DE102013114252A1

DE102013114252A1 - Systeme und Verfahren zur effizienten Spannungserfassung

Info

Publication number: DE102013114252A1
Application number: DE102013114252.4A
Authority: DE
Inventors: Tezaswi Raja; Sagheer Ahmad
Original assignee: Nvidia Corp
Current assignee: Nvidia Corp
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2014-07-03
Anticipated expiration: 2033-12-18
Also published as: US9983602B2; US20140184179A1; DE102013114252B4; TW201435533A; TWI603173B; CN103913624A

Abstract

Die vorliegenden Systeme und Verfahren können eine effiziente Spannungserfassung und Regelung ermöglichen. In einer Ausführungsform umfasst ein vorliegendes Mehrpunkt-Spannungserfassungssystem eine Spannungserfassung an mehreren Punkten. Die Mehrpunkterfassung ist das Schema, in welchem eine Spannungsrückkopplung vom Silizium zu dem Spannungsregler ein Mittelwert aus mehreren Punkten auf dem Chip ist. In einer Ausführungsform wird die Mehrpunkterfassung bewerkstelligt, indem mehrere Erfassungspunkte über die Partition/das Silizium hinweg angeordnet werden und indem die Erfassungssignale aus dem Erfassungspunkt mit einer symmetrischen Signalführung zusammengefasst werden. In einer Ausführungsform umfasst ein vorliegendes Mehrpunkt-Spannungserfassungssystem eine virtuelle VDD-Erfassung mit garantierter nicht-schwebender Rückkopplung. In einer anschaulichen Realisierung erlaubt die virtuelle VDD-Erfassung mit garantierter nicht-schwebender Rückkopplung eine genauere Erfassung, wenn eine Komponente in der Leistung ausgeblendet ist, indem die Erfassungsergebnisse, die mit der Komponente verknüpft sind, entfernt werden.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Leistungssysteme. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein System und ein Verfahren für die Systemleistungseinstellung (beispielsweise für ein verbessertes Leistungsverhalten, eine höhere Batteriestandzeit, usw.).
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Elektronische Systeme und Schaltungen haben wesentlich zur Entwicklung der modernen Gesellschaft beigetragen und werden in einer Reihe von Anwendungen verwendet, um vorteilhafte Ergebnisse zu erreichen. Zahlreiche elektronische Techniken, etwa digitale Computer, Rechner, Audiogeräte, Videoanlagen und Telefonsysteme haben eine erhöhte Produktivität und geringere Kosten bei der Analyse und der Kommunikation von Daten in vielen Bereichen der Geschäftswelt, der Wissenschaft, der Erziehung und der Unterhaltung ermöglicht. Die Ausführung dieser Aktivitäten beinhaltet häufig einen Verbrauch an Leistung. Die Art, in der die Leistung bereitgestellt und beibehalten wird, kann einen wesentlichen Einfluss auf das Leistungsverhalten und die Endergebnisse ausüben. Jedoch sind herkömmliche Versuche der Bereitstellung einer geeigneten Leistung häufig nicht effizient und ungenau.
1 ist eine Darstellung einer Ausführungsform eines konventionellen Leistungsversorgungssystems. Der VR (Spannungsregler) liefert Leistung an die Platine, dann an das Bauteil und an die Transistoren in dem Silizium. Eine Spannungserfassung ist eine Eingabe für das VR-Modul, wie in 1 gezeigt ist. Das VR-Modul regelt seine Ausgangsspannung auf der Grundlage der Erfassungsrückkopplung. Die Sollspannung wird von dem VR durch einen Spannungs-ID (VID) Code mit mehreren Bits festgelegt. Der VID wird auch als dynamische Spannungseinstellung (DVS) bezeichnet. Die VID-Spannungseinstellung sollte die Spannung an dem Erfassungspunkt sein, aber nicht an dem physikalischen Ausgang des VR-Modus. Die tatsächliche Spannung an dem physikalischen Ausgang des VR-Moduls wird höher sein als die VID-Einstellung. Anders ausgedrückt, der IR-Abfall von dem VR über die Platine, das Gehäuse und das Siliziumleistungs-Netz/Kontaktsystem soll durch die eingeschlossene Rückkopplungsschleife von dem Aufbau der Spannungserfassung kompensiert werden. Jedoch ist in konventionellen Vorgehensweisen die Fähigkeit, die Spannung mit geeigneter Kompensation in genauer Weise zu erfassen, häufig schwierig und ungenau.
In einigen herkömmlichen Leistungsversorgungsschemata wird versucht, eine Rückkopplungsschleife mit einem einzelnen Erfassungspunkt zu nutzen. Konventionelle Ansätze mit Einzelpunkterfassung sind häufig beschränkt (beispielsweise „statisch”, usw.) und enthalten eine Reihe ineffizienter Kompensationen (beispielsweise eine Spezifikation für erhöhtes Spannungsrauschen, 2*_{VDC_VAR}, usw.). Es gibt eine Reihe von Chipeigenschaften, die zu einer Reihe von Problemen (beispielsweise Spannungsschwankungen über den Chip hinweg, Spannungspunkte mit frei einstellbarem Potenzial bzw. schwebende Spannungspunkte von Bereichen mit Leistungsausblendung, usw.) in einem üblichen Vorgehen mit Einzelpunkterfassung hervorrufen können. Einige herkömmliche Vorgehensweisen versuchen, mit diesen Problemen fertig zu werden, indem eine Mehrzahl von zusätzlichen Erfassungspunkte hinzugefügt werden, wobei diese herkömmlichen Vorgehensweisen typischerweise einen zusätzlichen Spannungsregler für jeden zusätzlichen Erfassungspunkt erfordern. Jeder der zusätzlichen Spannungsregler ist relativ teuer und ineffizient (beispielsweise werden dadurch zusätzliche Chipfläche und Ressourcen verbraucht, usw.).
ÜBERBLICK
