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PRIORITÄTSANSPRUCH
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität gemäß 35 USC § 365(c) für die
US-Anmeldung Nr. 16/292,218 , eingereicht am 4. März 2019, mit dem Titel VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR STEUERUNG DER TEMPERATUR EINES HALBLEITER-WALZES IN EINEM COMPUTERSYSTEM, das hiermit in seiner Gesamtheit aufgenommen wird.
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FELD
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Diese Offenbarung betrifft die Temperatur eines Halbleiterchips und insbesondere das Bereitstellen zusätzlicher Wärme für einen Halbleiterchip in einem System.
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HINTERGRUND
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Ein Halbleiterchip (auch als „Chip“ oder „integrierte Schaltung“ bezeichnet) ist ein einzelnes Stück eines Halbleiterwafers, der eine integrierte Schaltung enthält. Dies wie Zentralprozessoren (CPUs), Chipsatzs und Grafikprozessoren (GPUs) sind bei Überhitzung anfällig für vorübergehende Fehlfunktionen oder dauerhafte Ausfälle. Ein Halbleiter-Die die mit höheren Taktfrequenzen und Spannungen betrieben wird, erhöht den Stromverbrauch und die Wärme. Kühlmethoden (z. B. Wasserkühlung oder flüssiger Stickstoff) können verwendet werden, um die Abwärme abzuführen, die durch ein Halbleiterchip.
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Figurenliste
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Merkmale von Ausführungsformen des beanspruchten Gegenstands werden im Verlauf der folgenden detaillierten Beschreibung und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen offensichtlich, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen und in denen:
- 1 ist ein Diagramm, das die Sperrschichttemperatur in einem Chip in einem System vom System-Pre-Boot über das System-Boot und während der Systemlaufzeit darstellt;
- 2 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform von Schaltungen zum Anlegen und Steuern von Wärme an einen Chip;
- 3 ist ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform von Schaltungen zum Anlegen und Steuern von Wärme an einen Chip;
- 4A - 4C ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren veranschaulicht, das in der in Verbindung mit den 1 und 2 beschriebenen Schaltung implementiert ist. 2 und 3, um die Temperatur einer Matrize zu steuern; und
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ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Computersystems, das Folgendes umfasst: Schaltung zum Anlegen zusätzlicher Wärme an einen Chip im Computersystem.
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Obwohl die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf veranschaulichende Ausführungsformen des beanspruchten Gegenstands fortschreitet, werden Fachleuten viele Alternativen, Modifikationen und Variationen davon offensichtlich sein. Dementsprechend ist beabsichtigt, dass der beanspruchte Gegenstand allgemein betrachtet wird und wie in den beigefügten Ansprüchen dargelegt definiert wird.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Stirbt sind auch störanfällig, wenn sie bei einer Temperatur betrieben werden, die unter einem validierten Temperaturbereich liegt. Ein Chip wird typischerweise validiert, um innerhalb eines Temperaturbereichs zu arbeiten, zum Beispiel zwischen -40°C und 100°C. Eine extrem niedrige Temperatur unterhalb des validierten Temperaturbereichs kann natürlich vorkommen zum Beispiel für Chips, die in Automobil-, Telekommunikations- und Sensorsystemen verwendet werden, die in extrem kalten Umgebungen verwendet werden.
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Eine extrem niedrige Temperatur unterhalb des validierten Temperaturbereichs tritt auch dann auf, wenn der Chip (z. B. eine Central Processing Unit (CPU)) durch die Verwendung von flüssigem Stickstoff (LN2) oder flüssigem Helium gekühlt wird. Der Die kann gekühlt werden, so dass der Die mit einer höheren Taktfrequenz betrieben werden kann als vom Hersteller des Die zertifiziert (auch als Overclocking bezeichnet) für Zentralprozessor-Dies in Computer, die in Computer-Enthusiasten verwendet werden, zum Beispiel für Spieleanwendungen. Die Betriebsspannung des Chips kann auch erhöht werden, um die Betriebsstabilität des Chips bei der höheren Taktfrequenz aufrechtzuerhalten.
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Die Sperrschichttemperatur (auch als Transistorsperrschichttemperatur bezeichnet) ist die Betriebstemperatur des Halbleiters in einem Chip. Wenn der Chip der Zentraleinheit in einem übertakteten Modus und unter einer Arbeitsbelastung läuft, hält der flüssige Stickstoff eine Sperrschichttemperatur in dem Chip der zentralen Verarbeitungseinheit innerhalb einer maximalen spezifizierten Sperrschichttemperatur.
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Der Siedepunkt von flüssigem Stickstoff beträgt -195,79 °C und der Siedepunkt von Helium beträgt etwa -269 °C bei einer Atmosphäre. LFlüssiger Stickstoff und flüssiges Helium kochen sofort bei Kontakt mit einem wärmeren Gegenstand. Wenn der Flüssigstickstoff vor dem Systemstart nicht zugeführt wird, würde sich der Chip der Zentraleinheit schnell über den Betriebstemperaturbereich erwärmen und der Chip der Zentraleinheit würde herunterfahren, bevor flüssiger Stickstoff manuell in einen Kühlbehälter auf einem Kühlkörper der Zentraleinheit hinzugefügt wird .
