CN108064362A - 专用于器件的热减缓 - Google Patents

Abstract

本公开中所包含的实施例提供了一种用于器件专用热减缓的方法和设备。表征器件的热和功率行为。随后针对器件确定热阈值。确定并在交叉参照矩阵中存储热数据和热斜坡因子。针对温度和频率确定相关性因子。这些相关性因子确定器件减缓温度。器件减缓温度可以存储在器件上的熔丝表格中，采用器件上熔断的熔丝以永久地存储器件减缓温度。设备包括：电子器件，电子器件内的存储器，以及电子器件内的一组熔丝。器件也包括，用于确定静态或动态频率是否是高的装置，以及用于基于该确定而减缓由器件所使用的电压和频率的装置。

Description

专用于器件的热减缓

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年4月24日在美国专利和商标局提交的非临时申请No.14/696,182的优先权和权益，该申请的全部内容在此通过引用并入本文。

技术领域

本公开通常涉及用于集成电路的热减缓策略，以及更具体地涉及专用于器件的热减缓以避免过电流、高功率、以及不受控的热行为并同时优化性能。

背景技术

集成电路(IC)用于大多数电子器件中，包括台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、移动电话、智能电话、以及其他个人器件。对于这些器件的应用范围继续增长，并且随着更多应用可应用，用法也增长。集成电路已经变为包括了它们的器件的整体部件。集成电路也已经变得显著更复杂而具有提供了广泛各种处理工具的多个核芯。典型的示例是在许多智能电话中可见的芯片上系统(SoC)。许多电子器件使用多个复杂的集成电路或处理器以执行由广泛各种应用所指引的任务。

处理器用途增多，通常导致由芯片内电路的工作所产生的热量。该热量可以增大并且可以导致令人不满意的器件性能，数据丢失，或者故障。器件内的故障可以限定于高度利用的一个专用核芯，或者可以分布更广泛而多个核芯受影响。

甚至当故障并未发生时，性能可以退化。在智能电话中，SoC可以具有容忍了在高温度限值附近的温度的问题。在限值附近，当频率可以在高频和低频之间弹跳时，SoC性能可以受到影响。每个集成电路是独特的并且在其受高温影响多剧烈以及其可以多快冷却降温方面而变化。可以使用测试以确定IC的高温行为并且可以用于设置性能限值。

测试IC频繁地以大批量而执行，因为许多器件可以需要输送至电子器件制造者以继续制造。在该情形中，测试确定对于整个批次的IC器件规范。当每个IC可以是独特的时，不可行的是单独地确定并规定工作特性，因为批次大小可以太大。在实际中，这意味着在批次中最坏测试器件的行为确定了对于整个器件群体的热基准。

使用最坏性能器件作为基准可以节省时间，但是可以导致低估IC的性能，并且导致并非最优的性能。在本领域需要提供器件专用的热减缓以避免过电流、高功率、或不受控的热行为。

发明内容

本公开中所包含的实施例提供了一种用于器件专用热减缓的方法。诸如SoC之类的器件的热行为被表征为功率行为。随后基于热和功率行为而针对器件确定热阈值。针对每个器件的热数据以及热斜坡因子被存储在交叉参照矩阵中。针对温度以及也针对频率确定相关因子。这些相关因子用于确定对于特定器件的器件减缓温度。器件减缓温度可以被存储在器件上的EEPROM或熔丝表中，其中熔丝在器件上被熔断以永久地存储器件减缓温度。随后可以由软件控制根据器件减缓温度而操作单独的器件。

另一实施例提供了一种用于专用于器件的热减缓的设备。设备包括电子器件，在电子器件内的存储器，以及在电子器件内的一组熔丝。可以熔断熔丝中的至少一个熔丝以永久地存储器件减缓温度。

另外又一实施例提供了一种用于器件专用热减缓的设备。设备包括用于表征器件的热行为的装置；用于表征器件的功率行为的装置；以及用于确定针对器件的热阈值容限的装置。器件也包括用于判定静态或动态功率是否高的装置，以及用于基于判定而减缓由器件所使用的电压和频率的装置。