Die vorliegenden Systeme und Verfahren können eine effiziente Spannungserfassung und Regelung ermöglichen. In einer Ausführungsform umfasst ein vorliegendes System zur Mehrpunkt-Spannungserfassung eine Spannungserfassung an mehreren Punkten bzw. eine Mehrpunkt-Spannungserfassung. Die Ergebnisse der Mehrpunkterfassung werden zu einer einzelnen Rückkopplungsindikation zusammengefasst. Die kombinierte Mehrpunkterfassung und Einzelrückkopplungsindikation kann Kompensationen für eine Reihe von Bedingungen beinhalten. In einer Ausführungsform umfasst die Mehrpunkterfassung ein Schema, in welchem eine Spannungsrückkopplung von einem Chip zu einem Spannungsregler ein Mittelwert aus mehreren Erfassungspunkten auf dem Chip ist. In einer Ausführungsform wird die Mehrpunkterfassung durchgeführt, indem mehrere Erfassungspunkte über die Unterteilung/das Silizium hinweg angeordnet werden und indem die Erfassungssignale aus dem Erfassungspunkt mit einer symmetrischen Signalführung vereinigt werden. In einer Ausführungsform umfasst ein vorliegendes System mit Mehrpunkt-Spannungserfassung eine virtuelle VDD-Erfassung mit nicht-schwebender Rückkopplung. In einer anschaulichen Realisierung erlaubt die virtuelle VDD-Erfassung mit nicht-schwebender Rückkopplung eine genauere Erfassung, wenn eine Komponente in der Leistung ausgeblendet (power gated off) ist, indem die Erfassungsergebnisse, die mit der Komponente verknüpft sind, entfernt werden.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die begleitenden Zeichnungen, die in dieser Beschreibung enthalten sind und einen Teil davon bilden, zeigen Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft und nicht in einschränkender Form. Die Zeichnungen, auf die in dieser Beschreibung verwiesen wird, sollten als nicht maßstabsgetreu verstanden werden, sofern dies nicht speziell anders angegeben ist.
1 ist eine Blockansicht eines anschaulichen konventionellen Leistungsversorgungssystems.
2A ist eine Blockansicht eines anschaulichen Systems zur Mehrpunkt-Spannungserfassung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2B ist eine Blockansicht eines anschaulichen Systems zur Mehrpunkt-Spannungserfassung mit Leistungsausblendung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2C ist eine weitere anschauliche schematische Darstellung eines anschaulichen Systems zur Mehrpunkt-Spannungserfassung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Blockansicht, die eine Ausführungsform eines anschaulichen vereinfachten elektrischen Modells für das Leistungsversorgungssystem zeigt.
4 zeigt eine Blockansicht einer anschaulichen Realisierung eines Teils mit Leistungsausblendung mit einer Versorgung VDD ohne Ausblendung und mit einer virtuellen/mit Ausblendung versehener Versorgung VVDD gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine Blockansicht eines anschaulichen Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine Blockansicht eines anschaulichen Schemas mit Erfassungssteuersignalen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es wird nun detailliert auf die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung verwiesen, wovon Beispiele in den begleitenden Zeichnungen gezeigt sind. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen beschrieben ist, ist zu beachten, dass diese nicht beabsichtigen, die Erfindung auf diese Ausführungsformen einzuschränken. Vielmehr soll die Erfindung Alternativen, Modifizierungen und Äquivalente abdecken, die in dem Grundgedanken und dem Schutzbereich der Erfindung, wie sie durch die angefügten Patentansprüche definiert ist, mit eingeschlossen sind. Ferner sind in der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung zahlreiche spezielle Details angegeben, um ein gründlicheres Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Jedoch erkennt der Fachmann, dass die vorliegende Erfindung auch ohne diese speziellen Details praktiziert werden kann. In anderen Fällen sind gut bekannte Verfahren, Prozeduren, Komponenten und Schaltungen nicht im Detail beschrieben, um nicht in unnötiger Weise Aspekte der vorliegenden Erfindung zu verdunkeln.
Die vorliegenden Systeme und Verfahren können eine effiziente Spannungserfassung und Regelung ermöglichen. In einer Ausführungsform umfasst ein vorliegendes System zur Mehrpunkt-Spannungserfassung eine Spannungserfassung an mehreren Punkten bzw. eine Mehrpunkt-Spannungserfassung. Die Ergebnisse der Mehrpunkterfassung werden zu einer einzelnen Rückkopplungsindikation zusammengefasst bzw. kombiniert. Die kombinierte Mehrpunkterfassung als einzelne Rückkopplungsindikation kann Kompensationen für eine Vielzahl von Bedingungen (beispielsweise Position, Verhalten der Leistungsausblendung, Anwendung, usw.) beinhalten. In einer Ausführungsform wird die Mehrpunkterfassung bewerkstelligt, indem mehrere Erfassungspunkte über einen Chip (beispielsweise an diversen Positionen des Siliziums, an diversen Unterteilungen, an diversen Komponenten, usw.) hinweg angeordnet werden, und indem die Erfassungssignale aus diesen Erfassungspunkten mit einer symmetrischen Signalführung zusammengefasst werden. In einer Ausführungsform umfasst ein vorliegendes System zur Mehrpunkt-Spannungserfassung eine virtuelle VDD (VVDD) Erfassung mit nicht schwebender Rückkopplung bzw. mit Rückkopplung mit nicht mit frei einstellbarem Potenzial. In einer Ausführungsform ist die Erfassung garantiert eine nicht-schwebende Rückkopplung. In einer anschaulichen Realisierung erlaubt die virtuelle VDD-Erfassung mit nicht-schwebender Rückkopplung eine genauere Erfassung, wenn eine Komponente in der Leistung ausgeblendet ist, indem die Erfassungsergebnisse, die zu dieser Komponente gehören, entfernt werden.
