CN107924692A - 用于热电存储器温度控制的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了体现在存储器管理模块中的或作为存储器管理模块的系统、方法和计算机程序，其用于对存储器进行热控制以改善其性能。一个示例性实施例包括存储器、一个或多个处理器和热电冷却设备。一个或多个处理器经由电耦合到存储器的存储器控制器来访问存储器。热电冷却设备被配置为响应于存储器的预测的温度变化来对存储器进行热控制。

Description

用于热电存储器温度控制的系统和方法
背景技术
计算设备(例如，服务器、桌面型或膝上型个人计算机、平板计算机、智能电话、便携式游戏控制台等)以及其他电子组件和设备可以包括用于访问存储器的一个或多个处理器，所述存储器经由总线电耦合到存储器控制器。这样的设备的处理能力和存储器性能持续增加，以满足消费者和工业需求。可能令人期望的是使用在设备和应用中提供尽可能最高性能的存储器，所述设备和应用例如服务器、图形引擎、网络处理器、搜索处理器、国防电子设备和汽车电子设备。然而，随着存储器带宽的增加，存储器温度的变化可能变得更加成问题，并且可能对存储器的预期性能和操作产生负面影响。
例如，在现有的动态随机存取存储器(DRAM)接口(例如，低功耗双倍数据速率(LPDDR)、图形双倍数据速率(GPDDR)、高带宽存储器(HBM)、混合存储器立方(HybridMemory Cube，HMB)等)中，总线定时参数可能受到温度变化的不利影响。高性能的DRAM接口必须在其时间预算中处理极小的容差，以达到增加的信令速率。当前的DRAM支持能够例如以高达和超过7千兆字节每秒(Gbs)的速度与片上系统(SoC)通信的外部接口。受温度变化影响的关键DRAM定时参数的一个示例是DRAM内部时钟选通和数据总线输入/输出(I/O)引脚(在本领域中被称为“DQ”引脚)之间的定时路径。该定时路径源自DQ选通接收器引脚(在本领域中被称为“DQS”引脚)，并且然后扇出到每个DQ引脚。即使DRAM中的温度变化相对小，也可能改变DQS信号沿该定时路径的延迟，这直接影响SoC与DRAM总线之间的通信速度。这是因为DQS信号的上升沿和下降沿被用于采样DQ信号，并且DQS沿理想地应当与每个DQ比特的中心(中间信号转换)对齐，以确保DQ在其被采样时是稳定的并具有正确的(逻辑高或逻辑低)电压。DQS延迟的变化可能导致过早或过晚地(即，偏离理想中心点)采样DQ，在此期间DQ可能不稳定或者可能不处于适当的电压。
用于解决DRAM温度漂移的现有解决方案是有限的。对于较低的频率(例如，在2Gbs之下)，DRAM温度变化可以通过对SoC到DRAM接口的过度设计或过度裕量来处理，使得任何温度漂移值都不会违反任何定时。然而，随着频率的增加，可能无法过度设计系统。因此，必须定期测量DRAM温度漂移，并且如果DQS的定时漂移超过门限，则必须执行定时再校准。在再校准期间，系统测量DQS温度漂移量，并且然后通过在SoC内使用可编程延迟电路在DQS信号上插入或移除时间延迟来进行补偿。取决于工作负载，系统温度和DRAM温度可能上升和下降，这导致温度诱导的定时漂移。如果未被纠正，定时漂移可能导致接口上的比特错误。此外，当以这种方式解决定时漂移时存在性能惩罚。定期再校准使DRAM离线，在此期间不能访问DRAM数据，从而降低存储器性能。随着存储器速度持续增加，这些问题只会加剧。
因此，存在对用于管理存储器温度变化的改进的系统和方法的需求，所述存储器温度变化可能对存储器(例如，DRAM)的性能和操作产生负面影响。
发明内容
公开了用于对存储器进行热控制的系统、方法和计算机程序，并且特别是存储器管理模块。一个示例性实施例是包括存储器、一个或多个处理器和热电冷却设备的系统。一个或多个处理器经由电耦合到存储器的存储器控制器来访问存储器。热电冷却设备被配置为响应于存储器的预测的温度变化来对存储器进行热控制。
另一示例性实施例是由存储器管理模块执行的用于对存储器进行热控制的方法。确定由一个或多个处理器经由存储器控制器访问的存储器的温度。基于存储器的温度，预测存储器的温度变化。响应于所预测的温度变化来经由热电冷却设备对存储器进行热控制。
附图说明
在附图中，除非另有指示，否则相似的附图标记贯穿各个视图指代相似的部分。对于具有诸如“102A”或“102B”之类的字母字符标示的附图标记，字母字符标示可以区分出现在相同图中的两个相似部分或元素。在所有附图中，当附图标记旨在包括具有相同附图标记的所有部分时，可以省略附图标记的字母字符标示。
图1是用于经由热电冷却设备来使存储器热稳定的系统的示例性实施例的框图。
图2是示出在图1的用于使存储器温度温度的系统中实现的方法的示例性实施例的流程图。
图3是用于经由热电冷却设备来使DRAM温度稳定的系统的另一示例性实施例的框图。
图4是示出在图3的用于经由热电冷却设备来控制DRAM温度稳定化的系统中实现的方法的示例性实施例的流程图。
图5是用于确定用于示例性热电冷却设备的功率输入的查找表的示例性实施例。
图6是包括具有堆叠DRAM布置的、图3的系统的电子封装的示例性实施例的侧视图。
图7是包括具有非堆叠DRAM的、图3的系统的电子封装的另一示例性实施例的侧视图。
图8是用于提供分布式热电存储器温度稳定化的多层、分扇区的电子封装的示例性实施例的侧视图。
图9是图8的多层、分扇区的电子封装的俯视等距视图。
图10a是图8的多层、分扇区的电子封装中的底部SoC层的俯视图。
图10b是图8的多层、分扇区的电子封装中的中间DRAM层0的俯视图。
图10c是图8的多层、分扇区的电子封装中的中间DRAM层1的俯视图。
图10d是图8的多层、分扇区的电子封装中的顶部热电冷却层的俯视图。
图11是用于并入热电存储器温度稳定化的计算机的示例性实施例的框图。
图12是用于并入热电存储器温度稳定化的便携式通信设备的示例性实施例的框图。
具体实施方式
本文中使用词语“示例性”来意指“用作示例、实例或说明”。本文中被描述为“示例性”的任何方面未必被解释为优选的或与其他方面相比更具优势的。
