过热保护单元的OUTPUT信号)OR(GPU_2的ALERT_2信号)
ALERT_2信号代表GPU_2 302的一个临界工作状态，即当ALERT_2信号启动时，表示GPU_2 302处在满负载工作状态且不能再承受增加任何负载。此时GPU_2 302需要立即降温。例如，当GPU的内核温度达到95℃时对应于该状态。
在以上述方式控制风扇控制单元304的过程中，当GPU_1 301和GPU_2302工作在正常负载下时，ALERT_2信号和OUTPUT信号将不会启动，此时风扇控制单元304仅仅通过GPU_1 301输出的PWM_1信号控制，GPU_1 301的工作负载和内核温度越高，输出方波信号的占空比越大，风扇的转速越快。当占空比达到100％，表示GPU_1 301处于满负载工作状态，为尽快降低GPU_1301的温度而使风扇全速旋转。一旦GPU_2 302的内核温度随着其工作负载的增大而上升并达到其报警温度，会输出一使能信号ALERT_2并在OR_2 306的输出端产生一使能信号。所产生的信号输出至风扇控制单元304，进而使得风扇全速旋转而冷却GPU_2。如果GPU_1 301和GPU_2 302其中任意一个的工作负载继续增加，则其内核温度继续增加并达到过热报警温度。此时，过热保护单元303在其SHUTDOWN端口303b输出一使能信号以切断GPU_1 301和GPU_2 302的供电，防止其过热损坏。这样，能够使任一GPU在达到导致其过热的温度之前及时冷却。例如，可以在距离GPU过热温度还有30℃的时候对GPU进行及时冷却，避免了GPU由于迅速过热而导致的频繁关断。
通过将GPU_2 302的ALERT_2信号引入并与现有的风扇控制信号进行逻辑或运算来实现散热的效果。选择GPU_2 302的ALERT_2信号而不是PWM_2信号(该信号也能反映GPU的内核温度随其工作负载的变化)的主要原因是，不同GPU之间的PWM信号可能是异步信号。如果由GPU_1 301的PWM_1信号和GPU_2 302的PWM_2信号进行逻辑或运算得出的信号来控制风扇控制单元304，很可能导致当GPU_1 301和GPU_2 302都工作在低负载状态下，各自输出的PWM方波信号都有很低的占空比，但是由于这些信号之间的异步性在经过逻辑或运算后可能会输出一个高占空比的控制信号。因此会导致风扇控制单元304误以为GPU具有高内核温度且需要快速冷却，从而使得风扇高速旋转。而风扇的高速旋转将带来较大的噪音，不利于实现整个系统的静音工作。
参照图3b，示出了图3a中的控制电路的一个具体电路图。在本实施例中，风扇控制单元304可以是一个高电平使能电路，OR_2 306的控制通过导通方向即为电路中信号传输方向的多个二极管实现。如图所示，每一个信号通过各自的二极管输入至OR_2 306。如果GPU_1 301的PWM_1信号、GPU_2 302的ALERT_2信号、过热保护单元303的OUTPUT信号中的任一信号变为高电平，则输入到风扇控制单元304的电平被拉至高电平；如果上述三个信号中任意一个是低电平信号，则其相应的二极管截止，阻止了信号输入到风扇控制单元304。这样，避免了在风扇控制单元304的输入处产生信号竞争。
类似地，在该实施例中过热保护单元303可以是一低电平使能电路，因此可采用沿信号流向反向导通的多个二极管来实现OR_1 305。从图中可知，每一个信号各自通过相应的二极管输入到OR_1 305。如果GPU_1 301的OVERTEM_1信号和GPU_2 302或OVERTEM_2信号变为低电平信号，则输入到过热保护单元303的信号被拉低至低电平；如果上述的两个信号中任意一个是高电平信号，则其相应的二极管截止，阻止了信号输入到过热保护单元303。这样，避免了在过热保护单元303的输入处产生信号竞争。
本领域技术人员可以理解的是，这里使用的二极管只是实现第一逻辑或运算单元305和第二逻辑或运算单元306的一种具体的实现方式，也可以采用本领域已知的或常用的其他任何电路形式。
参考图4，示出了根据本发明实施例的多GPU图形卡的风扇控制电路图。在图4中，如果将新的GPU_n(n是大于2的整数)同一图形卡上现有的多个GPU设置在一起，则该电路仅需将GPU_n的OVERTEM_n端口输出的信号引入到OR_1 405作为其输入，并与现有的所有输入信号进行逻辑或运算。同时，将GPU_n的ALERT端口的输出的报警信号引入至OR_2 406作为其输入，并与现有的信号进行逻辑或运算进而一起控制风扇。需要注意的是，PWM信号可以选自该多个GPU中的任意一个。根据本实施例，仅需一个GPU的PWM信号用来控制风扇即可。
参考图5，示出了根据本发明实施例的包含多个GPU的图形卡的风扇控制电路的方法流程图。在步骤501，选择从所有的GPU中输出的表示该GPU是否达到过热状态的信号。在步骤502，将所有这些信号进行逻辑或运算，并将逻辑或运算后得到的信号作为过热保护单元的输入信号。在步骤503，选择其中任意一个GPU及其表示其负载和内核温度的关系的输出信号。接下来在步骤504，从所有其他的GPU中选择表示该GPU是否达到报警状态的信号输出。在步骤505，选择从过热保护单元输出的表示是否已经有任一GPU达到过热状态的信号。在步骤506，将从步骤503、504和505中选择的所有这些信号进行逻辑或运算，并将逻辑或运算得出的信号用于控制风扇的操作。例如，该得出的信号可以用于控制风扇的旋转速度。