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Nachdem flüssiger Stickstoff oder flüssiges Helium auf einen Chip aufgebracht wurde, aber bevor der Systemstartprozess beginnt, kann die Chiptemperatur in der integrierten Schaltung unter die minimale Sperrschichttemperatur im Chip fallen, was zu einem Fehler während und nach dem Systemstart führen kann Prozess. Bei Temperaturen unter 0 °C wurden Ausfälle in einem Chip der Zentraleinheit beobachtet, z Beispiel: Cold Bug (CB) (wenn das System funktionsfähig ist) bei ca. -140°C und Cold Boot Bug (CBB) (während der Systemstartprozesse) bei ca. -80°C, was zu ein Chip der zentralen Verarbeitungseinheit, der bei einer Kühlung mit flüssigem Stickstoff oder flüssigem Helium nicht sein volles Übertaktungspotential erreicht. Der Kältefehler tritt auf, wenn eine Kühlung mit sehr niedriger Temperatur wie flüssiger Stickstoff verwendet wird.
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Um einen Fehler zu vermeiden wenn bei einer Temperatur betrieben wird, die unter einem Betriebstemperaturbereich des Chips liegt, wird eine Schaltung (zum Beispiel eine gesteuerte Rückkopplungsschaltung) verwendet, um den Chip zu erwärmen, bis die Chip-Sperrschichttemperatur innerhalb eines Betriebstemperaturbereichs liegt.
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Verschiedene Ausführungsformen und Aspekte der Erfindungen werden unter Bezugnahme auf die unten diskutierten Details beschrieben, und die begleitenden Zeichnungen werden die verschiedenen Ausführungsformen veranschaulichen. Die folgende Beschreibung und die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung und sollen die Erfindung nicht einschränken. Zahlreiche spezifische Details werden beschrieben, um ein gründliches Verständnis verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. In bestimmten Fällen werden jedoch bekannte oder herkömmliche Details nicht beschrieben, um eine knappe Diskussion von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindungen bereitzustellen.
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Eine Bezugnahme in der Beschreibung auf „eine Ausführungsform“ oder „eine Ausführungsform“ bedeutet, dass ein bestimmtes Merkmal, eine Struktur oder ein bestimmtes Merkmal, das in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wurde, in mindestens einer Ausführungsform der Erfindung enthalten sein kann. Das Auftreten des Ausdrucks „in einer Ausführungsform“ an verschiedenen Stellen in der Beschreibung bezieht sich nicht notwendigerweise alle auf dieselbe Ausführungsform.
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1 ist ein Graph, der ein Beispiel der Sperrschichttemperatur in einem Chip in einem System vom System-Preboot über den Systemstart und während der Systemlaufzeit veranschaulicht. Der Betriebstemperaturbereich 112 liegt zwischen einer minimalen Betriebstemperatur 102Aund einer maximalen Betriebstemperatur 102E. Zum Zeitpunkt 100 liegt die Sperrschichttemperatur im Chip unter der minimalen Betriebstemperatur 102A im Betriebstemperaturbereich 112. Durch eine Schaltung wird dem Chip Wärme zugeführt, bis zum Zeitpunkt 104 die Sperrschichttemperatur eine „Heizungs-Aus“-Schwellentemperatur 102D überschreitet, die Chip-Heizung ausgeschaltet wird und der Systemstartprozess beginnt. Wenn in der Anfangsphase des Während des Systemstartvorgangs kann die Temperatur der Chip-Junction zu sinken beginnen, da noch flüssiger Stickstoff oder flüssiges Helium vorhanden ist. Wenn die Chip-Übergangstemperatur wieder unter einen unteren „Heiz-Ein“-Schwellenwert 102B fällt, der so eingestellt ist, dass er einen gewissen Spielraum über der minimalen Betriebstemperatur 102A hält, wird die Heizung wieder eingeschaltet. In diesem Beispiel geschieht dies zum Zeitpunkt 106. Nachdem die Chip-Übergangstemperatur zum Zeitpunkt 108 wieder über dem „Heizungs-Aus“-Schwellenwert 102D liegt, wird die Heizung wieder ausgeschaltet. Während der Systemstartprozess fortschreitet, kann der Chip Genug Leistung erzeugen, um die Chip-Übergangstemperatur über der „Heizen-Ein“-Schwellentemperatur 102B zu halten.
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Nachdem der Systemstartvorgang abgeschlossen ist, wird die Sperrschichttemperatur während der Laufzeit weiterhin überwacht (zum Beispiel durch den Thermostatmechanismus, der die Heizung steuert). Wenn die Chip-Übergangstemperatur zum Zeitpunkt 110 zu hoch wird, so dass die maximale Betriebstemperatur 102E verletzt würde, tritt eine thermische Drosselung auf, wodurch beispielsweise die Taktraten gesenkt werden. Wenn die Chip-Übergangstemperatur auf den „Heiz-Ein“-Schwellenwert 102B fällt, kann die Heizung eingeschaltet und wieder ausgeschaltet werden, wenn die Chip-Übergangstemperatur den „Heiz-Aus“-Schwellenwert 102D erreicht.