附图说明

图1示出了根据在此所述实施例的用于多个有源核芯的快速热梯度。

图2提供了根据在此所述实施例的温度、电压灵敏度、以及频率灵敏度的方法的概图。

图3是根据在此所述实施例的在每个器件中编码功率和温度行为的方法的流程图。

图4是根据在此所述实施例的在每个器件中编码频率和温度行为的方法的流程图。

图5是根据在此所述实施例的在每个器件中编码热斜坡信息的方法的流程图。

图6是根据在此所述实施例的器件专用热减缓的方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图所阐述的详细说明书意在作为本发明的示例性实施例的说明，并且并非意在仅展示其中可以实施本发明的实施例。遍及该说明书所使用的术语“示例性”意味着“用作示例、实例或说明”，并且不必构造为在其他示例性实施例之上优选或有利的。详细说明书包括具体细节以为了提供本发明示例性实施例的全面理解的目的。对于本领域技术人员将明显的是，本发明的示例性实施例可以不采用这些具体细节而实施。在一些情形中，以方框图形式示出广泛已知的结构和器件以便于避免模糊在此所展示的示例性实施例的创新性。

如在本申请中所使用的，术语“部件”、“模块”、“系统”等等意在涉及计算机相关的实体，或者是硬件、固件、硬件与软件的组合、软件、或者执行中的软件。例如，部件可以是但不限于是，运行在处理器上的进程，集成电路，处理器，对象，可执行的，执行线程，程序，和/或计算机。借由示意说明的方式，运行在计算器件上的应用程序以及计算器件均可以是部件。一个或多个部件可以驻留在进程和/或执行线程内，并且部件可以本地化在一个计算机上和/或分布在两个或多个计算机之间。此外，这些部件可以由其上存储由各种数据结构的各种计算机可读媒介而执行。部件可以借由本地和/或远程进程而通信，诸如根据具有一个或多个数据包的信号(例如数据来自与本地系统、分布式系统、和/或跨诸如互联网的网络的另一部件交互、借由信号与其他系统交互的一个部件)。

此外，在此所述的各个特征方面或特征可以实施作为方法、设备、或者使用标准编程和/或工程设计技术的制造商品。如在此所使用的术语“制造商品”意在包括从任何计算机可读器件、载体或媒介可的计算机程序。例如，计算机可读媒介可以包括但不限于磁性存储器件(例如硬盘、软盘、磁带……)、光盘(例如小型盘(CD)、数字通用盘(DVD)……)、智能卡、和快闪存储器件(例如卡、棒、密钥驱动……)，以及集成电路诸如只读存储器、可编程只读存储器、以及电可擦除可编程只读存储器。

将根据可以包括许多器件、部件、模块等的系统而展示各个特征方面。应该理解和知晓的是，各种系统可以包括额外的器件、部件、模块等，和/或可以不包括结合附图所讨论的所有器件、部件、模块等。也可以使用这些方案的组合。

通过考虑说明书、附图以及所附权利要求将使得本发明的其他特征方面、以及各个特征方面的特征和优点对于本领域技术人员变得明显。

当经历也可以已知为热基准标记的热测试时评估IC和SoC。热基准标记建立了器件的行为并确定器件的工作参数。诸如多核Dhrystone测试的测试可以用于热基准标记。这些值用于当器件被包括至终端产品诸如智能电话、平板计算机核其他电子器件中时确定温度限值核设计约束。

在工作中，当使用电子器件时，产生热量。在电子器件的IC或SoC内的有源核芯中产生该热量。由有源核芯产生的热量提高了包含核芯的芯片裸片的温度。当裸片温度升高时，温度斜坡预期正比于由核芯耗散的功率。

现有的减缓算法和温度是通用的。在群组中最坏器件的性能确定了对于器件群组的性能限值。结果，可以牺牲性能以实现热稳定性。最坏情形的器件可以具有比器件的全局群体更快的热斜坡。对于这些最坏情形器件，需要更紧密的减缓温度以确保稳定性。当这些需求使能使用最低性能的器件时，惩罚了器件群体的剩余部分，并且可以随后性能降低。在此所述的实施例仅为需要其的器件提供减缓并且避免作为整体而惩罚器件群体。