2A ist eine Blockansicht eines anschaulichen Systems zur Mehrpunkt-Spannungserfassung 250 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Mehrpunkt-Spannungserfassungssystem 250 umfasst einen Chipbereich 251, einen Chipbereich 252, eine Chipbereich 253, einen Erfassungspunkt 271, einen Erfassungspunkt 272, einen Erfassungspunkt 273 und eine Mehrpunkt-Erfassungskombinationskomponente 275. Die Komponenten des Mehrpunkt-Spannungserfassungssystems 250 arbeiten zusammen, um eine Spannungserfassung eines Chips auszuführen. Die Bereiche 251, 252, 253 beinhalten funktionale Komponenten, die diverse Operationen ausführen. Die Bereiche 251, 252 und 253 können mit unterschiedlicher Unterteilung (beispielsweise Kerne, Partition, Logikblöcken, Komponenten, Transistoren, usw.) ausgebildet sein. Die Erfassungspunkte 271, 272 und 273 erfassen den Spannungspegel an den Eingängen jeweils der Bereiche 251, 252 und 253. Die Ergebnisse der Erfassung werden an die Mehrpunkt-Erfassungskombinationskomponente 275 weitergeleitet, die die Erfassungsergebnisse zu einer kombinierten Mehrpunkt-Erfassungsindikation 279 zusammenfasst. Zu beachten ist, dass es diverse Komponenten (nicht gezeigt) zwischen diesen Erfassungspunkten und der Leistungsversorgung VDD geben kann.
2B ist eine Blockansicht eines anschaulichen Mehrpunkt-Spannungserfassungssystems 200 mit einer Leistungsausblendung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Mehrpunkt-Spannungserfassungssystem 200 umfasst eine Kombinationsschaltung 201, eine Partition 210, einen Leistungsschalter 211, eine Partition 220 und einen Leistungsschalter 221. Die Partition 210 ist mit dem Leistungsschalter 211 verbunden, und die Partition 220 ist mit dem Leistungsschalter 221 verbunden. Der Ausgang des Leistungsschalters 211 und 221 ist mit der Kombinationsschaltung 201 verbunden.
Die Komponenten des Mehrpunkt-Spannungserfassungssystems 200 arbeiten zusammen, um eine Spannungserfassung auszuführen. Die Partitionen 210 und 220 enthalten Funktionselementen, die eine Vielzahl von Funktionen ausführen. Die Leistungsschalter 211 und 221 steuern die Leistungszufuhr entsprechend zu den Partitionen 210 und 220. Die Ausgänge bzw. Ausgangssignale der Leistungsschalter 211 und 221 werden an die Kombinationskomponente 201 weitergeleitet, die ein kombiniertes Ergebnis an einen Spannungsregler 299 weitergeleitet. 2C ist eine schematische Darstellung eines anschaulichen Mehrpunkt-Spannungserfassungssystems 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Viele Nachteile einer konventionellen Einzelpunkt-Spannungserfassung können durch das hierin angegebene Mehrpunkt-Erfassungsschema überwunden werden. In einer Ausführungsform wird die Mehrpunkterfassung bewerkstelligt, indem mehrere Erfassungspunkte über die Partition/das Silizium hinweg angeordnet werden und indem die Erfassungssignale aus dem Erfassungspunkt mit einer symmetrischen Weiterführung bzw. Signalführung vereinigt werden, wobei dies ähnlich zu einem Widerstandsmittelungsnetzwerk ist. Die Verwendung mehrerer Erfassungspunkte an unterschiedlichen Positionen kann zu einer Mittelung der Transistoraktivität über unterschiedliche Punkte auf dem Chip hinweg führen. Somit kann die resultierende Spannungserfassungsrückkopplung ein Mittel für diverse Anwendungsfälle sein, wenn ausreichend Erfassungspositionen verwendet werden. Es liegen beispielsweise in den meisten Anwendungsfällen die Spannungen an den meisten Positionen auf dem Chip innerhalb von +/– V_{DC_VAR}/2 der mittleren Erfassungsspannung. Dies kann das „ideale” Szenario sein, das zuvor beschrieben ist, und dies führt zu einer geringeren Spezifikation für das Spannungsrauschen (V_{DC_VAR}). Daher kann die Mehrpunkterfassung V_{DC_VAR} reduzieren und das Leistungsverhalten verbessern.
3 ist eine Blockansicht, die eine Ausführungsform eines anschaulichen vereinfachten elektrischen Modells für das Leistungsversorgungssystems zeigt. Wie in 3 angegeben ist, sind mehrere Erfassungspunkte in dem Chip enthalten. Zu beachten ist, dass je näher die Erfassungspunkte an dem Transistor auf dem Chip liegt, desto genauer die programmierte Spannung an dem schaltenden Transistor ist. Die Verringerung der Unbestimmtheit der Spannung an dem Transistor kann die Spannungstoleranz verringern, die erforderlich ist, wodurch die von dem System verbrauchte Leistung reduziert wird. Somit besteht in einer Ausführungsform der Bedarf darin, dass der Erfassungspunkt möglichst nahe an dem schaltenden Transistor liegt.
Zu beachten ist, dass ein Erfassungspunkt auch an diversen Positionen auf einem Chip (beispielsweise auf der obersten Metallschicht des Siliziums, auf der unteren Metallschicht des Siliziums (beispielsweise M1, usw.) liegen kann. Zu beachten ist ferner, dass auch andere Erfassungspunkte an anderen Positionen außerhalb des Chips vorgesehen sein können. In einer Ausführungsform können zusätzlich zu den mehreren Erfassungspunkten auf einem Chip auch Erfassungspunkte auf der Platine, in dem Bereich des Kugelgitter-Arrays (BGA) des Gehäuses sein.
Es gibt häufig gewisse Probleme oder Nachteile beim herkömmlichen Spannungserfassungsschema, die von den vorliegenden Systemen und Verfahren zur Mehrpunkterfassung überwunden werden. Ein Problem beinhaltet die Unvorhersagbarkeit des „idealen” Erfassungspunkts. Konventionelle Spannungserfassungsschemata versuchen häufig sicherzustellen, dass die Position des Erfassungspunkts auf die gewünschte Spannung V_NOM gesetzt wird. Jedoch gibt es Spannungsschwankungen über das Silizum hinweg, die bewirken, dass Transistoren, die vom Erfassungspunkt beabstandet sind, eine andere Spannung als V_NOM sehen. Eine teilweise vollständige Liste von möglichen Gründen für die Spannungsschwankungen kann enthalten:

1. Transistoraktivitätsschwankungen über das Silizium hinweg bei unterschiedlichen Verwendungszwecken;
2. Unterschiede in der Gestaltung des Leistungsversorgungsnetzes über das Silizium hinweg;
3. Leistungszufuhr durch räumlich isolierte Höker; und
4. Die räumliche Leistungsverteilung des Gehäuses ist nicht gleichförmig.

In einer Ausführungsform legt die Spezifikation für das Spannungsrauschen (V_{DC_VAR}) die maximale DC-Spannungsschwankung über das Silizium hinweg fest. Wenn ein einzelner Erfassungspunkt verwendet wird, kann in einer anschaulichen Realisierung eine Position nahe bei „ideal” als eine Position ausgewählt werden mit einer mittleren Spannung, so dass die Hälfte der Punkte um + V_{DC_VAR}/2 liegen höher als der Erfassungspunkt und so dass die andere Hälfte der Punkte um – V_{DC_VAR}/2 tiefer als der Erfassungspunkt liegen. Jedoch ist es häufig schwierig, eine Position für den Erfassungspunkt zu ermitteln, der die obigen Kriterien unter den meisten oder allen Bedingungen erfüllt. Von den möglichen Gründen für eine DC-Schwankung, die oben aufgeführt sind, ist die Schwankung der Transistoraktivität häufig am schwierigsten vorherzusagen und diesbezüglich beim Entwurf zu berücksichtigen. Es kann unterschiedliche Szenarien geben, in denen der einzelne Erfassungspunkt die höchste Aktivität auf dem Chip hat (und es gibt eine Position mit einer Spannung + V_{DC_VAR}) oder die geringste Aktivität auf dem Chip hat (und es gibt eine Position auf dem Chip mit – + V_{DC_VAR}). Um beide Szenarien, die zuvor genannt sind, abzudecken, wird in einer Ausführungsform die Spezifikation für V_{DC_VAR} auf 2*V_{DC_VAR} erweitert. Dies kann zu einer höheren Spannungstoleranz und somit zu einem geringeren Leistungsverhalten führen.
In einer Ausführungsform ist die Leistungsausblendung eine Technik, bei der Gebiete/Bereiche der Chipkomponenten von einer anschaulichen Leistungsversorgung durch Schlaf-Transistoren oder Leistungsschalter abgeschaltet werden. 4 zeigt eine Blockansicht einer anschaulichen Realisierung eines Bereichs mit Leistungsausblendung bzw. einer Partition mit einer nicht ausgeblendeten Versorgung VDD und einer virtuellen/ausblendbaren Versorgung VVDD. Es gibt einen Spannungsabfall über den Leistungsschaltern V_{IR_PG}, wie gezeigt ist. In einer anschaulichen Realisierung gibt es zwei mögliche Positionen für die Spannungserfassung: VDD oder VVDD. Ein Vorteil der VVDD-Erfassung besteht darin, dass sie die Spannung näher an dem schaltenden Transistor erfassen kann und somit das Leistungsverhalten verbessert, wie zuvor angegeben ist. Zu beachten ist, dass in dem vorliegenden Beispiel die V_{IR_PG} eine Funktion des Stroms ist, der von der Partition gezogen wird, und somit nicht konstant ist. In einer anschaulichen Realisierung kann eine Erfassung bei VVDD ebenfalls die Unsicherheit in der Spannung an den schaltenden Transistoren verringern, wodurch die Spannungstoleranz reduziert und somit die Leistung verbessert wird.
Ein Problem bei der VVDD-Erfassung in einer konventionellen Vorgehensweise kann darin bestehen, dass, wenn die Leistung für die Partition ausgeblendet wird, die Spannung bei VVDD schwebend ist bzw. ein frei einstellbares Potenzial hat und unvorhersagbar ist. Dies kann dazu führen, dass die Spannungsrückkopplung für den Regler schwebend ist, was nicht akzeptabel ist. Daher wird in einer Ausführungsform die VVDD-Erfassung nicht verwendet, sofern nicht eine Rückkopplung angesteuert ist und daher nicht schwebend ist.
In einer Ausführungsform ist eine Mehrpunkterfassung für einen VVDD-Bereich ein komplexeres Szenario, da die Leistungsausblendung beteiligt ist, und es werden mehr Steuersignale für eine kontinuierliche Rückkopplung zu dem VR mit eingeschlossen. In einer anschaulichen Realisierung kann der logische Ablauf für eine VVDD-Mehrpunkterfassung wie folgt sein:

1. Wenn alle Bereiche aktiv sind, sollte die Rückkopplung aller Bereiche gemittelt werden.
2. Wenn ein Bereich in der Leistung ausgeblendet wird, sollte der Bereich aus der Erfassungsrückkopplungsschleife entfernt werden.
3. Wenn alle Bereiche abgeschaltet sind, sollte die Rückkopplung aus der realen/ohne Leistungsausblendung betriebenen VDD verwendet werden.

In einer Ausführungsform sind die zuvor beschriebenen logischen Kriterien erreicht durch die Verwendung einer speziellen Zelle, die als „Erfassungsauswahl-MUX” bezeichnet ist. Eine schematische Blockansicht einer Ausführungsform einer anschaulichen Erfassungsauswahl-MUX ist in 4 gezeigt.
4 ist eine schematische Darstellung, die eine schematische Leistungsversorgung mit mehreren Bereichen mit Leistungsausblendung und die Gestaltung der Erfassungsauswahl-MUX gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Es seien sie zwei Partitionen A und B mit unabhängiger Leistungsausblendung betrachtet, wie in
4 gezeigt ist. Die Leistungsausblendung der Partitionen wird von den Signalen Schlafen_A und Schlafen_B gesteuert, wie gezeigt ist. Die VVDD-Erfassungssonden für jeden der Bereiche können zu der Erfassungsauswahl-MUX geführt werden, wie in 4 gezeigt ist. In einer anschaulichen Realisierung ist die Erfassungsauswahl-MUX eine Durchlassgatter-MUX, die von den gleichen Schlaf-Signalen wie die Partitionen gesteuert wird. Die Wahrheitstabelle für die Erfassungsauswahl-MUX, die in 4 gezeigt ist, ist in der nachfolgenden Tabelle angegeben:

Schlafen_ A Schlafen_ B Erfassung

0 0 Avg(VVDD_A, WDD_B)