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Nachdem die Sperrschichttemperatur des Chips innerhalb des Betriebstemperaturbereichs 112 liegt, wird durch den Betrieb des Chips Wärme erzeugt. Die Schaltung kann weiterhin die Sperrschichttemperatur im Chip überwachen und dem Chip zusätzlich zu der durch den Betrieb des Chips erzeugten Wärme Wärme zuführen, wenn die Sperrschichttemperatur im Chip unter die minimale Betriebstemperatur 102A fällt.
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2 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform von Schaltung zum Anlegen und Steuern von Wärme an einen Chip der zentralen Verarbeitungseinheit 212. Die Unterseite des Chips 212 der zentralen Verarbeitungseinheit ist mit einem Sockel oder Ball Grid Array (BGA) 206. Ein Die Cooling Heatsink/Cup 214, der auch als ein Massenkühlreservoir bezeichnet werden kann, befindet sich oben auf dem Zentraleinheitschip 212, um der aufzubringende flüssige Stickstoff oder flüssiges Helium.
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Die Schaltung beinhaltet einen Mikrocontroller und eine Leistungsschaltung 200 und einen Interposer 202. Die Leistungsschaltung kann auch als „Leistungstreiber“ bezeichnet werden. Der Interposer 202 beinhaltet ein Widerstandsheizelement 204, das von dem Mikrocontroller und der Leistungsschaltung 200 gesteuert wird. Das Widerstandsheizelement 204 ist ein Ein-Pack-Widerstand, der einen Leistungsverlust erzeugt (P = I2R; Leistung (P), Strom (I), Widerstand (R)), um zusätzliche Die-Wärme bereitzustellen. In einer Ausführungsform ist der Chip 212 ein Chip einer zentralen Prozessoreinheit (CPU) („Prozessor“). Der Mikrocontroller und die Leistungsschaltung 200 überwacht die Sperrschichttemperatur im Chip der zentralen Verarbeitungseinheit 212 über einen thermischen Monitor 220 auf dem Chip und wirkt wie ein Basisthermostat, der kontinuierlich arbeitet, um die Sperrschichttemperatur im Chip der zentralen Verarbeitungseinheit 212 über die Widerstandsheizung zu steuern Element 204.
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Der On-Die-Thermomonitor 220 wandelt ein analoges Signal in einen digitalen Wert um und meldet eine Temperatur als relativen Offset zu Null, der den Temperatur des Chips der zentralen Verarbeitungseinheit 212. Es gibt mehrere Wärmesensoren auf dem Chip pro Chip der zentralen Verarbeitungseinheit. Ein Platform Environment Control Interface (PECI) überwacht alle Wärmesensoren auf dem Chip und meldet die höchste Temperatur. Der digitale Wert, der die höchste Temperatur darstellt, kann über ein Platform Environment Control Interface (PECI) abgerufen werden.
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In einer Ausführungsform wird das Widerstandsheizelement 204 unter Verwendung einer Pulsweitenmodulation gesteuert. Durch die Verwendung von Pulsbreitenmodulation wird Leistung an das Widerstandsheizelement 204 zyklisch ein- und ausgeschaltet, um eine durchschnittliche Leistung zu erzeugen, um die Sperrschichttemperatur zu steuern. Wärme wird auf die zentrale Verarbeitungseinheitsmatrize 212 aufgebracht, um dem Werkzeugkühlung Kühlkörper/Becher 214 mit flüssigem Stickstoff oder Helium gefüllt. Die zugeführte Wärme wird reduziert, wenn der Chip der zentralen Verarbeitungseinheit 212 den Boot-Prozess einleitet und mit der Erzeugung von Wärme beginnt und die Verlustleistung des Chips der zentralen Verarbeitungseinheit ein Niveau erreicht, um die Sperrschichttemperatur (Tj) in dem Chip der zentralen Verarbeitungseinheit 212 über dem zu halten angegebenen Ebene. Nachdem der Bootvorgang abgeschlossen ist, der Interposer 202 liefert wenig oder keine Wärme an ein übertaktete Zentraleinheit die 212. Wenn die Arbeitsbelastung des Chips der zentralen Verarbeitungseinheit 212 nach Abschluss des Bootvorgangs abfällt, zum Beispiel, wenn sich die zentrale Verarbeitungseinheit in einem Ruhezustand befindet und auf eine Benutzeraufforderung zum Starten einer Anwendung oder eines Benchmarks wartet, kann die Temperatur des Verbindungschips unter die sinken minimaler Sperrschichttemperatur-Betriebsbereich und der Interposer 202 kann Wärme bereitstellen.