除了图形卡上的多个GPU，上述的电路和方法还可以适用于其他种类的需要对多个单元进行散热的芯片、处理器、电路板和插入卡。风扇也可以由其他的散热装置来代替。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内，此外，本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (20)

1.一种用于控制为电路板上的多个单元进行散热的装置的电路，包括：
连接到所述多个单元的第一逻辑或运算单元，所述第一逻辑或运算单元用于对由所述多个单元的每一个输出的第一组信号进行逻辑或运算，并输出所述第一逻辑或运算后得出的信号来控制连接到所述第一逻辑或运算单元的过热保护单元，其中所述第一组信号中的一个信号表示输出该信号的单元是否达到过热状态，所述过热保护单元用于当所述多个单元中的任意一个过热时关断所述多个单元；以及
连接到所述多个单元和所述过热保护单元的第二逻辑或运算单元，所述第二逻辑或运算单元用于对由所述多个单元其中任意一个输出的第二信号、从所述多个单元中除了输出所述第二信号以外的每个单元输出的第三组信号和从所述过热保护单元输出的第四信号进行逻辑或运算，所述第二逻辑或运算单元用于将所述第二逻辑或运算后得出的信号输出以控制所述散热装置的操作，其中所述第二信号表示输出所述第二信号的单元的工作负载与内核温度之间的关系，所述第三组信号表示输出所述第三组信号的各个单元是否已经达到报警状态，所述第四信号表示所述多个单元中任何一个单元是否已经达到过热状态。
2.如权利要求1所述的电路，其中所述散热装置为风扇，所述散热装置的所述操作是旋转所述散热装置的风扇。
3.如权利要求1所述的电路，其中所述多个单元为图形处理单元或者中央处理单元或其任意组合。
4.如权利要求1所述的电路，其中所述过热状态为单元的内核温度达到大约125℃。
5.如权利要求1所述的电路，其中所述报警状态为单元的内核温度达到大约95℃。
6.如权利要求1所述的电路，其中所述第二信号具有方波波形。
7.如权利要求1所述的电路，其中所述过热保护单元具有用于通过外部输入将所述单元进行重置的输入端。
8.一种包含位于电路板上的多个单元的系统，用于控制电路板上的多个单元进行散热的装置，所述系统包括：
过热保护单元，用于当所述单元中任一单元过热时关断全部所述单元；
散热装置控制单元，用于控制所述散热装置的操作；
连接到所述多个单元的第一逻辑或运算单元，所述第一逻辑或运算单元用于对由所述多个单元的每一个输出的第一组信号进行逻辑或运算，并输出所述第一逻辑或运算后得出的信号来控制连接到所述第一逻辑或运算单元的过热保护单元，其中所述第一组信号中的一个信号表示输出该信号的单元是否达到过热状态；以及
连接到所述多个单元和所述过热保护单元的第二逻辑或运算单元，所述第二逻辑或运算单元用于对由所述多个单元其中任意一个输出的第二信号、从所述多个单元中除了输出所述第二信号以外的每个单元输出的第三组信号和从所述过热保护单元输出的第四信号进行逻辑或运算，所述第二逻辑或运算单元用于将所述第二逻辑或运算后得出的信号输出以控制所述散热装置的操作，其中所述第二信号表示输出所述第二信号的单元的工作负载与内核温度之间的关系，所述第三组信号表示输出所述第三组信号的各个单元是否已经达到报警状态，所述第四信号表示所述多个单元中任何一个单元是否已经达到过热状态。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述散热装置为风扇，所述散热装置的所述操作是旋转所述散热装置的风扇。
10.如权利要求8所述的系统，其中，所述多个单元为图形处理单元或者中央处理单元或其任意组合。
11.如权利要求8所述的系统，其中所述过热状态为单元的内核温度达到大约125℃。
12.如权利要求8所述的系统，其中所述报警状态为单元的内核温度达到大约95℃。
13.如权利要求8所述的系统，其中所述第二信号具有方波波形。
14.如权利要求8所述的系统，其中，所述过热保护单元具有用于通过外部输入将所述单元进行重置的输入端。
15.一种用于控制电路板上的多个单元进行散热的装置的方法，所述方法包括：
选择由所述多个单元中的每一个输出的第一组信号，其中所述第一组信号中的信号表示输出该信号的单元是否达到过热状态；
对所选择的第一组信号进行逻辑或运算，并使用运算得出的信号控制过热保护单元，所述过热保护单元用于当所述多个单元中的任意一个单元过热时关断所述多个单元中的每一个；
选择由所述多个单元其中之一输出的第二信号，所述第二信号表示输出所述第二信号的单元的工作负载和内核温度之间的关系；
选择从所述多个单元中除了输出所述第二信号以外的每个单元输出的第三组信号，所述第三组信号表示输出所述第三组信号中的信号的各个单元是否达到报警状态；
选择所述过热保护单元输出的第四信号，所述第四信号表示所述单元中任何一个单元是否达到过热状态；
将所述第二信号、第三组信号和第四信号进行逻辑或运算，并将逻辑运算得出的信号控制所述散热装置的操作。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述散热装置为风扇，所述散热装置的操作是旋转所述散热装置的风扇。
17.如权利要求15所述的方法，其中，所述多个单元为图形处理单元或者中央处理单元或其任意组合。
18.如权利要求15所述的方法，其中所述过热状态为单元的内核温度达到大约125℃。
19.如权利要求15所述的方法，其中所述报警状态为单元的内核温度达到大约95℃。
20.如权利要求15所述的方法，其中所述过热保护单元具有用于通过外部输入将所述单元进行重置的输入端。
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