JP2000187523A - クロック可変回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バスクロック周波数とＣＰＵ内部のクロック
周波数逓倍率を最適に調整して、ＣＰＵの熱暴走を防止
して、安定かつ高速な処理を行なう。 【解決手段】 ＣＰＵ１と冷却ファン間に温度センサー
４を設ける。上限温度を超えると、ＣＰＵ１中のクロッ
ク逓倍率を下げ、下限温度を下まわったら、クロック逓
倍率を上げる。バスクロック制御部にはＰＬＬを設け
て、温度変化に応じて滑らかにバスクロックの周波数を
変える。ＣＰＵ１のチップ温度が低い時には、処理スピ
ードが上がり、高温になると自動的に処理スピードを下
げる。ＣＰＵの熱暴走を防止でき、処理のスピードアッ
プと安定度を上げることを両立させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、クロック可変回路
に関し、特に、ＣＰＵの温度に応じてクロック周波数を
自動的に変えて熱暴走を防止するためのクロック可変回
路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のコンピュータシステムでは、バス
クロックとＣＰＵ内部におけるクロック逓倍率は、ボー
ド上のジャンパーピンで固定されていた。そのために、
ＣＰＵの温度が上昇して放熱が間に合わなくなると、チ
ップ温度が定格温度の限界を超え、熱暴走することがあ
る。

【０００３】従来、ＣＰＵの熱暴走を防止するために、
図４に示すように、ＣＰＵのチップ温度を測定し、温度
が上昇すると、クロック制御回路によりクロック周波数
を下げて、常に最大定格温度以下に維持することが行な
われている。以下に、温度に応じたクロック周波数制御
の従来例をあげる。

【０００４】特開平3-251912号公報に開示されている
「システムクロック切替え機能を持つ電子機器」では、
周囲温度に応じて、複数のクロック周波数の１つを選択
することにより、周囲温度が高い場合にはクロック周波
数を下げて安定動作させるものである。

【０００５】特開平7-160367号公報に開示されている
「ＣＰＵ発熱抑制装置」では、ＣＰＵの発熱を抑制し、
熱暴走を防ぐことを目的として、温度センサーによって
得られたＣＰＵの温度をもとに、クロック周波数判断部
によって、ＣＰＵに入力する最適なクロック周波数を判
断し、クロック周波数変更部によって、クロック発振器
に設定すべきクロック周波数を最適なものに変更するも
のである。

【０００６】特開平7-302136号公報に開示されている
「電子機器」では、ＣＰＵチップの温度を迅速かつ正確
にチップの温度制御に反映させ、ＣＰＵチップを限界周
波数付近で高速動作できるようにすることを目的とし
て、ＣＰＵチップに直付けした温度センサーの検知信号
をもとにクロック周波数を制御するものである。

【０００７】特開平8-115142号公報に開示されている
「電子機器」では、機器の内部温度が安全動作範囲内と
なるよう動作クロックの周期を可変とするものである。

【０００８】特開平9-146654号公報に開示されている
「クロック信号発生装置」では、クロック信号の周波数
を可変とすることにより、演算処理装置の環境条件が変
化した場合においても、演算処理装置を常時最適のパフ
ォーマンスをもって駆動するものである。

【０００９】特開平8-179846号公報に開示されている
「コンピュータシステム、およびコンピュータシステム
内のＣＰＵクロック信号の周波数を調整する方法」で
は、コンピュータがオーバヒートしないで最適なクロッ
ク周波数で動作するように、ヒューリステックなクロッ
ク速度最適化機構を設けたものである。

【００１０】特開平9-237132号公報に開示されている
「コンピュータシステム及びそのクロック制御方法」で
は、システムの状況に応じてクロック周波数を可変とし
て、無駄な電力消費を防止するとともに、確実な動作を
実現することを目的として、ＣＰＵの負荷状態、バッテ
リの残容量、ＣＰＵの温度に従ってクロック周波数を変
えるものである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のクロッ
ク周波数制御では、バスクロック周波数とＣＰＵ内部の
クロック周波数逓倍率をキメ細かく調整することができ
なかったので、ＣＰＵの温度に応じた最適なクロック周
波数を設定することが困難であるという問題があった。
サーバーや、金融機関等に使用するパソコンでは、ＣＰ
Ｕが熱暴走しないように、安定で高速な処理をすること
が必要であるが、熱暴走を防止するように制御すると、
必要以上に速度が低下するという問題があった。

【００１２】本発明は、上記従来の問題を解決し、ＣＰ
Ｕの熱暴走を防止する場合に、バスクロック周波数とＣ
ＰＵ内部のクロック周波数逓倍率を最適に調整して、安
定かつ高速な処理を実現することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明では、クロック可変回路を、ＣＰＵと冷却
ファン間に設けた温度センサーと、温度センサーで測定
したチップ温度が所定の第１の温度以上に上昇すると、
ＣＰＵ中のクロック逓倍率を下げる手段と、温度センサ
ーで測定したチップ温度が所定の第２の温度以下に下が
ったら、クロック逓倍率を上げる手段とを具備する構成
とした。