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3 ist ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform von Schaltung zum Anlegen und Steuern von Wärme an einen Chip 300. Ein Verfahren, das bei der Massenfertigung verwendet wird, um Testdaten von den Eingangspins eines Chips an Schaltungen im Chip 300 zu liefern und das Ergebnis der Testdaten an den Ausgangspins des Chips 300 zu beobachten, wird als Scan-Design bezeichnet. Beim Scan-Design sind Register (Flip-Flops oder Latches) in einer oder mehreren Scan-Kette(n) 316 verbunden, die verwendet werden, um Zugriff auf interne Knoten des Chips 300 zu erhalten. Die Scanketten 316 beinhalten einen Flip-Flop-Scan-Out 308, eine Logikwolke 310, ein Flip-Flop 312 und einen Flip-Flop-Scan-In-Multiplexer 314. Testmuster werden über die Abtastkette(n) 316 eingeschoben, funktionale Taktsignale werden gepulst, um die Schaltungen zu testen, und die Ergebnisse des Tests werden zu Chip-Ausgangspins herausgeschoben und mit den erwarteten Ergebnissen verglichen.
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Wenn Testmuster in die Scan-Ketten 316 hineingeschoben werden, erzeugen die ScanKetten 316 in dem Chip 300 eine Verlustleistung, die durch das Umschalten von Knoten mit hoher Geschwindigkeit verursacht wird. Die Verlustleistung führt zu Wärme, die verwendet werden kann, um den Chip 300 vor dem Booten zu erwärmen, um zusätzliche Chip-Wärme bereitzustellen. Die Scanketten 316 im Chip 300 werden durch die Scan- und Heizsteuerschaltung 302 gesteuert. Die Abtast- und Heizungssteuerschaltung 302 enthält eine Abtastkettensteuerung, die verwendet wird, um den Chip 300 zu testen, und eine Heizungssteuerung, die die geeigneten Umschaltraten der Chipschaltungsknoten erzeugt, um die erforderliche Wärme zu erzeugen. Ein an den Die 300 gekoppelter Mikrocontroller 306 fungiert als Thermostat, der die Temperatur verwendet, die von einem Wärmemonitor 220 auf dem Die 300 abgelesen wird. Wenn der Die mit dem Betrieb beginnt, zum Beispiel Pre-Boot-Prozesse wie das Initialisieren von Phasenregelschleifen im Die durchführt, können die Scanketten 316 im Die 300 nicht mehr verwendet werden, um Wärme im Die 300 zu erzeugen.
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Es wurden zwei Ausführungsformen beschrieben, um eine zusätzliche Formerwärmung zu erzeugen. In anderen Ausführungsformen kann eine zusätzliche Die-Heizung durch einen On-Die-Widerstand bereitgestellt werden das macht kraft Verlust (P= I2R; Power (P), Current (I), Resistance (R)) oder durch Umschalten von Gates im Chip, um eine hohe Taktleistung zu erzeugen.
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In einer Ausführungsform die die ist ein System-on-Chip (SoC)-Die. Ein SoC integriert alle Komponenten eines Computers einschließlich Zentraleinheit, Speicher, Grafik und Eingabe-/Ausgabe-Ports auf einem einzigen Schaltungschip. Der SoC kann Folgendes enthalten: Heizungssteuergerät der die Funktionen des Mikrocontrollers 306 ausführt. In einer anderen Ausführungsform kann ein Chipsatz-Die, zum Beispiel ein Platform Controller Hub (PCH), die Funktionen des Mikrocontrollers 306 ausführen. Ein Chipsatz-Die enthält eine Schaltung zum Verwalten des Datenflusses zwischen der Zentraleinheit, dem Speicher und den Peripheriegeräten.
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In noch einer anderen Ausführungsform kann der Mikrocontroller 306 ein diskreter Controller sein, zum Beispiel ein komplexes programmierbares Logikgerät (CPLD).Der Regelkreis erfordert möglicherweise eine Konfigurierbarkeit mit der Zentraleinheit (über einen CPU-Strap, auch als CPU-Basistaktfrequenz (BCLK) bezeichnet) und/oder eine Steuerung (über Pins), um mit einem externen Mikrocontroller, Platform Controller Hub oder Complex zu arbeiten Programmierbares Logikgerät.
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4A - 4C ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren veranschaulicht, das in der in Verbindung mit den 1 und 2 beschriebenen Schaltung implementiert ist. 2 und 3, um die Temperatur einer Matrize zu steuern. 4A-4C werden in Verbindung mit der Schaltung in 2 beschrieben.
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4A ist ein Flussdiagramm, das eine erste Phase des Verfahrens darstellt, das in der in Verbindung mit 2 beschriebenen Schaltung implementiert ist, um die Temperatur eines Chips zu steuern.
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Bei Block 400 ist der Chip in einem Ruhezustand inaktiv. Die Temperaturerfassungsschaltung im Chip wird mit Strom versorgt, um den Chip zu erwärmen.
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Bei Block 402 wird die Matrize gekühlt. Wie zuvor besprochen, kann der Chip gekühlt werden, indem flüssiger Stickstoff oder flüssiges Helium auf ein Reservoir oben auf dem Chip aufgebracht wird.
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Bei Block 404, nachdem flüssiger Stickstoff oder flüssiges Helium auf einen integrierten Schaltkreis aufgebracht wurde, liest der Mikrocontroller die Chiptemperatur der Zentraleinheit über das Platform Environment Control Interface (PECI) aus.