在本描述中，术语“应用”还可以包括具有可执行内容的文件，例如：目标代码、脚本、字节代码、标记语言文件和补丁。另外，本文中提及的“应用”还可以包括本质上不可执行的文件，例如可能需要被打开的文档或需要被访问的其他数据文件。
术语“内容”还可以包括具有可执行内容的文件，例如：目标代码、脚本、字节代码、标记语言文件和补丁。另外，本文中提及的“内容”还可以包括本质上不可执行的文件，例如可能需要被打开的文档或者需要被访问的其他数据文件。
如在本描述中所使用的，术语“组件”、“数据库”、“模块”、“系统”等旨在指代与计算机有关的实体，硬件、固件、硬件和软件的组合、软件或者执行中的软件。例如，组件可以是但不限于是运行于处理器上的过程、处理器、对象、可执行文件、执行的线程、程序和/或计算机。通过说明的方式，运行于计算设备上的应用和计算设备二者都可以是组件。一个或多个组件可以位于过程和/或执行的线程内，并且组件可以本地化于一台计算机上并且/或者分布于两台或更多台计算机之间。另外，可以从其上存储有各种数据结构的各种计算机可读介质执行这些组件。组件可以例如根据具有一个或多个数据分组的信号(例如，来自一个组件的数据，该组件通过信号与本地系统、分布式系统中和/或跨越诸如具有其他系统的互联网之类的网络的另一组件进行交互)通过本地和/或远程过程进行通信。
图1示出了用于经由热电冷却设备110来管理由存储器102经历的温度变化的系统或存储器管理模块100的示例性实施例。系统100可以并入各种类型的计算设备(例如，服务器、桌面型或膝上型个人计算机、平板计算机、智能电话、便携式游戏控制台等)以及其他电子组件、封装和设备中。
系统100可以包括向存储器102请求存储器资源(例如，读取和写入操作)的一个或多个处理器104。处理器104可以包括一个或多个处理单元(例如，中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、数字信号处理器(DSP)、视频处理器、调制解调器处理器等)或请求对存储器102读取/写入访问的任何其他客户端。处理器104与存储器控制器132通信。存储器控制器132经由数据总线106与存储器102通信。存储器控制器132管理相对于一个或多个处理器104往返于存储器102的数据流。
系统100还包括温度稳定器114以及功率管理器116，所述温度稳定器114可以与处理器104(或系统100中的其他组件)通信。温度稳定器114可以用硬件、软件和/或固件来实现。应当领会是，软件可以由任何适当的处理设备(例如，处理器104)执行。温度稳定器114通常可以包括用于控制热电冷却设备110的逻辑单元。热电冷却设备110可以热耦合到存储器102和散热器(heat sink)112之间的散热层(heat spreader)108。
如下面更详细地描述的，温度稳定器114可以被配置为预测存储器102的温度何时可能由于在系统100的操作期间生成的热量和/或由于包含系统100的设备之外的环境温度的任何上升或下降而导致的上升或下降。可以由温度稳定器114预测存储器温度变化，例如通过监控存储器102的目前温度和正由一个或多个处理器104执行的当前工作负载。
在其他示例性实施例中，温度稳定器114可以考虑的另外的数据可以包括处理器104的目前温度和包含系统100的设备之外的环境温度。其他数据可以包括可能导致存储器102发热的其他热生成组件的目前和/或预测的工作负载。
温度稳定器114可以响应于预测的温度变化，通过控制/调节热传递136的量来使存储器102热稳定。具体而言，热传递136的量可以由热电冷却设备110控制或调节。可以由温度稳定器114根据如由温度稳定器114确定的预测的温度变化来生成并提供信号给功率管理器116。
在示例性实施例中，温度稳定器114可以向功率管理器116发送信号。响应于来自温度稳定器114的信号，功率管理器116可以产生可以控制电源(未示出)提供给热电冷却器设备110的电压或电流的信号。对热电冷却器的电压和/或电流的这种调整可以允许从存储器102通过散热器112向表面气流138更多或更少的热传递136。
当温度稳定器114预测存储器102的温度上升时，来自稳定器114的控制信号可以指示功率管理器116将去往散热器112的热传递134增加可以可以阻止存储器102的温度上升的量，或者其可以降低存储器102的温度上升速率。
类似地，当温度稳定器预测存储器102的温度下降时，控制信号可以指示功率管理器116将去往散热器112的热传递134的量减少可以阻止存储器102的温度下降的量，或者其可以降低存储器102的温度下降速率。
以这种方式，温度稳定器114可以主动地减少或“稳定”可能负面影响存储器性能和/或操作的存储器温度变化。应当领会的是，来自稳定器114的这种热稳定化可以被配置为消除或显著减少快速温度变化、过滤掉温度波动(在图表中表示为潜在的峰和谷)、保持预定的/计算的期望的时间间隔内的期望的平均温度、和/或其中存储器102的温度保持在大致恒定的温度的大致等温条件。结果，可以减小DQS信号的定时漂移的幅度和速率，这可以有利地减少执行任何定时再校准的需要。
在一个示例性实施例中，热电冷却设备110可以包括珀尔帖型热电冷却器。这种冷却设备110在本领域中可以被称为热电冷却器(TEC)或热电模块(TEM)。珀尔帖冷却模块的示例性类型包括但不限于高性能型、高温型、微型、多阶段型、圆形(+/-)中心孔、矩形(+)中心孔、串并联型和标准型的珀耳帖冷却模块。然而，系统100不限于TEC或TEM。如本领域普通技术人员所理解的，系统100还可以采用热磁冷却器或热离子发射冷却器作为TEM的替代冷却设备110。
TEC通常在两种不同类型的材料的接合处之间创造热通量。如图1所示，热电冷却设备110包括底部“被冷却”侧124和上部“热”侧126。底部侧124热耦合到散热层108的上侧122。上侧126热耦合到散热器112的下侧128。散热层108的下侧118热耦合到存储器102的上表面120。存储器102可以是单个管芯或者可以由多个管芯构成。管芯可以水平地位于同一平面内，或者可以垂直地堆叠。管芯可以被组装到衬底上并且使用模具热封装以形成封装。
