CN114896926A - 一种纳秒级快速调整芯片内部负载的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及芯片设计技术领域，具体涉及一种纳秒级快速调整芯片内部负载的系统，该系统包括电流监测单元，用于获取每个时间间隔内芯片中相同电源域的等效电流，该等效电流为芯片内部相同电源域中所有电路模块的等效电流总和，每个电路模块的等效电流为各关键信号的最佳权重与翻转次数的加权求和；判断模块，用于计算相邻时间间隔内芯片相同电源域的等效电流的变化率，在等效电流的变化率大于门限值时，通知负载管理模块调节负载；负载管理模块用于降低芯片中相同电源域内负载的分配速度。本发明中电流能达到纳秒级的响应速度，达到及时调整负载分配速度的目的，解决了芯片由于电流突然增加而引起器件电压降低，从而导致电路不稳定甚至死机的问题。

Description

一种纳秒级快速调整芯片内部负载的系统

技术领域

本发明涉及芯片设计技术领域，具体涉及一种纳秒级快速调整芯片内部负载的系统。

背景技术

芯片内部包括大量的场效应管，在芯片工作时信号的翻转次数越多说明芯片工作越频繁，工作负载越大，如果芯片电流增加过快，由于寄生电阻的存在，会导致寄生电阻上消耗的电压突然增加，而流经芯片器件的电压降低，进而导致芯片内部的工作电压突然降低。由于电流变化过快可能会导致芯片的工作电压突然低于芯片正常的工作电压范围，但是电源管理模块从检测出电流突然增加到调整芯片工作电压之间需要毫秒级的响应时间，因此会导致电源管理模块来不及响应，在这个时间段内芯片会由于电压不足导致功能问题甚至死机。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种纳秒级快速调整芯片内部负载的系统，所采用的技术方案具体如下：

一种纳秒级快速调整芯片内部负载的系统，该调整系统包括电流监测单元、判断模块和负载管理模块，其中：所述电流监测单元，用于获取在每个时间间隔内芯片相同电源域的等效电流；所述芯片中相同电源域的等效电流为芯片内部相同电源域中所有电路模块的等效电流总和，每个电路模块的等效电流为各关键信号的最佳权重与相应的关键信号的翻转次数的加权求和；所述判断模块，用于计算相邻时间间隔内芯片中相同电源域等效电流的变化率，比较所述等效电流的变化率与门限值的大小，在所述等效电流的变化率大于门限值时，通知负载管理模块调节负载；所述负载管理模块，用于在接收到调节负载信号之后，根据所述等效电流的变化率降低芯片中相同电源域内负载的分配速度。

本发明具有如下有益效果：

本发明实施例通过统计关键信号的翻转次数并结合与存储的最佳权重计算等效电流，实时检测等效电流的变化率，在等效电流的变化率大于预设的门限值时，及时通知负载管理模块调整负载的分配速度，缓解电流的变化率，由于本发明实施例中电流能够达到纳秒级的响应速度，达到实时检测电流变化率，通过及时调整负载的分配速度，解决了芯片由于电流突然增加导致的供电不稳或者死机的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明一个实施例所提供的一种纳秒级快速调整芯片内部负载的系统框图；

图2为电流监测单元的示意图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种纳秒级快速调整芯片内部负载的系统，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一个或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种纳秒级快速调整芯片内部负载的系统的具体方案。

请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的一种纳秒级快速调整芯片内部负载的系统框图，该调整系统包括电流监测单元100、判断模块200和负载管理模块300，具体的：

电流监测单元100，用于获取在每个时间间隔内芯片中相同电源域的等效电流；芯片中相同电源域的等效电流为芯片内部相同电源域内所有电路模块的等效电流总和，每个电路模块的等效电流为各关键信号的最佳权重与相应的关键信号的翻转次数的加权求和。

其中，时间间隔为纳秒级的时间间隔。

其中，同一个芯片相同电源域内包括多个电路模块，每个具有独立功能的电路模块的成熟设计也称为IP。

其中，关键信号是指各个电路模块内对芯片的电流有主要贡献的信号，关键信号也称为performance counters，用于表示电路模块内与硬件相关的活动的计数，每个关键信号表示一类操作，关键信号的值表示在统计时间内的相应操作发生的次数，其中一类操作是指读写操作或者运算操作等，运算操作包括加法操作、乘法操作等。

具体的，最佳权重和关键信号的筛选方法为：首先设置各关键信号的未知权重参数，统计历史时间间隔内各关键信号的翻转次数，同时获取该时间间隔内的等效电流；利用等效电流与实际的仿真电流相等的关系，建立等效电流与实际的仿真电流之间的等效电流模型，将多个历史时间间隔内的等效电流模型进行拟合得到最佳权重，其中等效电流模型满足以下条件：