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Bei Block 406 wird die Verarbeitung mit Block 408 (4B) fortgesetzt, wenn die vom Chip gelesene Sperrschichttemperatur stabilisiert ist. Um festzustellen, ob sich die von der Matrize abgelesene Temperatur stabilisiert hat, kann die Temperatur über einen bestimmten Zeitraum überwacht werden, bis alle abgelesenen Temperaturen innerhalb von a liegen Prozent von (z. B. 20 gelesene Temperaturen liegen innerhalb von 1% über einen Zeitraum von 5 Sekunden). Wenn sich die Sperrschichttemperatur nicht stabilisiert hat, fährt die Verarbeitung mit Block 404 fort, um die Sperrschichttemperatur weiter zu überwachen, indem die Sperrschichttemperatur aus dem Register im Chip gelesen wird.
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4B ist ein Flussdiagramm, das eine zweite Phase des Verfahrens darstellt, das in der in Verbindung mit 2 beschriebenen Schaltung implementiert ist, um die Temperatur eines Chips zu steuern.
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Bei Block 408 hat sich die Chiptemperatur stabilisiert. An den Chip wird eine Anfangsspannung angelegt, um den Chip auf eine minimale Sperrschichttemperatur zu erwärmen. Die angelegte Anfangsleistung reicht aus, um die Temperatur in angemessener Zeit auf den Betriebsbereich anzuheben, ohne thermische Belastungen zu erzeugen oder die Fähigkeiten der verfügbaren Temperaturregelungsleistung zu überschreiten. Die minimale Sperrschichttemperatur wird normalerweise vom Hersteller des Chips in einem Datenblatt angegeben.
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Bei Block 410 liest der Mikrocontroller die Sperrschichttemperatur aus einem Register im Chip.
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Wenn bei Block 412 die vom Chip gelesene Sperrschichttemperatur höher als die maximale Sperrschichttemperatur ist, wird die Verarbeitung mit Block 414 fortgesetzt. Falls nicht, fährt die Verarbeitung mit Block 410 fort, um die Überwachung der Sperrschichttemperatur fortzusetzen, indem die Sperrschichttemperatur aus dem Register im Chip gelesen wird.
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Bei Block 414 wird die Verarbeitung mit Block 418 (4C) fortgesetzt, wenn die Sperrschichttemperatur des Chips innerhalb des Betriebstemperaturbereichs liegt. Wenn nicht, wird die Verarbeitung mit Block 416 fortgesetzt.
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Bei Block 416 liegt die Sperrschichttemperatur nicht innerhalb des Temperaturbereichs und der Leistungspegel der Chipheizung wird nach oben oder unten angepasst, um die Sperrschichttemperatur zu erhöhen oder zu verringern. Die Verarbeitung wird mit Block 410 fortgesetzt, um die Temperatur der Chipheizung weiter zu überwachen und einzustellen, bis die Sperrschichttemperatur innerhalb des Betriebstemperaturbereichs liegt, beispielsweise -40°C bis 100°C.
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4C ist ein Flussdiagramm, das eine dritte Phase des Verfahrens darstellt, das in der in Verbindung mit 2 beschriebenen Schaltung implementiert ist, um die Temperatur eines Chips zu steuern
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Bei Block 418 liegt die Sperrschichttemperatur innerhalb des Betriebstemperaturbereichs. Der Bootvorgang zum Laden und Initialisieren des Systembetriebssystems wird durchgeführt.
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Bei Block 420 wird, nachdem das Betriebssystem geladen wurde, die Chip-Übergangstemperatur überwacht, um eine zusätzliche Chip-Heizung bereitzustellen. Die zusätzliche Werkzeugheizung kann nach dem Booten noch eine Zeit lang bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann die Zeitspanne von der Temperatur bei 104 (1) innerhalb des Betriebstemperaturbereichs 112 (1) abhängen, um einen Spielraum zu schaffen, nachdem die Mindesttemperatur bei 102A (1) vor dem Drehen erreicht wurde die zusätzliche Chip-Heizung abschalten, so dass die Chip-Junction-Temperatur nicht unter die minimale Temperatur bei 102 A fällt, bevor das Booten beginnt und das Übertakten beginnt, Wärme zu erzeugen.
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Bei Block 422 liest der Mikrocontroller die Sperrschichttemperatur aus einem Register im Chip, so dass der Mikrocontroller die Sperrschichttemperatur etwas über der minimalen Sperrschichttemperatur im Betriebstemperaturbereich halten kann. Eine niedrige Sperrschichttemperatur wird mit einem gewissen Spielraum oberhalb der minimalen Betriebstemperatur im Betriebsbereich gewählt, um einen Ausfall zu verhindern, wenn die Verlustleistung der Arbeitslast plötzlich sinkt und die Sperrschichttemperatur fällt. Dieser Spielraum wird so gewählt, dass genügend Zeit bleibt, um die dem Chip zugeführte Wärme zu erhöhen oder zu verringern, um die Sperrschichttemperatur innerhalb des Betriebsbereichs zu halten.