可以使用频率或电压配对执行热控制。具有较高动态功率的部件受频率降低影响更多，而具有较高静态功率的器件受电压降低影响更多。频率或电压可以由部件使用在此所述的实施例而激进地管理。

图1示出了当执行系统电平测试时SoC器件上温度传感器的行为。如图1所示，存在由于核芯活动所致的突然的温度上升。该突然升温可以导致裸片温度限值的明显过度，如果超出，已知为快速热梯度(FTG)，这可以使得潜在的系统或器件故障或崩溃。

系统电平测试可以使用软件以测试对于提高温度的裸片容限。具有低热量容限的裸片可以频率上缓慢，并且可以在较低和较高频率之间弹跳或振荡。在测试期间，温度可以固定在80和90度之间，此时观测器件行为。每个IC是独特的并且均将以不同时间段运行在高温下，并且均将以不同速率冷却降温。此外，一些器件可以具有高静态功率并且不会冷却降温。对于大多数系统电平测试而言，最坏性能器件确定热基准。热基准必须足够严格，以使得最坏情形器件可以工作。如果测试方法将识别最坏性能器件并且管理它们单个温度曲线，则将改进器件整体性能。

在此所述的实施例提供了器件的优化电压表，器件诸如是应用程序和图形处理器、调制解调器、以及最大化性能并最小化功率的SoC。更具体地，在此所述的实施例对于每个部件提供了编程至单个器件中的热减缓设定点。这些设定点设置在熔丝表中，读取熔丝表以确定对于器件的减缓温度。结果，避免了使得智能电话、平板计算机或PC的性能降级的过电流和过温度事件。此外，每个部件定制的减缓方案最大化了性能而同时最小化了风险。并未由需要渐进减缓的有限样本的行为惩罚平均之上的器件。

图2提供了减缓温度、电压灵敏度和频率灵敏度的方法的概要图。方法200在步骤202中提供针对每个器件执行热和功率表征。在测试形式因子中提供该表征。在步骤204中并行地确定商用形式的对应的行为。这些值用于确定针对每个被测试的部件或器件的热阈值容限。在步骤208中，这些值随着被放置在矩阵中。在步骤206中，广泛的热斜坡信息以及温度和电压以及温度与频率之间的相关性与进程分立地存储，可能在云中或者在EEPROM中或者器件中的熔丝中，或者在器件软件中。在步骤210中，在每个器件中的熔丝中存储每个器件的减缓温度推荐值。当执行方法时可以由软件返回读取该值。在步骤214中，确定针对减缓温度、电压灵敏度、频率灵敏度、以及取样速率的表格。基于在器件内部的熔丝以及器件形式因子而执行这些表格。

图3说明了用于在每个器件内编码功率和温度行为的方法。方法300开始于步骤302，当对于功率和温度行为测试每个器件时。作为该确定的一部分，在步骤304中，确定功率值。在步骤306中，在器件内编码该值。针对堆中的每个器件执行该步骤。在步骤308中，熔断器件中的熔丝以永久地存储功率值。接着，在步骤310中针对每个器件确定温度值。在步骤312中，在每个器件中编码该值。在步骤314中，在每个器件中熔断熔丝以永久地存储温度值。

通过熔断每个器件中的熔丝而编码针对功率和温度行为的值。编码的值对于该器件是特定专用的。可以存储并使用单个减缓温度以对于每个器件定制热斜坡速率。所存储的表格限定了单个减缓温度因此避免了过电流和其他功率问题。

图4是用于在每个器件内编码频率和温度行为的方法的流程图。方法400开始于步骤402，其中在每个器件内编码静态和动态频率功率比。在步骤404中，在每个器件中编码相对于电压和频率的静态和动态功率。在步骤406中，测量工作电压。该测量可以由处理器利用软件表格而执行。在决定方框408中，确定在工作电压、频率和温度处测得的功率是否具有高动态值或高静态值。如果值是高动态值，则在步骤410中针对所考虑的器件选择频率减缓。如果测得的工作功率具有高静态值，则需要激进的频率/电压减缓。该激进的减缓限于显示了高静态值的器件，以及该值并未表征器件的整个堆。