式中，

表示第t个历史时间间隔内芯片中相同电源域的仿真电流，n表示相同 电源域中第j个模块对应的历史关键信号的数量，J表示在芯片中相同电源域中电路模块的 数量，

表示在第t个历史时间间隔内第j个模块中第i个历史关键信号的历史翻转 次数，

表示第j个模块对应的第i个关键信号的未知权重参数, b表示一个常数。

其中，在本发明实施例中通过仿真器对相同电源域内各个电路模块分别进行仿真得到每个模块的仿真电流，芯片中相同电源域的仿真电流为相同电源域内所有电路模块仿真电流之和。在其他实施例中，还可以采用其他的方法获得芯片中相同电源域内的仿真电流。其中结合现有技术中获取电路模块仿真电流或者芯片中相同电源域的仿真电流从而实现本发明的方法都落入本发明的保护范围之内。

优选的，为了筛选更加合适的关键信号以及更加精确的最佳权重，最佳权重和关键信号的筛选步骤进一步包括：在第一次对等效电流模型进行拟合得到的拟合曲线的拟合度大于预设的拟合阈值时，将第一个拟合得到的权重作为最佳权重；否则，增加关键信号的数量，根据增加后的关键信号再次拟合曲线，在拟合曲线的拟合度大于预设的拟合阈值时，相应的初始关键信号为筛选的满足条件的关键信号，其中各关键信号的权重为最佳权重。在保证拟合度的情况下，关键信号的数量越小，计算量越小，最终的硬件走线数量就越小，关键信号的筛选不仅能够降低计算量而且能够减少走线的数量，降低系统的复杂度。其中拟合度的计算方法采用现有技术，例如通过计算拟合曲线与实际曲线之间的均方差获取拟合度，具体的过程不再赘述。

优选的，关键信号的筛选步骤还可以是：对等效电流模型进行拟合，选取权重最大的预设数量的初始关键信号作为关键信号。预设数量可以根据需要设置，例如最大的前20个或者前10个。

优选的，该关键信号的筛选还可以是通过经验选取。

优选的，为了增加使最终拟合得到的最佳权重更加准确，在筛选关键信号和最佳权重之前，需要选取多种不同的工作状态，建立不同工作状态下的等效电流模型，通过拟合不同工作状态下的等效电流模型得到关键信号以及一组最佳权重，这一组最佳权重是能够适用于不同的工作状态。需要说明的是，为了提高拟合精度，在本发明实施例中，基于相同的时间间隔，需要获取在不同工作状态下每路信号的翻转次数，不同工作状态是其翻转次数也不相同，翻转次数的多少反映了芯片工作的繁忙程度，不同的工作状态对应了不同的场景，例如在工作频繁的工作状态下采集的多路关键信号的翻转次数、在工作空闲的工作状态下采集的多路关键信号的翻转次数、在介于空闲和频繁之间的工作状态下采集的多路关键信号等多种不同工作状态下的信号的翻转次数，工作状态的类型越丰富，也即覆盖的场景越丰富，拟合得到的模型就越准确，最终拟合得到的最佳权重越准确。作为一个示例，例如在游戏中，在同一个时间间隔内，一个角色在休息或者行走时的工作状态、一个角色在同时执行多个动作时的工作状态、以及多个角色在同时执行最复杂的动作时的工作状态，芯片对应的实际工作状态的忙碌程度依次增加，电流也依次增加。

其中，最佳权重预先存储于存储单元中，在计算等效电流时，从存储单元中读取相应关键信号的最佳权重，并统计在相应的时间间隔内关键信号的翻转次数。在第τ个时间间隔内同一电源域中芯片的等效电流I(τ)满足以下条件：

其中， I(τ)表示第τ个时间间隔内相同电源域中芯片的等效电流，m表示相同电源 域中第j个模块对应的关键信号的数量，J表示在芯片中相同电源域内电路模块的数量，

表示在第τ个时间间隔内第j个模块中第i个关键信号的翻转次数，

表示第j个模 块中第i个关键信号的最佳权重, b表示一个常数。

由于芯片中包括多个电源域，不同电源域中的电流对芯片的影响不同，有些电源域对芯片的影响较大，有些对芯片的影响比较微弱，本发明实施例中仅关心对芯片影响较大的某一些电源域，并单独对每个电源域内的负载进行调整。芯片在相应电源域内的等效电流的变化率大于门限值时，则调整该电源域内的负载。