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Wenn die Sperrschichttemperatur bei Block 424 geringer als eine minimale Sperrschichttemperatur ist, wird die Verarbeitung mit Block 426 fortgesetzt. Wenn nicht, wird die Verarbeitung mit Block 428 fortgesetzt.
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Bei Block 426 wird der Leistungspegel der Chipheizung erhöht, um die Sperrschichttemperatur zu erhöhen. Die Verarbeitung wird mit Block 420 fortgesetzt, um die Temperatur der Düsenheizung weiter zu überwachen und einzustellen.
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Bei Block 428 wird der Leistungspegel der Die-Heizung verringert, um die Sperrschichttemperatur zu verringern. Die Verarbeitung wird mit Block 420 fortgesetzt, um die Temperatur der Düsenheizung weiter zu überwachen und einzustellen.
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4A-4C wurden in Verbindung mit der Schaltung in 2 beschrieben. Das im Flussdiagramm in den 4A-4C gilt auch für die Schaltung in 3, wobei bei Block 400 Strom an den thermischen Monitor 304, die Abtastkette und die Abtast- und Heizungssteuerschaltung 302 im Chip und an den Mikrocontroller 306 angelegt wird.
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Kondensation tritt häufig in extrem gekühlten Umgebungen auf und kann Strom- und Signalintegritätsprobleme verursachen. Eine vorübergehende Selbsterhitzung eines Chips einer zentralen Verarbeitungseinheit kann verwendet werden, um die Verdunstung von Feuchtigkeit in einer Umgebung mit extrem niedrigen Temperaturen zu beschleunigen. Die vorübergehende Selbsterhitzung eines Chips der Zentraleinheit ohne Übertaktung kann auch in Systemen verwendet werden, die in feuchten Umgebungen ohne Übertaktung verwendet werden, um die Verdunstung von Feuchtigkeit zu beschleunigen. Zum Beispiel in Automobil- und Industrieanwendungen für Umgebungen mit feuchten und kalten Temperaturen oder für den Betrieb anderer Zentraleinheiten / SOC-Plattformen in Umgebungen mit extrem niedrigen Temperaturen mit weniger oder keiner Umgebungsinfrastruktur wie beheizten Gehäusen.
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ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Computersystems 500, das Folgendes umfasst: Schaltung zum Anlegen zusätzlicher Wärme an einen Chip im Computersystem 500. Das Computersystem 500 kann einer Computervorrichtung entsprechen, die einen Server, einen Workstation-Computer, einen Desktop-Computer, einen Laptop-Computer und/oder einen Tablet-Computer umfasst, aber nicht darauf beschränkt ist.
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Das Computersystem 500 umfasst einen Chip (System-on-Chip (SOC oder SoC) 504), der Prozessor, Grafik, Speicher und Eingabe/Ausgabe-(I/O)-Steuerungslogik in einem SoC-Paket kombiniert. Der SoC 504 beinhaltet mindestens ein Zentralprozessormodul (CPU) 508, einen Speichercontroller 514 und eine Grafikprozessoreinheit (GPU) 510.
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Das System kann enthalten Schaltung zum Anlegen zusätzlicher Wärme an einen Chip, wie in Verbindung mit den 1 und 2 erörtert. 2-4C. Die Schaltung zum Anlegen zusätzlicher Wärme an einen Chip kann eine On-Die-Heizschaltung 552 in dem SoC 504 oder eine Heizschaltung 550 sein, die mit dem SoC 504 gekoppelt ist.
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In anderen Ausführungsformen kann sich der Speichercontroller 514 außerhalb des SoC 504 befinden. Obwohl nicht gezeigt, kann jeder der Prozessorkerne 502 intern einen oder mehrere Befehls-/Daten-Caches, Ausführungseinheiten, Vorabrufpuffer, Befehlswarteschlangen, Verzweigungsadressen-Berechnungseinheiten, Befehlsdecoder, Gleitkommaeinheiten, Ruhestandseinheiten usw. beinhalten. Das CPU-Modul 508 kann gemäß einer Ausführungsform einem Einzelkern- oder einem Mehrkern-Allzweckprozessor entsprechen, wie beispielsweise denen, die von der Intel ® Corporation bereitgestellt werden.
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Die Grafikprozessoreinheit (GPU) 510 kann einen oder mehrere GPU-Kerne und einen GPU-Cache enthalten, der grafikbezogene Daten für den GPU-Kern speichern kann. Der GPU-Kern kann intern eine oder mehrere Ausführungseinheiten und einen oder mehrere Befehls- und Datencaches enthalten. Außerdem kann die Grafikprozessoreinheit (GPU) 510 andere Grafiklogikeinheiten enthalten, die in 5 nicht gezeigt sind, wie beispielsweise eine oder mehrere Scheitelpunktverarbeitungseinheiten, Rasterisierungseinheiten, Medienverarbeitungseinheiten und Codecs.
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Innerhalb des I/O-Subsystems 512 sind ein oder mehrere I/O-Adapter(s) 516 vorhanden, um ein Host-Kommunikationsprotokoll, das innerhalb des/der Prozessorkern(s) 502 verwendet wird, in ein Protokoll zu übersetzen, das mit bestimmten I/O-Geräten kompatibel ist. Einige der Protokolle, die Adapter für die Übersetzung verwenden können, umfassen Peripheral Component Interconnect (PCI)-Express (PCIe); Universal Serial Bus (USB); Serial Advanced Technology Attachment (SATA) und Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 1594 „Firewire“.