当电流流过热电冷却设备110时，设备110可将热量从一侧(即下侧124)传递到另一侧(即上侧126)，使得由于如热量箭头136的方向所指示的热传递，一侧124实际上“变得更冷”而另一侧126“变得更热”。上部“热”侧126热耦合到散热器112，使得热量136可以通过散热器112传递到表面气流138，而下侧124实际上“被冷却”，这是由于热量从冷却设备110的下侧124移除或传递到上侧126。
图2示出了用于基于预测的温度变化经由热电冷却设备110使存储器102热稳定的方法200的示例性实施例。应当领会的是，温度稳定器114或系统100的其他组件可以实现方法200的一个或多个方面。在框202处，可以由温度稳定器114确定存储器102的目前温度。例如图1所示的一个或多个温度传感器322a、322b、322c和322d可以将存储器102内的一个或多个物理位置的局部温度报告给温度稳定器114。每个温度传感器322可以包括例如一个或多个与绝对温度成比例的(PTAT)的温度传感器，所述温度传感器是基于已知可与CMOS超大规模集成(VLSI)电路一起使用的类型的垂直PNP结构的。在其他示例性实施例中，温度传感器322可以包括例如一个或多个热敏电阻。响应于温度，温度传感器322可能产生电压降。模数转换器(ADC)控制器(未示出)可以将电压降转换为数字信号，并且可以向温度稳定器114提供数字信号。可以采用PTAT传感器322和热敏电阻传感器322的组合。然而，在其他示例性实施例中，可以采用其他类型的热传感器或温度传感器322而不脱离本公开内容的范围。
如图1所示，系统100可以包括一个或多个负载传感器318，其用于测量与处理器104和/或存储器102相关联的各种负载。在一个实施例中，负载传感器318可以包括处理器使用率负载传感器、存储器带宽负载传感器、或用于测量可能导致存储器温度变化的操作条件的任何其他传感器。处理器使用率负载传感器可以报告一个或多个处理器104的当前计算工作负载。存储器带宽负载传感器318可以报告由一个或多个处理器104使用的当前存储器带宽。存储器102可以包括具有相应温度传感器322的一个或多个存储器设备或芯片。温度稳定器114可以从温度传感器322读取局部温度。
在框204处，可以由与一个或多个处理器104相关联的温度稳定器114来确定当前工作负载。工作负载可以包括与特定处理器104当前在执行的工作负载的量相对应的值。在一个实施例中，工作负载值可以包括处理器使用百分比(例如，SoC工作功率)和/或处理器存储器带宽(例如，存储器功率)。
在框206处，温度稳定器114基于目前存储器温度、处理器使用率和/或存储器带宽来预测存储器102的温度变化。预测的温度变化可以涉及计算温度变化速率(即，斜率)或相对于预定量的温度差。根据预测的温度变化，通过控制热电冷却设备110来使存储器102热稳定。
如果预测的温度变化包括存储器102的温度上升(决策框208)，则温度稳定器114向功率管理器116发送控制信号，以增加去往热电冷却设备110的功率，从而引起热传递136的增加(框210)。如果预测的温度变化包括存储器102的温度下降(决策框212)，则温度稳定器114向功率管理器116发送控制信号，以减少去往热电冷却设备110的功率，从而引起热传递136的减少(框214)。然后方法200重复。如前所述，经由热电冷却设备110的温度稳定化在高性能存储器系统中可以是特别有益的，在所述高性能存储器系统中相对小的温度变化可能影响存储器性能的准确性和稳定性。
现在参考图3，该图示出了并入了用于使存储器302的温度稳定的温度稳定器114的系统300的另一示例性实施例，所述存储器可以包括动态随机存取存储器(DRAM)302。DRAM 302经由高性能总线306电耦合到片上系统(SoC)304。如本领域普通技术人员所理解的，DRAM型存储器302是易失性存储器类型。DRAM可以包括双倍数据速率同步动态随机存取存储器(DDR SDRAM)。本文中所描述的系统100、300并不限于易失性存储器类型并且可以包括非易失性存储器类型，例如掩模ROM(MROM)、可编程只读存储器(PROM)、现场可编程只读存储器(FPROM)、一次性可编程非易失性存储器(OTP NVM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、磁阻RAM(MRAM)、电阻RAM(RRAM)、相变RAM(PCRAM)、铁电RAM(FERAM)等。
优选实施例通常采用易失性存储器类型。可以采用除了DRAM存储器之外的其他类型的易失性存储器而不脱离本公开内容的范围。除DRAM存储器之外的其他易失性存储器102、302包括但不限于静态随机存取存储器(SRAM)、晶闸管RAM(T-RAM)和零电容器RAM(Z-RAMTM)。
返回参考图3，DRAM 302可以支持以下DRAM接口中的任何一个DRAM接口或其他DRAM接口：单数据速率(SDR)、双倍数据速率(DDR)、低功耗双倍数据速率(LPDDR)、图形双倍数据速率(GDDR)、高带宽存储器(HBM)、混合存储器立方(HMB)、四倍数据速率(QDR)、多相编码数据(N相)等。DRAM 302可以包括具有多个输入/输出(I/O)或DQ引脚的外部接口。外部接口包括内部时钟和DQ引脚之间的定时路径。定时路径源自DQS接收器引脚，并且然后扇出到每个DQ引脚。如上所述，该定时路径的准确性或稳定性受到温度变化的影响。
对于较低频率(例如但不限于在2千兆字节每秒(Gps)以下)而言，可以在系统设计中解决DRAM温度变化。当为了更高的存储器性能而提升频率时，系统300可以以上述方式采用温度稳定器114来解决由于温度变化而引起的成问题的定时漂移。应当领会的是，经由热电冷却设备110的DRAM 302的热稳定化可以降低需要由存储器定时校准逻辑单元316执行定时再校准的频率。