0 1 WDD_A

1 0 WDD_B

1 1 VDD

Tabelle 1: Wahrheitstabelle für die Erfassungsauswahl-MUX-Gestaltung, die in Fig. 4 gezeigt ist.
Die Erfassungsauswahl-MUX wählt der Mittelwert der nicht in der Leistung ausgeblendeten Partitionen zu jedem Zeitpunkt, und wenn alle Partitionen in der Leistung ausgeblendet sind, dann kann sie das reale/nicht ausgeblendete VDD auswählen, um die Spannungsrückkopplung bereitzustellen. Somit kann in einer Ausführungsform die vorgeschlagene Erfindung sicherstellen, dass die Rückkopplung zu dem Regler zu jeder Zeit nicht-schwebend ist. Die Wahrheitstabelle in Tabelle-1 kann leicht auf ein System mit einer beliebigen Anzahl an Bereichen mit Leistungsausblendung erweitert werden, solange diese durch eindeutige Schlaf-Signale gesteuert sind.
Es sei wieder auf 1 verwiesen; zu beachten ist, dass die Mehrpunktkombination der Mehrpunkterfassungsergebnisse auf viele Weisen erfolgen kann. In einer Ausführungsform kann die Mehrpunktkombination eine Mittelung (beispielsweise selektive Mittelwertbildung, vollständige Mittelwertbildung, gewichtete Mittelwertbildung, usw.) der erfassten Spannungen umfassen. Die kombinierte Mehrpunkterfassungskombination kann Kompensationen für eine Reihe von Bedingungen umfassen (beispielsweise Position, Verhalten der Leistungsausblendung, Anwendung, usw.). In einer anschaulichen Realisierung werden Leistung ausgeblendete Bereiche (Leistung abgeschaltet) in dem Mittelwert nicht berücksichtigt. In einer anschaulichen Realisierung werden erfasste Spannungen, die zu Bereichen gehören, die gewisse Operationen ausführen, unterschiedlich gewichtet (beispielsweise typischere oder wichtigere Funktionen werden stärker als andere gewichtet, Bereiche, die mit unterschiedlichen Anwendungen verknüpft sind, werden unterschiedlich gewichtet, usw.).
5 ist eine Blockansicht eines anschaulichen Verfahrens 500 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Im Block 510 werden Funktionen mit mindestens einer Komponente ausgeführt. Zu beachten ist, dass viele Funktionen ausgeführt werden können.
Im Block 520 wird eine Spannungsquelle für eine Mehrzahl von Komponenten geregelt. In einer Ausführungsform wird die Spannungsquelle für die Komponente in Übereinstimmung mit einer erfassten Spannung geregelt.
Im Block 530 werden entsprechende Spannungen der Mehrzahl von Komponenten erfasst. In einer Ausführungsform liegt mindestens eine der Mehrzahl von erfassten Spannungen auf der nachgeordneten (downstream) Seite einer Leistungs-Gate-Komponente.
Im Block 540 wird eine Indikation für die kombinierte erfasste Spannung zu dem Spannungsregler weitergeleitet. In einer Ausführungsform liegt mindestens eine der erfassten Spannungen auf der nachgeordneten Seite einer Leistungs-Gate-Komponente bzw. einer Leistungsschalterkomponente. In einer Ausführungsform wird eine Indikation einer Spannung, die von der Spannungserfassung auf der nachgeordneten Seite des Leistungsschalters erfasst wird, nicht mit Indikationen erfasster Spannungen einer weiteren der Mehrzahl von Spannungserfassungskomponenten kombiniert. Die Indikation der kombinierten erfassten Spannungen kann einen Mittelwert umfassen. In einer Ausführungsform wird eine erfasste Spannung, die mit einer Funktionskomponente verknüpft ist, die in der Leistung ausgeblendet ist, aus der Kombination entfernt. In einer anschaulichen Realisierung wird, wenn alle erfassten Spannungen mit Funktionselementen verknüpft sind, die nicht einer Leistungsausblendung unterliegen (power gated on), eine ungegated (ungated) erfasste Spannung verwendet.
Die Nachteile einer Einzelpunkt-Spannungserfassung können von dem vorgeschlagenen Mehrpunkt-Erfassungsschema überwunden werden. Eine Mehrpunkterfassung ist das Schema, in welchem die Spannungsrückkopplung aus dem Silizium zu dem Spannungsregler ein Mittelwert aus mehreren Punkten auf dem Chip ist. In dem vorliegenden Vorschlag wird die Mehrpunkterfassung bewerkstelligt, indem mehrere Erfassungspunkte über die Partitionen/das Silizium hinweg angeordnet werden und indem die Erfassungssignale aus jedem Erfassungspunkt mit einer symmetrischen Signalführung vereinigt werden. In einer anschaulichen Realisierung ist dies ähnlich zu einem Widerstandsmittelungsnetzwerk. In einer Ausführungsform resultiert die Verwendung mehrerer Erfassungspunkte an unterschiedlichen Positionen in der Mittelung der Transistoraktivität über unterschiedliche Punkte auf dem Chip hinweg. Somit ist die resultierende Spannungserfassungsrückkopplung eine Mittelung für viele Anwendungsfälle, wenn ausreichend Erfassungspositionen verwendet werden. Somit liegen in den meisten Anwendungsfällen die Spannungen an den Positionen auf dem Chip innerhalb von +/– V_{DC_VAR}/2 der mittleren Erfassungsspannung. Dies kann näherungsweise an dem „idealen” Szenario liegen (wie beispielsweise zuvor beschrieben ist, usw.) und kann zu einem kleinerem V_{DC_VAR} führen. Somit kann die Mehrpunkterfassung die V_{DC_VAR} verringern und das Leistungsverhalten verbessern.
6 ist eine Blockansicht eines anschaulichen Schemas für Erfassungssteuersignale 600 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Schema für Erfassungssteuersignale 600 umfasst Bereiche 601, 602, 603, 604, 605, eine Leistungsverwaltungssteuerung (PMC) 610 und einen Erfassungsauswahl-MUX 620. Die Kombinationsschaltung ist ein MUX mit 6 Eingängen und 1 Ausgang 26, die eine (oder mehrere) der erfassten Spannungen auswählt (beispielsweise V1, V2, V3, V4, V5, VDD). Die 6 Eingangsspannungen sind VVDD jeweils von den 5 Partitionen mit Leistungsausblendung und das tatsächliche VDD. In einer anschaulichen Realisierung wählt der MUX erfasste Spannungsindikationen der Partitionen mit Leistungsausblendung, die nicht ausgeblendet sind (Leistung zugeschaltet). Die Auswahl der erfassten Spannungsindikation wird entsprechend den Steueranweisungen (beispielsweise SE-V1, SE-V2, usw.) aus der PMC 610 ausgeführt. Wenn keine der Partitionen mit Leistungsausblendung eingeschaltet ist, dann wird das tatsächliche VDD als die Erfassungsspannung ausgewählt. In einer anschaulichen Realisierung ist das Steuerungsschemata für den Auswahl-MUX wie folgt:

1) nicht wählen der VVDD einer Partition, deren Leistung ausgeblendet ist (Leistung abgeschaltet);
2) Auswählen von VVDD der Partitionen, die nicht in der Leistung ausgeblendet sind (Leistung eingeschaltet); und
3) wenn alle Partitionen in der Leistung ausgeblendet sind (Leistung abgeschaltet), wähle das tatsächliche VDD.