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Der/die E/A-Adapter 516 kann/können mit externen E/A-Geräten 524 kommunizieren, die zum Beispiel Benutzerschnittstellengerät(e) einschließlich einer Anzeige und/oder einer Touchscreen-Anzeige 540, Drucker, Tastatur, Tastatur, Kommunikationslogik, kabelgebunden und/oder drahtlos, Speichergerät(e) einschließlich Festplatten („HDD“), Solid-State-Laufwerke („SSD“), Wechselspeichermedien, Digital Video Disk (DVD)-Laufwerk, Compact Disk (CD)-Laufwerk, Redundant Array of Independent Festplatten (RAID), Bandlaufwerk oder andere Speichergeräte. Die Speichergeräte können kommunikativ und/oder physisch über einen oder mehrere Busse unter Verwendung eines oder mehrerer einer Vielzahl von Protokollen miteinander verbunden sein, einschließlich, aber nicht beschränkt auf SAS (Serial Attached SCSI (Small Computer System Interface)), PCIe (Peripheral Component). Interconnect Express), NVMe (NVM Express) über PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) und SATA (Serial ATA (Advanced Technology Attachment)).
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Das System 500 kann einen flüchtigen Speicher 526 und/oder einen nichtflüchtigen Speicher 628 beinhalten, die kommunikativ an die Speichersteuerung 514 gekoppelt sind. Ein nichtflüchtiger Speicher (NVM) ist ein Speicher, dessen Zustand selbst dann bestimmt ist, wenn die Stromversorgung des Geräts unterbrochen wird. In einer Ausführungsform kann das NVM-Gerät ein blockadressierbares Speichergerät umfassen, wie etwa NAND-Technologien, oder genauer gesagt, Multi-Threshold-Level-NAND-Flash-Speicher (zum Beispiel Single-Level Cell („SLC“), Multi-Level Cell („MLC“), Quad-Level Cell („QLC“), Tri-Level Cell („TLC“) oder ein anderer NAND). Ein NVM-Gerät kann auch ein byte-adressierbares dreidimensionales dreidimensionales Koppelpunkt-Speichergerät oder andere byte-adressierbare vor Ort beschreibbare NVM-Geräte (auch als persistenter Speicher bezeichnet) umfassen, wie z Arbeitsspeicher (PCM) oder Phasenwechselspeicher mit Schalter (PCMS), NVM-Geräte, die Chalkogenid-Phasenwechselmaterial (z. B. Chalkogenidglas) verwenden, Widerstandsspeicher einschließlich Metalloxidbasis, Sauerstoffleerstelle und Leitbrücken-Random Access Memory (CB- RAM), Nanodrahtspeicher, ferroelektrischer Direktzugriffsspeicher (FeRAM, FRAM), magnetoresistiver Direktzugriffsspeicher (MRAM) mit Memristor-Technologie, Spin-Transfer-Torque (STT)-MRAM, ein spintronischer Magnetübergangsspeicher, ein magnetischer Tunnelübergang (MTJ)-basiertes Gerät, ein DW-(Domain Wall)- und SOT-(Spin-Orbit-Transfer)-basiertes Gerät, ein thyristorbasiertes Speichergerät oder eine Kombination aus einem der obigen oder ein anderer Speicher.
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Ein flüchtiger Speicher ist ein Speicher, dessen Zustand (und damit die darin gespeicherten Daten) unbestimmt ist, wenn die Stromversorgung des Geräts unterbrochen wird. Dynamischer flüchtiger Speicher erfordert das Aktualisieren der im Gerät gespeicherten Daten, um den Zustand beizubehalten. Ein Beispiel eines dynamischen flüchtigen Speichers umfasst DRAM (Dynamic Random Access Memory) oder eine Variante, wie beispielsweise Synchronous DRAM (SDRAM). Ein Speichersubsystem, wie hierin beschrieben, kann mit einer Reihe von Speichertechnologien kompatibel sein, wie etwa DDR3 (Double Data Rate Version 3, ursprüngliche Veröffentlichung von JEDEC (Joint Electronic Device Engineering Council) am 27. Juni 2007). DDR4 (DDR Version 4, ursprüngliche Spezifikation veröffentlicht im September 2012 von JEDEC), DDR4E (DDR Version 4), LPDDR3 (Low Power DDR Version3, JESD209-3B, August 2013 von JEDEC), LPDDR4) LPDDR Version 4, JESD209-4, ursprünglich veröffentlicht von JEDEC im August 2014), WIO2 (Wide Input/Output Version 2, JESD229-2 ursprünglich veröffentlicht von JEDEC im August 2014, HBM (High Bandwidth Memory, JESD325, ursprünglich veröffentlicht von JEDEC im Oktober 2013, DDR5 (DDR Version 5 .) , derzeit in Diskussion von JEDEC), LPDDR5 (derzeit in Diskussion von JEDEC), HBM2 (HBM Version 2), derzeit in Diskussion von JEDEC oder anderen oder others Kombinationen von Speichertechnologien und Technologien, die auf Derivaten oder Erweiterungen solcher Spezifikationen basieren. Die JEDEC-Standards sind unter www.jedec.org verfügbar.