如图3所示，SoC 304包括DRAM控制器314、经由SoC总线315互连的温度传感器322e、处理器308和310、负载传感器318和温度稳定器114。在一个示例性实施例中，处理器308可以包括中央处理单元(CPU)并且处理器310可以包括图形处理单元(GPU)或数字信号处理器(DSP)。
在系统300中，温度稳定器114、功率管理器116和热电冷却设备110以与以上结合图1的系统100所描述的方式大致相同的方式操作。DRAM302可以从其自己的活动接收热量(热量134)以及经由热路径324从SoC304接收热量。在系统300的示例性实施例中，温度稳定器114可以被配置为通过控制离开系统300的热传递136来减小DRAM温度的峰和谷的幅度。在温度稳定器114的控制下，热电冷却设备110可以在DRAM温度迅速上升时增加热传递，以及在DRAM温度迅速下降时减少热传递。散热层108可以均匀地分布面内温度，从而使DRAM302的表面上的局部热点最小化。
热电冷却设备110可经由功率管理器116从电源(未示出)接收功率，所述功率管理器116的电压和电流可由温度稳定器114调制。在示例性实施例中，温度稳定器114可以将电压和/或电流控制用于提升或降低从DRAM 302到散热器112的热传递所需的量。
温度稳定器114可以增加或减少用于控制发送到热电冷却设备110的电压和/或电流的信号，以允许更多或更少的热量从DRAM 302流过散热器112，其中，它抵达散热器112的上侧130上方的表面气流138。在一个示例性实施例中，诸如风扇或其他有源/功耗冷却单元之类的主动冷却设备303可以通过增加表面气流138来主动增加热能传递。应当领会的是，在特定类型的设备(例如，移动设备、可穿戴设备等)中主动冷却可能是不可行或不令人期望的，并且因此使用热电冷却设备110可能是特别具有优势的。
温度稳定器114可以使用来自温度传感器322和/或负载传感器318的信息来对DRAM温度变化进行预测。处理器使用率负载传感器可以被配置为报告与特定处理器308、310当前正在执行的工作负载的量相对应的任意数字。存储器带宽负载传感器可以被配置为报告与特定处理器308、310当前正在使用的存储器带宽的量相对应的任意数字。SoC温度传感器322e可以被配置为报告SoC 304内的各个物理位置的局部瞬时温度。DRAM温度传感器322a可以类似地报告DRAM温度。
现在参考图4，该图示出了用于在图3的系统中控制DRAM温度稳定化的方法400的示例性实施例。如决策框402所示，当期望高性能存储器模式时，可以触发DRAM温度稳定化。如果不期望高性能，则系统300可以进入传统模式(框404)，其中，去往热电冷却设备110的功率被关闭。
在高性能模式下(即，在来自决策框402的“是”分支之后)，发起DRAM温度稳定化。在框406处，可以读取用于处理器308、310的一个或多个负载传感器318。在框408处，温度稳定器114可以通过处理器308、310的负载传感器读数来计算功率。在框410处，可以读取与处理器308、310相关联的温度传感器322e。对于处理器308、310和SoC 304中的任何其他处理器而言，可以以指定的间隔重复框406、408和410。
在框412处，可以读取DRAM温度传感器322b。在框414处，温度稳定器114可以基于所计算的处理器的功率和DRAM温度传感器读数来预测DRAM 302的温度的变化速率(即，斜率)。在框416处，温度稳定器114可以访问查找表，以确定与所预测的温度变化速率相对应的、热电冷却设备110的新的控制设置。在框418处，将从查找表中识别出的新的控制设置应用于热电冷却设备110以调节热传递136。然后方法400可以重复。
图5是用于确定如图4所示的方法400的框416中的新的控制设置的查找表500的示例性实施例。表500中的灰度阴影单元格506可以列明驱动热电冷却设备110所需的功率量(以毫瓦-mW为单位)。基于热电冷却设备110的温度值(列502)和存储器102、302的预测热量(行504-也以mW为单位列出)来标识表500中的灰度阴影单元格506。
如图5所示，列502基于温度传感器322以摄氏度为单位列出用于热电冷却设备110的目前温度状态的范围。行504列出温度稳定器114可基于功率的增量或变化来计算的预测的热生成量，其中，温度稳定器可以通过一个或多个负载传感器318检测到所述功率的增量或变化。行504的目标热传递值与由温度稳定器114计算和/或由原始设备制造商(OEM)在制造时提供的存储器102、302的预测热量(以mW为单位)相对应。灰度阴影单元格506与应用于热电冷却设备110以便移除/传递/反作用行504中列出的预测的热生成以便使存储器102、302的温度稳定的功率量相对应。表500的初始值可以在制造时使用用于热电冷却设备110的预期珀耳帖特性来填充。
尽管列502中的温度值以二十度间隔或增量列出，但是本领域普通技术人员将领会其他间隔是可能的并且被包括在本公开内容的范围内。例如，其他温度间隔可以包括但不限于具有五度增量、十度增量、十五度增量等的增量/间隔。类似地，虽然行504以一百mW的增量/间隔提供，但是可以提供其他增量，例如但不限于五mW、十mW、十五mW、二十mW等增量。如本领域普通技术人员所理解的，表500的行和列二者中的增量可以根据期望以更多的具体性或更少的具体性进行调整。
应当领会的是，温度稳定器114可以响应于温度稳定器114预测的温度变化来访问表500以查找要应用于热电冷却设备110的功率量。系统100、300可以使用验证过程来更新初始表值。例如，系统300可以生成选择的热量值(例如，150mW)，并确定保持等温条件所需的实际功率(即，保持DRAM温度不上升或下降)。在其他示例性实施例中，验证过程可以以与表500的列502中列出的温度不同的起始温度执行。
如图6和图7所示，包括SoC 304和DRAM 302的系统300可以被并入电子封装602中，所述电子封装602包括可以被焊接到印刷线路板(PWB)604上的封装衬底606。图6示出堆叠布置600，其中，DRAM 302至少部分地位于SoC 304的上方或相对于SoC 304“堆叠”。热生成/流动由箭头608、610、612和614示出。