Somit hat die vorgeschlagene Erfindung die folgenden Vorteile gegenüber dem bekannten Einzelpunkt-VDD-Erfassungsschema. Durch die Verwendung einer Mehrpunkterfassung wird die Notwendigkeit zur Ermittelung eines einzelnen „idealen” Erfassungspunkts hinfällig. Durch die Anwendung einer Mehrpunkterfassung liefert die Spannungsrückkopplung eine kombinierte Spannung unterschiedlicher Punkte auf dem Chip, wodurch die Spannungstoleranz verringert wird, was wiederum das Systemverhalten verbessern. Durch die Verwendung einer Kombination erfasster Spannungen (beispielsweise „Erfassungsauswahl-MUX”, mittlere Spannung, usw.) können die vorliegenden Systeme und Verfahren eine VVDD-Erfassung mit nicht-schwebender Rückkopplung ermöglichen. Die nicht-schwebende Rückkopplung kann garantiert werden. Durch Erfassung von VVDD kann dieses Schema den Spannungsabfall über dem Leistungsschalter kompensieren und kann somit das Systemverhalten verbessern.
Zu beachten ist, dass die vorliegende Erfindung in einer Vielzahl aus Ausführungsformen realisiert werden kann. In einer anschaulichen Realisierung kann die vorliegende Erfindung in Verarbeitungssystemen verwendet werden, die zum Bereitstellen einer Vielzahl von Grafikanwendungen genutzt werden, wozu Videospiele gehören. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung in einer Spielekonsole, einem Personalcomputer, einem persönlichen digitalen Assistenten, einem Funktelefon oder in einer Vielzahl von Plattformen zur Einrichtung von Videospielen verwendet werden. Ferner ist zu beachten, dass ein Verweis auf eine Videospielanwendung nur anschaulich ist und dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Realisierungen beschränkt ist.
Teile der detaillierten Beschreibung sind im Hinblick auf ein Verfahren angegeben und erläutert. Obwohl Schritte und deren Reihenfolge in den Figuren offenbart sind, die die Operationen dieses Verfahrens beschreiben, sind derartige Schritte und deren Reihenfolge nur anschaulicher Natur. Ausführungsformen sind gut geeignet, diverse andere Schritte oder Variationen der Schritte, die in dem Flussdiagramm der Figur hierin genannt sind, auszuführen, und auch die Reihenfolge kann anders sein, als dies hierin dargestellt und beschrieben ist.
Gewisse Teile der detaillierten Beschreibung sind in Begriffen von Prozeduren, Schritten, Logikblöcken, Verarbeitung und anderen symbolischen Darstellungen von Operationen an Datenbits angegeben, die in Computerspeichern ausgeführt werden können. Diese Beschreibungen und Darstellungen sind die Mittel, die der Fachmann verwendet, um in höchst effizienter Weise den Inhalt seiner Arbeit einem anderen Fachmann mitzuteilen. Eine Prozedur, ein Computer ausgeführter Schritt, ein Logikblock, Prozess, usw. ist hierin und generell als eine selbstkonsistente Reihenfolge an Schritten oder Befehlen zu verstehen, die zu einem gewünschten Resultat führen. Die Schritte umfassen die physikalische Manipulation physikalischer Größen. Für gewöhnlich, aber nicht notwendigerweise, nehmen diese Größen die Form elektrischer, magnetischer, optischer Signale oder von Quantensignalen an, die gespeichert, übertragen, kombiniert, verglichen und anderweitig bearbeitet werden können in einem Computersystem. Es hat sich zu Zeiten als bequem erwiesen, insbesondere aus Gründen der üblichen Verwendung, diese Signale als Bits, Werte, Elemente, Symbole, Zeichen, Terme, Zahlen oder dergleichen zu bezeichnen.
Es sollte jedoch in Erinnerung behalten werden, dass alle diese und ähnliche Begriffe mit den geeigneten physikalischen Größen zu verknüpfen sind und lediglich angenehme Namen darstellen, die diesen Größen zugeordnet sind. Sofern dies nicht anders speziell angegeben ist oder anderweitig aus der folgenden Erläuterung hervorgeht, ist zu beachten, dass durchgängig Erläuterungen, die Begriffe wie „verarbeiten”, „berechnen”, „rechnen”, „ermitteln”, „anzeigen”, „zugreifen”, „schreiben”, „einschließen”, „speichern”, „übertragen”, „durchlaufen”, „verknüpfen”, „erkennen” oder dergleichen verwenden, die Aktionen und Prozesse eines Computersystems oder einer ähnlichen elektronischen Recheneinrichtung bezeichnen, die Daten manipuliert und transformiert, die als physikalische (elektronische) Größen innerhalb der Registern und Speicher des Computersystems dargestellt sind, wobei diese Größen in andere Daten umgewandelt werden können, die in ähnlicher Weise als physikalische Größen innerhalb der Speicher oder Register des Computersystems oder in einem anderen derartigen Informationsspeicher, einer Übertragung oder in Anzeigegeräten dargestellt werden können.
Einige Ausführungsformen können im allgemeinen Zusammenhang mit computerlesbaren Befehlen beschrieben sein, etwa als Programmmodule, die von einem oder mehreren Computern oder anderen Einrichtungen ausgeführt werden. Generell umfassen Programmmodule Routinen, Programme, Objekte, Komponenten, Datenstrukturen, usw., die spezielle Aufgaben ausführen oder spezielle abstrakte Datentypen realisieren. Typischerweise können die Funktionen der Programmmodule kombiniert oder verteilt werden, wie dies in den diversen Ausführungsformen erforderlich ist.
Die vorhergehenden Beschreibungen spezieller Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind zum Zwecke der Darstellung und der Beschreibung angegeben. Sie beabsichtigen nicht, umfassend zu sein oder die Erfindung auf die genaue offenbart Form einzuschränken, und es sind offensichtlich viele Modifizierungen und Variationen im Lichte der obigen Lehren möglich. Die Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um am besten die Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erläutern, um damit den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung und diverse Ausführungsformen mit diversen Modifizierungen am besten zu nutzen, wie dies für die speziell betrachtete Verwendung geeignet ist. Es ist beabsichtigt, dass der Schutzbereich der Erfindung durch die angehängten Patentansprüchen und ihre Äquivalente definiert ist.