图5是用于针对该器件内每个器件编码热斜坡的流程图。使用如上所述的熔断熔丝，在每个器件中编码热斜坡。方法500开始于步骤502，其中热测试每个器件。接着，在步骤504中针对每个器件确定热斜坡。在步骤506中使用熔断熔丝在每个器件中编码热斜坡。可以使用查找表以确定针对每个器件的渐进温度以初始化减缓测量以避免温度过高问题。

图6是提供器件专用的热减缓以避免过电流、高功率和不受控热行为的方法的流程图。方法600开始于步骤602，当对于热和功率行为表征每个器件时。接着，在步骤604中，基于以上确定的表征，针对每个器件确定热阈值。随后在步骤606中，在热阈值容限交叉参照矩阵中加载或存储热阈值信息。在步骤608中，基于以上信息，确定针对每个器件的热斜变参数。随后在步骤610中，确定温度与电压之间的相关性。类似地，在步骤612中确定温度和频率之间的相关性。在步骤614中，也在交叉参照矩阵中存储这些相关性因子。基于相关的信息，在步骤616中确定器件减缓温度。该器件减缓温度可以随后在步骤618中存储在器件上的熔丝中以及在熔丝表格中。ASIC SoC控制逻辑随后使用矩阵中的相关联数据集合以限制针对电压/温度条件敏感的那些SoC器件的最大电压，限制针对频率/温度条件敏感的那些SoC器件的最大频率，当需要热减缓时。额外地，在一些情形中，使用相关数据集合以基于频率/温度曲线确定在一些SoC器件上的开关频率以在步骤620中保持器件低于最大温度。

熔丝信息可以存储作为自动测试设备(ATE)熔丝表格。该表格包针对使用ATE测试的每个器件的熔丝信息。额外的实施例提供用于改变取样速率，这允许针对危险器件以更高速率轮询。熔丝矩阵的每条线可以具有不同的形式因子。可以提供查找表或定标表(scaling table)，并且可以使用软件可访问。软件可以包含对于温度、电压和频率的详细器件阈值表，其可以编程至软件中。当被执行时，基于熔丝返回读取信息和形式因子的阈值表允许对每个器件的定制。可以使用提供了每个部件性能优化的算法而优化性能。

本领域技术人员将理解，可以使用任何各种不同工艺和技术表示信息和信号。例如，可以由电压、电流、电磁波、磁场或磁子、光场或光子、或者其任意组合而表示遍及以上说明书可以参考的数据、指令、命令、信息、信号、码位、符号和芯片。

本领域技术人员应该进一步知晓，结合在此所公开示例性实施例所述的各种示意性逻辑组块、模块、电路和算法步骤可以实施作为电子硬件、计算机软件、或者两者的组合。为了清楚地说明该硬件和软件的可互换性，以上已经通常根据它们的功能描述了各种示意性的部件组块、模块、电路和步骤。该功能是否实施作为硬件或软件取决于特定的应用以及对整体系统提出的设计约束。本领域技术人员可以对于每个特定应用以变化的方式实施所述功能，但是该实施方式的决定不应解释为使得脱离本发明的示例性实施例的范围。

结合在此所公开的示例性实施例所述的各种示意性逻辑组块。模块和电路可以采用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、或设计用以执行在此所述功能的其他可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件或其任意组合而实施或者执行。通用处理器可以是微处理器，但是在备选例中，处理器可以是任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以实施作为计算器件的组合，例如DSP和微处理器的组合，多个微处理器，一个或多个微处理器结合DSP核芯，或者任何其他这种配置。