在图6的堆叠布置中，SoC 304和DRAM 302二者都生成热量。SoC热量608向下流入到印刷线路板604中，并且SoC热量610向上朝向表面气流138流动。在图6的这个示例性实施例中，温度稳定器114控制由SoC304生成的热量610和由DRAM 302生成的热量612。
现在参考图7，该图示出了与图3的系统类似的非堆叠布置中的电子封装602。相对于图6，在该示例性实施例中，不存在SOC 304。因此，在该示例性实施例中，DRAM 302是热生成的主要来源。
图8和图9示出了用于提供分布式热电存储器温度稳定化的多层、分扇区的电子封装800的另一示例性实施例。具体而言，图8和图9示出了四层电子封装800。
图8和9的电子封装800包括四个垂直层802、804、806和808(如图8所示)，其中，每层包括四个平面扇区810、812、814和816(如图9所示)。图8可以被表征为电子封装800的侧视图，而图9可以被表征为电子封装800的顶视图。电子封装800的底层802可以包括SoC304。
参考图10a-10d，这些图还示出了具有类似于图8和图9的层802、804、806和808的分成四个垂直层的电子封装。如图10a的示例性实施例所示，中央处理单元(CPU)1002可以位于底层802的扇区812中(相对于如图8和图9所描述的扇区和层)。图形处理单元(GPU)1008可以位于底层802的扇区816中(相对于图8和图9所示的扇区和层)。调制解调器处理器1006可以位于底层802的扇区810中(相对于图8和图9所示的扇区和层)。并且视频处理器1004可以位于底层802的扇区814中(相对于图8和图9所示的扇区和层)。一个或多个温度传感器322、处理器负载传感器318和处理器存储器带宽传感器318可以位于底层802的扇区810、812、814和816中的每一者中。
中间层804(图10b)可以包括布置在具有一个或多个温度传感器322的相应扇区中的第一层DRAM设备1010、1012、1014和1016。中间层806(图10c)可以包括布置在具有一个或多个温度传感器322的相应扇区中的第二层DRAM设备1018、1020、1022和1024。顶层808(图10d)可以包括布置在相应扇区中的热电冷却设备110a、110b、110c和110d。热电冷却设备110a、110b、110c和110d中的每一者可以分别用于单独控制相应扇区810、812、814和816的热稳定化。
对于每个平面扇区，温度传感器322和负载传感器318可以用作温度稳定器114的输入，以确定由每个SoC底层802、每个DRAM中间层804和每个DRAM中间层806生成的总热量。如图6中的向下热流608所示，从SoC底层802生成的热量的预定百分比可以朝底部排出。如热流610所示，剩余的SoC热量可以向上流动。SoC向上热流610和中间DRAM层804/806热流612的总和可以用作图5中的表500的输入，以确定扇区在行504的哪里操作。例如，扇区810可以包括具有处理器负载传感器318的调制解调器处理器1006，所述处理器负载传感器318报告与100mW的处理器热量相对应的数字。举例来说，报告的处理器热量的一部分(例如，40％)可能先前被表征为向下排出，留下60％或60mW在扇区810内向上行进。
在示例性实施例中，用于在分层电子封装800中提供分布式温度控制的方法可以根据下面的等式1-5来实现。等式1定义了针对扇区0(扇区810)内的SoC底层802的生成的向上热量。
其中，
F＝通过DRAM向上迁移的总SoC热量的比例；
KU＝用于将处理器负载传感器318的值转换为功率的换算系数(通过表征确定)；
n＝对SoC热生成作出贡献的独立处理器负载传感器318的数量；
LSUi＝各个处理器负载传感器318
等式1
存储器带宽负载传感器318可以报告与100mW的存储器热量相对应的数字。在实施例中，可以假定负载跨所有四个扇区810、812、814和814以及跨DRAM中间层804和806二者均匀分布。就此而言，中间DRAM层804和806二者的扇区0(扇区810)内生成的向上的存储器热量612可以包括25％或25mW。
等式2定义了针对扇区0(扇区810)内的DRAM中间层804和806的生成的向上热量。
其中，
sectors＝系统封装中的扇区的数量；
KB＝用于将处理器负载传感器318的值转换为功率的换算系数(通过表征确定)；
n＝对DRAM热生成作出贡献的独立负载传感器318的数量；
LSBi＝各个处理器负载传感器318
等式2
扇区0(扇区810)的总预测热生成可以是125mW。参考图5，最近的操作点可以是表500的行504中的100mW，使得向扇区0(扇区810)的热电冷却器110a发送75mW的所需功率，以抵消即将上升的温度。
扇区0(扇区810)内生成的净向上热量可以根据等式3来确定。
Q0＝Q0U+Q0B
等式3
参考图5，来自等式3的值Q0可以用于参考表500中的行504以确定扇区0(扇区810)正在哪列(热传递)处操作。在另一实施例中，方法可以在行504的100mW和200mW之间进行线性插值，使得向扇区0(扇区810)的热电冷却器发送93.75mW的所需功率。
如图10a-10c的实施例所示，类似地按扇区布置温度传感器322。每个扇区中每个平面层的平均温度可以通过计算该层和扇区内的所有温度传感器322的平均值来确定。应当领会的是，这可以允许算出由于传感器的地理位置导致的温度的任何局部极端的平均数。例如，在特定层和扇区内，取决于SoC 304当前正在执行什么任务，一些温度传感器322可以位于热点附近，而其他温度传感器可以位于冷点附近。以这种方式，计算平均数可以减少任何极端并提供更稳定的温度值。
等式4定义了扇区0(扇区810)内的SoC底部802的平均温度。
其中，
KSoC＝用于将温度传感器322的值转换为温度的换算系数(通过表征确定)；
n＝扇区内的独立温度传感器322的数量；
Ti＝各个温度传感器322
等式4
等式5定义了扇区0(扇区810)内的DRAM中间层的平均温度。