Claims

Ein System aufweisend: mindestens einer Komponente, die eine Funktion ausführen kann; eine Mehrzahl von Spannungserfassungskomponenten, die entsprechende Spannungen erfassen; und einer Mehrpunkt-Erfassungskombinationskomponente, die eine Indikation einer Kombination der entsprechenden Spannungen weiterleitet.
Das System nach Anspruch 1, wobei mindestens eine der Spannungserfassungskomponenten auf der nachgeordneten Seite einer Leistungs-Gate-Komponente liegt.
Das System nach Anspruch 2, in der eine Indikation einer Spannung, die von der Spannungserfassungskomponente auf der nachgeordneten Seite der Leistungs-Gate-Komponente erfasst wird, nicht mit Indikationen von erfassten Spannungen einer weiteren der Mehrzahl von Spannungserfassungskomponenten kombiniert wird.
Das System nach Anspruch 1, wobei die Indikation der kombinierten erfassten Spannungen ein Mittelwert ist.
Das System nach Anspruch 1, wobei mindestens eine der Spannungserfassungskomponenten auf der vorgeordneten Seite einer Leistungs-Gate-Komponente liegt.
Das System nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Spannungserfassungskomponenten an unterschiedlichen Positionen sind.
Das System nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Spannungserfassungskomponenten in einer Spannungsrückkopplungsschleife enthalten sind.
Ein Verfahren mit: Ausführen von Funktionen mit mindestens einer Komponente; Regeln einer Spannungsquelle für die mindestens eine Komponente; Erfassen jeweiliger Spannungen, und eine Indikation kombinierter erfasster Spannungen wird an den Spannungsregler weitergeleitet.
Das Verfahren nach Anspruch 8, wobei mindestens eine der erfassten Spannungen auf der nachgeordneten Seite einer Leistungs-Gate-Komponente liegt.
Das Verfahren nach Anspruch 9, in welchem eine Indikation einer Spannung, die von der Spannungserfassung auf der nachgeordneten Seite der Leistungs-Gate-Komponente erfasst wird, nicht mit Indikationen erfasster Spannungen einer weiteren der Mehrzahl von Spannungserfassungskomponenten kombiniert wird.
Das Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Indikation der kombinierten erfassten Spannungen ein Mittelwert ist.
Das Verfahren nach Anspruch 8, wobei mindestens eine der Spannungserfassungen auf der vorgeordneten Seite einer Leistungs-Gate-Komponente liegt.
Das Verfahren nach Anspruch 8, wobei eine erfasste Spannung, die mit einer Funktionskomponente verknüpft ist, die in der Leistung ausgeblendet ist, aus der Kombination entfernt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 8, wobei, wenn alle erfassten Spannungen mit Funktionskomponenten verknüpft sind, die nicht in der Leistung ausgeblendet sind, eine ungegatete erfasste Spannung verwendet wird.
Ein System mit: mindestens einer Komponente, die ausgebildet ist, eine Funktion auszuführen; einem Spannungsregler zur Regelung einer Spannungsquelle für die mindestens eine Komponente; eine Mehrzahl von Spannungserfassungskomponenten, die entsprechende Spannungen erfassen, und eine Indikation von kombinierten erfassten Spannungen werden an den Spannungsregler weitergeleitet; und einer Erfassungsauswahlkomponente zur Auswahl von Kombinationen der erfassten entsprechenden Spannungen.
Das System nach Anspruch 15, wobei mindestens eine der Spannungserfassungskomponenten auf der nachgeordneten Seite einer Leistungs-Gate-Komponente liegt.
Das Verfahren nach Anspruch 8, wobei eine erfasste Spannung, die mit einer Funktionskomponente verknüpft ist, die in der Leistung ausgeblendet ist, aus der Kombination entfernt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 8, wobei, wenn alle erfassten Spannungen mit Funktionskomponente verknüpft sind, die nicht in der Leistung ausgeblendet sind, eine ungegatete erfasste Spannung verwendet wird.
Das System nach Anspruch 15, wobei die Erfassungsauswahlkomponente ein Durchlass-Gatter-MUX ist, der von den gleichen Schlaf-Signalen wie die Partitionen gesteuert ist.
Das System nach Anspruch 15, wobei die Mehrzahl von Spannungserfassungskomponenten in einer Spannungsrückkopplungsschleife enthalten ist.