在一个或多个示例性的实施例中，所述功能可以实施在硬件、软件、固件、或者其任意组合中。如果实施在软件中，功能可以存储在计算机可读媒介上的一个或多个指令或代码上或者在其之上发送。计算机可读媒介包括计算机存储媒介，以及包括了促进计算机程序从一处传输至另一处的任何媒介的通信媒介。存储媒介可以是可以由计算机访问的任何可应用媒介。借由示例且非限制的方式，该计算机可读媒介可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储或其他磁性存储器件，或者可以用于以指令或数据结构的形式承载或存储所需程序代码并且可以由计算机访问的任何其他媒介。此外，任何连接被适当地称作计算机可读媒介。例如，如果软件从网站、服务器或任何其他远程来源使用同轴电缆、光线电缆、铰接线配对、数字订户线(DSL)、或无线技术诸如红外、射频和微波而发送，则同轴电缆、光线电缆、铰接线配对、DSL或无线技术诸如红外、射频和微波包括在媒介的定义中。如在此所使用的盘和碟包括小型碟(CD)、激光碟、光碟、数字通用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘通常磁性地复制数据，而碟采用激光光学地复制数据。以上的组合也应该包括在计算机可读媒介的范围内。

提供所公开示例性实施例的之前说明以使得本领域任何人员能够制造或使用本发明。对于这些示例性实施例的各种修改将对于本领域技术人员是显而易见的，并且在此限定的一般性原理可以适用于其他实施例而并未脱离本发明的精神或范围。因此，本发明并非意在限定于在此所示的示例性实施例，而是符合与在此所公开的原理和创新性特征一致的最宽广范围。

Claims (20)

1.一种器件专用的热减缓的方法，包括：

表征器件的热行为；

表征所述器件的功率行为；以及

确定针对所述器件的热阈值容限。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

在交叉参照矩阵中存储所述热阈值数据。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

确定针对每个器件的热斜坡因子；

基于温度和频率，确定针对所述器件的相关性因子；

在交叉参照矩阵中存储所述温度和电压相关性因子；

在所述交叉参照矩阵中存储所述温度和频率相关性因子；以及

基于所述相关性因子，确定器件减缓温度。

4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括：

在所述器件上的熔丝表格中存储所述器件减缓温度；以及

熔断所述器件上的熔丝以永久地存储所述器件减缓温度。

5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括：

基于所述器件减缓温度，操作所述器件。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述器件中也永久地存储器件减缓功率因子。

7.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述器件内编码根据电压和频率的动态频率功率比。

8.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述器件内编码根据电压和频率的静态功率比值。

9.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：

确定所述动态分量是否为高；以及

如果净功率的所述动态分量为高，则减缓由所述器件使用的频率。

10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：

确定所述静态功率分量是否为高；以及

如果净功率的所述静态分量为高，则减缓由所述器件使用的频率和电压。

11.一种用于器件专用的热减缓的设备，包括：

电子器件；

存储器，在所述电子器件内；以及

熔丝集合，在所述电子器件内。

12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述熔丝集合中的熔丝中的至少一个熔丝已被熔断以永久地存储器件减缓温度。

13.一种用于器件专用的热减缓的设备，包括：

用于表征器件的热行为的装置；

用于表征所述器件的功率行为的装置；以及

用于针对所述器件确定热阈值容限的装置。

14.根据权利要求13所述的设备，进一步包括：

用于在交叉参照矩阵中存储所述热阈值数据的装置。

15.根据权利要求13所述的设备，进一步包括：

用于针对每个器件确定热斜坡因子的装置；

用于基于温度和频率确定针对所述器件的相关性因子的装置；

用于在交叉参照矩阵中存储所述温度和电压相关性因子的装置；

用于在所述交叉参照矩阵中存储所述温度和频率相关性因子的装置；以及

用于基于所述相关性因子确定器件减缓温度的装置。

16.根据权利要求15所述的设备，进一步包括：

用于在所述器件上的熔丝表格中存储器件减缓温度的装置；以及

用于熔断在所述器件上的熔丝以永久地存储所述器件减缓温度的装置。

17.根据权利要求16所述的设备，进一步包括：

用于在所述器件内编码净功率的动态分量的装置。

18.根据权利要求16所述的设备，进一步包括：

用于在所述器件内编码净功率的动态分量的装置。

19.根据权利要求17所述的设备，进一步包括：

用于确定所述净功率的动态分量是否为高的装置；以及

用于如果所述净功率的动态分量为高则减缓由所述器件所使用的频率的装置。

20.根据权利要求18所述的设备，进一步包括：

用于确定所述净功率的静态分量是否为高的装置；以及

用于如果所述净功率的静态分量为高则减缓由所述器件所使用的频率和电压的装置。