其中，
KDRAM＝用于将温度传感器322的值转换为温度的换算系数(通过表征确定)；
n＝扇区内的独立温度传感器322的数量；
Ti＝各个温度传感器322
等式5
扇区0(扇区810)内的净温度可以根据等式6来确定。
其中，
Ti＝扇区0内的各个层的温度(T0SoC、T0DRAM0、T0DRAM1等)
等式6
然后将扇区的平均温度值T0用作图5中的表500的列502的输入。取决于平均温度，表500中可能出现不同的操作行，从而影响发送到扇区0热电冷却器110a的功率量506。在这个扇区0示例中，表500对温度输入的灵敏度为零，这是因为所有灰色阴影单元格不论行或温度如何都没有显示功率变化。应当领会的是，其他表可以跨温度实现唯一值，因此在表500中考虑负载传感器和温度传感器二者。
如图11所示，在其他示例性实施例中，上述系统100和300(图1和图3)可以被包括在可以包括通用计算机的计算设备1100中。计算设备1100可以包括中央处理单元(CPU)1102、图形处理单元(GPU)1104、视频处理器1106、系统存储器1108和大容量存储设备，例如不可移动介质(例如，闪存存储器、eMMC、磁盘等)数据存储装置1110和可移动介质驱动器1112(例如，DVD-ROM、CD-ROM、蓝光光盘等)。例如，可移动介质驱动器1112可以接受DVD-ROM1113。如本文中使用的术语“磁盘”和“光盘”包括压缩光盘(CD)、激光盘、光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘和蓝光光盘。上述的组合也包括在计算机可读介质的范围内。计算机设备1100还可以包括USB端口1114，其中，用户接口设备或其他外围设备(例如，鼠标1116和键盘1118)可以连接到所述USB端口1114。另外，计算机设备1100可以包括网络接口1120以实现计算机设备1100与外部网络(例如，互联网)之间的通信。用户接口外围设备还可以包括可以连接到视频处理器1106的视频监视器1122。
图12是便携式计算设备(PCD)1200的示例性实施例的框图，所述PCD 1200可以包括用于并入如上所述的图1和图3的热电存储器温度稳定化系统100、300的移动电话。除了移动电话之外，PCD 1200还可以包括个人数字助理(PDA)、寻呼机、平板计算机、智能电话、导航设备以及具有无线连接或链接的手持式计算机。
将容易领会的是，系统100的某些组件被包括在SoC 304上(例如，温度稳定器114、功率管理器116)，而其他组件(例如，存储器102、热电冷却设备110)是耦合到SoC 304的外部组件。SoC 304可以包括多核CPU1202。多核CPU 1202可以包括第零核1210、第一核1212和第N核1214。所述核之一可以包括例如图形处理单元(GPU)，而其他核中的一个或多个核包括CPU。
显示控制器1216和触摸屏控制器1218可以耦合到CPU 1202。进而，SoC 304外部的触摸屏显示器1225可以耦合到显示器控制器1216和触摸屏控制器1218。
图12还示出了视频编码器1220、逐行倒相(PAL)编码器、按顺序传送彩色与存储(SECAM)编码器或国家电视系统委员会(NTSC)编码器耦合到多核CPU 1202。此外，视频放大器1222耦合到视频编码器1220和触摸屏显示器1225。而且，视频端口1224耦合到视频放大器1222。如图12所示，通用串行总线(USB)控制器1226耦合到多核CPU 1202。而且，USB端口1228耦合到USB控制器1226。存储器102可以耦合到位于SoC 304上的CPU 1202，并且热电冷却设备110可以经由温度稳定器114和功率管理器116(如图1所示)耦合到CPU 1202。
此外，如图12所示，数码相机1230可以耦合到多核CPU 1202。在示例性方面，数码相机1230是电荷耦合器件(CCD)相机或互补金属氧化物半导体(CMOS)相机。
如图12进一步示出的，立体声音频编码器-解码器(CODEC)1232可以耦合到多核CPU 1202。此外，音频放大器1234可以耦合到立体声音频CODEC 1232。在示例性方面，第一立体声扬声器1236和第二立体声扬声器1238耦合到音频放大器1234。麦克风放大器1240也可以耦合到立体声音频CODEC 1232。另外，麦克风1242可以耦合到麦克风放大器1240。在特定方面，调频(FM)无线调谐器1244可以耦合到立体声音频CODEC 1232。而且，FM天线1246耦合到FM无线调谐器1244。此外，立体声耳机端口1248可以耦合到立体声音频CODEC 1232。
图12进一步示出了射频(RF)收发器1250可以耦合到多核CPU 1202。RF开关1252可以耦合到RF收发器1250和RF天线1254。按键板1256可以耦合到多核CPU 1202。而且，具有麦克风的单声道耳机1258可以耦合到多核CPU 1202。此外，振动器设备1260可以耦合到多核CPU 1202。
图12还示出了电源1262可以耦合到SoC 304。在特定方面，电源1262是向PCD 1200的需要功率的各种组件提供功率的直流(DC)电源。此外，在特定方面中，电源是可充电DC电池或来源于连接到交流(AC)电源的交流(AC)到DC变压器的DC电源。
PCD 1200还可以包括可用于访问数据网络(例如，局域网、个域网或任何其他网络)的网卡1264。网卡1264可以是蓝牙网卡、WiFi网卡，个域网(PAN)卡、个域网超低功耗技术(PeANUT)网卡、电视/有线/卫星调谐器或本领域中公知的任何其他网卡。此外，网卡1264可以被并入到芯片中。网卡1264可以是芯片中的完整解决方案，并且可以不是单独的网卡1264。
如图12所示，触摸屏显示器1225、视频端口1224、USB端口1228、相机1230、第一立体声扬声器1236、第二立体声扬声器1238、麦克风1242、FM天线1246、立体声耳机1248、RF开关1252、RF天线1254、按键板1256、单声道耳机1258、振动器1260和电源1262可以在SoC 304的外部。