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Ein Betriebssystem 532 kann im flüchtigen Speicher 536 gespeichert sein. Ein Betriebssystem 542 ist Software, die Computerhardware und -software verwaltet, einschließlich der Speicherzuweisung und des Zugriffs auf E/A-Geräte. Beispiele für Betriebssysteme sind Microsoft® Windows®, Linux®, iOS® und Android®.
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Darüber hinaus können ein oder mehrere drahtlose Protokoll-E/A-Adapter vorhanden sein. Beispiele für drahtlose Protokolle werden unter anderem in Personal Area Networks verwendet, wie beispielsweise IEEE 802.15 und Bluetooth 4.0; drahtlose lokale Netzwerke, wie beispielsweise auf IEEE 802.11 basierende drahtlose Protokolle; und Mobilfunkprotokolle.
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Flussdiagramme, wie hierin dargestellt, liefern Beispiele für Sequenzen verschiedener Prozessaktionen. Die Flussdiagramme können Operationen anzeigen, die von einer Software- oder Firmware-Routine auszuführen sind, sowie physische Operationen. In einer Ausführungsform kann ein Flussdiagramm den Zustand einer endlichen Zustandsmaschine (FSM) veranschaulichen, die in Hardware und/oder Software implementiert werden kann. Obwohl in einer bestimmten Reihenfolge oder Reihenfolge angezeigt, kann die Reihenfolge der Aktionen, sofern nicht anders angegeben, geändert werden. Somit sind die dargestellten Ausführungsbeispiele als Beispiel zu verstehen und der Prozess kann in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden und einige Aktionen können parallel durchgeführt werden. Außerdem können in verschiedenen Ausführungsformen eine oder mehrere Aktionen weggelassen werden; somit sind nicht alle Aktionen in jeder Ausführungsform erforderlich. Andere Prozessabläufe sind möglich.
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Soweit hierin verschiedene Operationen oder Funktionen beschrieben sind, können sie als Softwarecode, Anweisungen, Konfiguration und/oder Daten beschrieben oder definiert werden. Der Inhalt kann direkt ausführbar sein („Objekt“ oder „ausführbare“ Form), Quellcode oder Differenzcode („Delta“- oder „Patch“-Code). Der Softwareinhalt der hierin beschriebenen Ausführungsformen kann über einen Herstellungsartikel mit darauf gespeicherten Inhalten oder über ein Verfahren zum Betreiben einer Kommunikationsschnittstelle zum Senden von Daten über die Kommunikationsschnittstelle bereitgestellt werden. Ein maschinenlesbares Speichermedium kann eine Maschine veranlassen, die beschriebenen Funktionen oder Vorgänge auszuführen, und umfasst jeden Mechanismus, der Informationen in einer Form speichert, auf die eine Maschine (z. B. ein Computergerät, ein elektronisches System usw.) beschreibbare Medien (z. B. Nur-Lese-Speicher (ROM), Direktzugriffsspeicher (RAM), Magnetplattenspeichermedien, optische Speichermedien, Flash-Speichervorrichtungen usw.). Eine Kommunikationsschnittstelle beinhaltet jeden Mechanismus, der mit einem festverdrahteten, drahtlosen, optischen usw. Medium verbunden ist, um mit einem anderen Gerät zu kommunizieren, wie etwa eine Speicherbusschnittstelle, eine Prozessorbusschnittstelle, eine Internetverbindung, ein Plattencontroller usw. Die Kommunikationsschnittstelle kann durch Bereitstellen von Konfigurationsparametern und/oder Senden von Signalen konfiguriert werden, um die Kommunikationsschnittstelle vorzubereiten, um ein Datensignal bereitzustellen, das die Software-Inhalte. Auf die Kommunikationsschnittstelle kann über einen oder mehrere Befehle oder Signale zugegriffen werden, die an die Kommunikationsschnittstelle gesendet werden.
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Verschiedene hierin beschriebene Komponenten können ein Mittel zum Durchführen der beschriebenen Operationen oder Funktionen sein. Jede hierin beschriebene Komponente umfasst Software, Hardware oder eine Kombination davon. Die Komponenten können als Softwaremodule, Hardwaremodule, Spezialhardware (z. B. anwendungsspezifische Hardware, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), digitale Signalprozessoren (DSPs) usw.), eingebettete Controller, festverdrahtete Schaltungen usw. implementiert werden.
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Neben dem, was hier beschrieben ist, können verschiedene Modifikationen an den offenbarten Ausführungsformen und Implementierungen der Erfindung vorgenommen werden, ohne von ihrem Schutzumfang abzuweichen.
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Daher sollten die Darstellungen und Beispiele hierin veranschaulichend und nicht einschränkend ausgelegt werden. Der Umfang der Erfindung sollte ausschließlich unter Bezugnahme auf die folgenden Ansprüche gemessen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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