通过统计关键信号的翻转次数并结合预先存储于存储单元内的最佳权重计算等效电流，由于最佳权重以及翻转次数的响应非常快，因此计算电流的响应速度为纳秒级的响应速度，相较于现有技术需要从传感器读取电流的毫秒级的响应速度来说，响应速度提升了上百万倍。

判断模块200，用于计算相邻时间间隔内芯片中相同电源域等效电流的变化率，比较等效电流的变化率与门限值的大小，在等效电流的变化率大于门限值时，通知负载管理模块调节负载。

其中，门限值为预先设定的电流变化率的经验阈值。

具体的，等效电流的变化率的获取步骤为：计算得到第τ+1个时间间隔内的等效电I(τ+1)，则相邻时间间隔内的等效电流差∆I为：∆I=I(τ)-I(τ+1)，等效电流的变化率K满足以下条件：

式中，∆τ为相邻两个时间间隔之和。

芯片中相同电源域的等效电流变化率越大说明当前时间间隔内关键信号的翻转次数相比上一时间增加较大，芯片的工作负载变化较快。工作负载的突然增加，对应于芯片电流快速增加，由于芯片中寄生电阻的存在，会导致传导到芯片器件的压降突然增大，进而导致芯片的工作电压突然降低。其中芯片的工作电压V_device满足：V_device= V₀-IR，式中，V₀表示供电电压，R表示芯片的内部寄生电阻。由于在芯片外部的供电电压不变的情况下，电流I突然增加时，会导致芯片的工作电压V_device突然下降，由于电流变化过快可能会导致芯片的工作电压突然低于芯片正常的工作电压范围，但是由于电源管理模块从检测电流突然增加到调整芯片功率之间需要毫秒级的响应时间，因此会导致电源管理模块来不及响应，在这个时间段内芯片会由于电压不足导致功能问题甚至死机。

作为一个示例，在芯片的工作频率为1GHz时，芯片正常工作的电压为0.8V，芯片死机的电压为0.7V。在工作频率不变的情况下，但是芯片的工作电压降为0.75V时，可能就是导致芯片工作的电压不稳定，如果直接降到0.7V，则会导致芯片死机。

因此本发明通过纳秒级的电流响应速度，实时检测等效电流的变化率，在等效电流的变化率大于预设的门限值时，及时通知负载管理模块调整负载分配的速度，缓解电流的变化率，防止芯片供电不稳或死机。

负载管理模块300，用于在接收到调节负载信号之后，根据等效电流的变化率降低芯片中相同电源域内负载的分配速度。

负载管理模块及时的降低芯片在相同电源域内负载的分配速度，能够缓解电流的变化率。在等效电流的变化率小于预设的门限值时，负载管理模块恢复正常分配负载的速度。等效电流的变化率越大，则需要将负载的分配速度调整的越小。

综上所述，本发明实施例通过统计关键信号的翻转次数并结合与存储的最佳权重计算等效电流，实时检测等效电流的变化率，在等效电流的变化率大于预设的门限值时，及时通知负载管理模块调整负载的分配速度，缓解等效电流的变化率。由于本发明实施例中电流能够达到纳秒级的响应速度，达到实时检测等效电流变化率，及时调整负载的分配速度，解决了芯片由于电流突然增加导致的供电不稳或者死机的技术问题。

优选的，请参阅图2，电流监测单元100包括累加器101、乘加器102和加法器103，其中：累加器101用于累加各关键信号的翻转次数。乘加器102用于计算每个电路模块内各关键信号的所述翻转次数与最佳权重之间的加权求和得到电路模块的等效电流。加法器103用于将芯片内相同电源域中所有电路模块的等效电流进行相加得到相同电源域的等效电流总和，该等效电流总和为芯片相同电源域的等效电流。

优选的，等效电流的变化率不同，负载管理模块降低负载分配速度不同，为了达到自适应调整负载分配速度的目的，需要建立等效电流变化率的超标值与负载分配速度的调节力度之间的映射表，该映射表中记载了超标值与调节力度的一一对应关系。等效电流变化率的超标值的获取是通过计算等效电流的变化率与变化阈值之间的差值，得到的差值为超标值，其中变化阈值为经验阈值，在实际应用中可根据实际需要设置。该对应关系的获取可以根据经验提前配置相应的负载分配速度的调节力度，在配置的过程中需要保证在尽量不损害芯片工作的稳定性以及性能的情况下调整负载分配速度的调节力度，使芯片保持较高的性能的同时安全工作。负载管理模块通过查询该映射表得到负载分配速度的调节力度，按照该调节力度调节负载分发的速度。