应当领会的是，本文中描述的一个或多个方法步骤可以作为计算机程序指令(例如上述模块)存储在存储器中。这些指令可以由任何适当的处理器与相应的模块组合或配合来执行，以执行本文中描述的方法。
在本说明书中描述的过程或过程流中的某些步骤自然地先于其他步骤，以使本发明如所描述地运行。然而，如果这样的次序或顺序没有改变本发明的功能，则本发明不限于所描述的步骤的次序。换言之，应当认识到的是，可以在一些步骤之前、之后或与之并行地(基本上同时地)执行其他步骤，而不脱离本发明的范围和精神。在一些情况下，可以省略或不执行某些步骤而不脱离本发明。此外，诸如“其后”、“然后”、“下一个”等词语并不旨在限制步骤的次序。这些词语仅用于引导读者通读对示例性方法的描述。
另外，例如，基于本说明书中的流程图和相关联的描述，普通编程技术人员能够毫无困难地编写计算机代码或识别适当的硬件和/或电路以实现所公开的发明。
因此，为充分理解如何实施和使用本发明，公开特定的一组程序代码指令或详细的硬件设备不被认为是必要的。在上面的描述中并且结合可以示出各种过程流的附图更详细地解释了所要求保护的计算机实现的过程的创造性功能。
在一个或多个示例性方面中，所描述的功能可以用硬件、软件、固件或其任何组合来实现。如果用软件实现，则可以将功能作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或通过计算机可读介质进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质二者，所述通信介质包括促进计算机程序从一处传输到另一处的任何介质。存储介质可以是可以由计算机访问的任何可用介质。通过示例而非限制的方式，这样的计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、NAND闪存、NOR闪存、M-RAM、P-RAM、R-RAM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储或其他磁性存储设备，或者可以用于以指令或数据结构的形式携带或存储期望的程序代码并且可以由计算机访问的任何其他介质。
而且，任何连接都被适当地称为计算机可读介质。例如，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)或诸如红外线、无线电和微波等无线技术从网站、服务器或其他远程源发送软件，则同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或诸如红外线、无线电和微波等无线技术被包括在介质的定义中。
如本文中使用的术语磁盘和光盘包括压缩光盘(CD)、激光盘、光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中，磁盘通常磁性地复制数据，而光盘用激光光学地复制数据。上述的组合也应当包括在计算机可读介质的范围内。
在不脱离本发明的精神和范围的情况下，对于本发明所属领域的普通技术人员而言，替代的示例性实施例将变得显而易见。因此，尽管已经详细说明和描述了所选择的方面，但是将理解的是，可以在其中进行各种替换和交换，而不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围。

Claims (40)

1.一种用于对存储器进行热控制的方法，所述方法包括：
确定由一个或多个处理器经由存储器控制器访问的存储器的温度；
基于所述存储器的所述温度来预测所述存储器的温度变化；以及
响应于所预测的温度变化，利用热电冷却设备对所述存储器进行热控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对所述存储器进行热控制包括：
针对所述存储器的预测的温度上升，增加与所述热电冷却设备相关联的热传递；以及
针对所述存储器的预测的温度下降，减少与所述热电冷却设备相关联的热传递。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预测所述存储器的所述温度变化包括：确定所述一个或多个处理器的工作负载。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述确定所述一个或多个处理器的所述工作负载包括：从操作系统接收工作负载值。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述存储器的所预测的温度变化还基于处理器使用百分比和处理器存储器带宽中的一者或多者。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预测所述存储器的所述温度变化包括：计算所述存储器的温度变化速率。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述存储器包括：动态随机存取存储器(DRAM)设备。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个处理器和所述存储器控制器位于片上系统(SoC)上，并且所述存储器经由总线电耦合到所述存储器控制器。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述存储器、所述热电冷却设备、所述存储器控制器和所述一个或多个处理器被并入电子封装中。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述存储器、所述热电冷却设备、所述存储器控制器和所述一个或多个处理器被并入个人计算机、服务器、平板计算机和移动电话之一中。
11.一种用于对存储器进行热控制的系统，所述系统包括：
用于确定由一个或多个处理器访问的存储器的温度的单元；
用于基于所述存储器的所述温度来预测所述存储器的温度变化的单元；以及
用于响应于所预测的温度变化来使所述存储器热稳定的单元。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述用于响应于所预测的温度变化来对所述存储器进行热控制的单元包括：热电冷却设备。
13.根据权利要求12所述的系统，还包括：
用于响应于所述存储器的预测的温度上升来增加与所述热电冷却设备相关联的热传递的单元；以及
用于响应于所述存储器的预测的温度下降来减少与所述热电冷却设备相关联的所述热传递的单元。
14.根据权利要求11所述的系统，其中，所述用于响应于所预测的温度变化来对所述存储器进行热控制的单元包括：
用于响应于所述存储器的预测的温度上升来冷却所述存储器的单元；以及
用于响应于所述存储器的预测的温度下降来加热所述存储器的单元。
15.根据权利要求11所述的系统，其中，所述用于预测所述存储器的所述温度变化的单元包括：用于计算所述存储器的温度变化速率的单元。
16.根据权利要求11所述的系统，其中，所述存储器包括动态随机存取存储器(DRAM)设备，所述DRAM设备电耦合到包括所述一个或多个处理器的片上系统(SoC)。
17.根据权利要求11所述的系统，其中，所述用于确定所述存储器的所述温度的单元包括温度传感器。
18.根据权利要求11所述的系统，其中，所述存储器的所预测的温度变化还基于当前处理器使用百分比和当前处理器存储器带宽中的一者或多者。
19.根据权利要求11所述的系统，其被并入电子封装中。
20.根据权利要求11所述的系统，其被并入个人计算机、服务器、平板计算机和移动电话之一中。
21.一种体现在存储器中并且可由处理器执行以用于对存储器进行热控制的非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质包括被配置为进行以下操作的逻辑单元：
确定由一个或多个处理器访问的存储器的温度；
基于所述存储器的所述温度来预测所述存储器的温度变化；以及
响应于所预测的温度变化来对所述存储器进行热控制。
22.根据权利要求21所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述被配置为响应于所述预测的温度变化来对所述存储器进行热控制的逻辑单元包括：被配置为对热电冷却设备进行控制的逻辑单元，所述热电冷却设备热耦合到所述存储器与散热器之间的散热层。
23.根据权利要求22所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述被配置为对所述热电冷却设备进行控制的逻辑单元包括被配置为进行以下操作的逻辑单元：
针对所述存储器的预测的温度上升，增加与所述热电冷却设备相关联的热传递；以及
针对所述存储器的预测的温度下降，减少与所述热电冷却设备相关联的所述热传递。
24.根据权利要求22所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述被配置为对所述热电冷却设备进行控制的逻辑单元包括：被配置为确定所述热电冷却设备的功率输入的逻辑单元。
25.根据权利要求21所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述被配置为基于所述存储器的所述温度来预测所述存储器的所述温度变化的逻辑单元包括：被配置为计算所述存储器的温度变化速率的逻辑单元。
26.根据权利要求21所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述存储器包括动态随机存取存储器(DRAM)设备，所述DRAM设备电耦合到包括所述一个或多个处理器的片上系统(SoC)。
27.根据权利要求21所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述被配置为确定所述存储器的所述温度的逻辑单元包括：被配置为读取温度传感器的逻辑单元。
28.根据权利要求21所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所预测的温度变化还基于处理器工作负载值和处理器存储器带宽值中的一者或多者。
29.根据权利要求21所述的非暂时性计算机可读介质，其被并入片上系统(SoC)中。
30.根据权利要求21所述的非暂时性计算机可读介质，其被并入个人计算机、服务器、平板计算机和移动电话之一中。
31.一种用于对存储器进行热控制的系统，所述系统包括：
存储器；
一个或多个处理器，其经由电耦合到所述存储器的存储器控制器来访问所述存储器；以及
热电冷却设备，其被配置为响应于所述存储器的预测的温度变化来对所述存储器进行热控制。
32.根据权利要求31所述的系统，其中，所述热电冷却设备被配置为：
当所述预测的温度变化在上升时，冷却所述存储器；以及
当所述预测的温度变化在下降时，加热所述存储器。
33.根据权利要求31所述的系统，其中，所述存储器包括：易失性存储器设备。
34.根据权利要求33所述的系统，其中，所述易失性存储器设备包括：动态随机存取存储器(DRAM)设备。
35.根据权利要求31所述的系统，其中，所述存储器的所述预测的温度变化是使用所述存储器的温度和所述一个或多个处理器的工作负载中的至少一者来计算的。
36.根据权利要求35所述的系统，还包括：
温度传感器，其用于感测所述存储器的所述温度；以及
负载传感器，其用于确定所述一个或多个处理器的所述工作负载。
37.根据权利要求31所述的系统，其中，所述一个或多个处理器和所述存储器控制器位于片上系统(SoC)上，并且所述存储器经由总线电耦合到所述存储器控制器。
38.根据权利要求31所述的系统，其被并入电子封装中。
39.根据权利要求31所述的系统，其被并入个人计算机、服务器、平板计算机和移动电话之一中。
40.根据权利要求31所述的系统，其中，所述存储器包括：在堆叠布置中电耦合到片上系统(SoC)的动态随机存取存储器(DRAM)设备。
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