优选的，由于等效电流变化率是连续变化的，为了使映射表覆盖的等效电流变化率范围更全面，按照超标值所属的区间将超标值的取值范围划分为多个不同的等级，每个等级对应一个调节力度，进而得到一个超标等级与调节力度之间的一一对应的映射表。具体的，首先计算等效电流的变化率与变化阈值之间的差值，该差值为超标值；然后根据超标值查询所处的超标等级，根据超标等级查询映射表得到相应的负载分配速度的调节力度，使负载管理模块按照得到的调节力度调节负载分发的速度。

需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纳秒级快速调整芯片内部负载的系统，其特征在于，该调整系统包括电流监测单元、判断模块和负载管理模块，其中：

所述电流监测单元，用于获取在每个时间间隔内芯片中相同电源域的等效电流；所述芯片中相同电源域的等效电流为芯片内部相同电源域中所有电路模块的等效电流总和，每个电路模块的等效电流为各关键信号的最佳权重与相应的关键信号的翻转次数的加权求和；

所述判断模块，用于计算相邻时间间隔内芯片中相同电源域等效电流的变化率，比较所述等效电流的变化率与门限值的大小，在所述等效电流的变化率大于门限值时，通知负载管理模块调节负载；

所述负载管理模块，用于在接收到调节负载信号之后，将所述等效电流的变化率与变化阈值进行比较，在所述等效电流的变化率大于变化阈值时降低芯片中相同电源域内负载的分配速度。

2.根据权利要求1所述的一种纳秒级快速调整芯片内部负载的系统，其特征在于，所述电流监测单元包括累加器、乘加器和加法器，其中：

所述累加器，用于累加各关键信号的翻转次数；

所述乘加器，用于计算每个电路模块内各关键信号的所述翻转次数与最佳权重之间的加权求和得到电路模块的等效电流；

所述加法器，用于将芯片中相同电源域内所有电路模块的等效电流进行相加得到芯片中相同电源域的等效电流。

3.根据权利要求1所述的一种纳秒级快速调整芯片内部负载的系统，其特征在于，在所述等效电流的变化率大于变化阈值时降低芯片中相同电源域内负载的分配速度步骤，进一步包括以下优化步骤：

计算所述等效电流的变化率与所述变化阈值之间的差值，所述差值为超标值；根据所述超标值查询映射表得到相应的负载分配速度的调节力度，使负载管理模块按照得到的调节力度调节负载分配速度；其中所述映射表记载了超标值与调节力度的一一对应关系。

4.根据权利要求1所述的一种纳秒级快速调整芯片内部负载的系统，其特征在于，在所述等效电流的变化率大于变化阈值时降低芯片中相同电源域内负载的分配速度步骤，进一步包括以下优化步骤：

计算所述等效电流的变化率与所述变化阈值之间的差值，所述差值为超标值；根据所述超标值查询所处的超标等级，根据超标等级查询映射表得到相应的负载分配速度的调节力度，使负载管理模块按照得到的调节力度调节负载分配速度；其中所述映射表记载了超标等级与调节力度的一一对应关系，其中超标等级是将超标值的取值范围划分为多个不同的等级。

5.根据权利要求1所述的一种纳秒级快速调整芯片内部负载的系统，其特征在于，所述最佳权重存储于存储单元中。

6.根据权利要求1所述的一种纳秒级快速调整芯片内部负载的系统，其特征在于，所述最佳权重是通过拟合多个历史时间间隔内的等效电流模型得到的，其中等效电流模型满足以下条件：

式中，I(t)表示第t个历史时间间隔内芯片中相同电源域的仿真电流，n表示相同电源域中第j个模块对应的历史关键信号的数量，J表示在芯片相同电源域中电路模块的数量，

表示在第t个历史时间间隔内第j个模块中第i个历史关键信号的历史翻转次数，

表示第j个模块中第i个关键信号的未知权重参数，b表示常数。

7.根据权利要求6所述的一种纳秒级快速调整芯片内部负载的系统，其特征在于，所述关键信号的筛选步骤包括：对所述等效电流模型进行拟合，在拟合曲线的拟合度大于预设的拟合阈值时，参加拟合的初始关键信号为关键信号；否则，增加关键信号的数量，再次拟合所述等效电流模型。

8.根据权利要求7所述的一种纳秒级快速调整芯片内部负载的系统，其特征在于，所述最佳权重为关键信号对应的权重。

9.根据权利要求7所述的一种纳秒级快速调整芯片内部负载的系统，其特征在于，在对所述等效电流模型进行拟合之前，需要选取不同工作状态下的等效电流模型进行拟合，以得到最佳权重。

10.根据权利要求1所述的一种纳秒级快速调整芯片内部负载的系统，其特征在于，所述关键信号的筛选步骤包括：对所述等效电流模型进行拟合，选取权重最大的预设数量的初始关键信号作为关键信号。

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