【００１４】このように構成したことにより、ＣＰＵが
熱暴走しそうな温度までチップ温度が近づくと、自動的
にＣＰＵ中のクロック逓倍率の設定値を下げて発熱量を
抑え、チップ温度が十分温度が下がったら逆にクロック
逓倍率を上げて、スピードアップを図ることができ、パ
ソコンが熱暴走することもなく安定動作とスピードアッ
プが両立できる。

【００１５】また、温度センサーの出力に応じて滑らか
に周波数が変わるＰＬＬまたはＶＣＯをバスクロック制
御部に設けた。

【００１６】このように構成したことにより、突然クロ
ックが切り換わることがなくなり、短いクロックパルス
によるデータエラーの発生を防止できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載した発明
は、ＣＰＵと冷却ファン間に設けた温度センサーと、所
定の第１の温度以上に上昇すると、ＣＰＵ中のクロック
逓倍率を下げる手段と、所定の第２の温度以下に下がっ
たら、クロック逓倍率を上げる手段とを具備するクロッ
ク可変回路であり、ＣＰＵ温度に応じてＣＰＵクロック
を変えて発熱量を抑え、パソコンの熱暴走を防止すると
いう作用を有する。

【００１８】本発明の請求項２に記載した発明は、請求
項１記載のクロック可変回路において、クロック制御部
にＰＬＬまたはＶＣＯを設けて、滑らかにクロック周波
数を変える手段を設けたものであり、滑らかにクロック
周波数を変えて、データエラーの発生を防止するという
作用を有する。

【００１９】以下、本発明の実施の形態について、図１
〜図３を参照しながら詳細に説明する。

【００２０】（第１の実施の形態）本発明の第１の実施
の形態は、ＣＰＵと冷却ファン間に温度センサーを設
け、チップ温度が上昇すると、ＣＰＵ中のクロック逓倍
率を下げ、チップ温度が下がったら、ＣＰＵ中のクロッ
ク逓倍率を上げるクロック可変回路である。

【００２１】図１は、本発明の第１の実施の形態のクロ
ック可変回路のブロック図である。図１において、ＣＰ
Ｕ１は、内部にクロック逓倍回路をもつマイクロプロセ
ッサである。逓倍回路２は、外部クロック周波数を逓倍
する回路である。逓倍設定回路３は、逓倍率をスイッチ
または温度センサーからの情報に従って保持する回路で
ある。温度センサー４は、ＣＰＵと冷却ファン間に設け
た温度計である。フィルタ５は、温度センサー４の出力
信号の高域成分を除くローパスフィルタである。Ａ／Ｄ
変換回路６は、温度センサー４のアナログ信号をデジタ
ル信号に変換する回路である。スイッチ７は、逓倍率の
初期値を設定するＤＩＰスイッチである。温度／電圧変
換回路９は、温度センサー４の抵抗値を電圧に変換する
回路である。温度／逓倍率変換回路11は、温度を示すデ
ジタル信号をクロック逓倍率に変換する回路である。

【００２２】上記のように構成された本発明の第１の実
施の形態のクロック可変回路の動作を説明する。図２
は、第１の実施の形態のクロック可変回路の動作を示す
フローチャートである。ＣＰＵ１は、一定時間ごとに、
Ａ／Ｄ変換された温度データを読み込む。チップ温度は
急激に変化することはないので、数10秒程度の時間間隔
で温度測定をすれば十分である。あまり間隔が短いと制
御が不安定になるし、ＣＰＵリソースの無駄遣いにな
る。また、あまり間隔が長いと温度変化に追従できなく
なる。

【００２３】チップ温度が上限値を超えていたら、ＣＰ
Ｕの処理を中断してバックアップ処理を行なう。クロッ
ク周波数の逓倍率を１段階下げ、逓倍率設定回路３の設
定値を更新する。その後、リスタートしてバックアップ
したデータを回復して、中断した処理を再開する。上限
値は、最大定格の上限温度より少し低い温度に設定して
おく。温度監視の時間間隔の間に最大定格の上限温度を
超えないようにするためである。

【００２４】測定温度が上限値を超えていない場合は、
下限値と比較する。下限値を下回っていたら、ＣＰＵ処
理を中断してバックアップ処理を行なう。クロック周波
数の逓倍率を１段階上げ、逓倍率設定回路３の設定値を
更新する。その後、リスタートしてバックアップしてデ
ータを回復して、中断した処理を再開する。測定温度が
下限値を下回っていない場合は、何もしないで終わる。
温度の下限値は、上限値より少し低い温度に設定してお
く。あまり上限値に近い温度であると、頻繁に逓倍率の
設定変更を行なうことになるので、処理速度がかえって
低下する。あまり低い温度に設定しても、クロック周波
数を低くする時間が長くなり、処理速度が上がらない。

【００２５】バスクロック周波数が、例えば100ＭＨzで
あるとすると、クロック周波数逓倍率は、（１／２）×
（１，２，・・・，16）というように設定する。１ステ
ップが50ＭＨzとなる。初期値はＤＩＰスイッチで設定
した値を用いる。温度が下がり続けて、クロック周波数
が最大定格のクロック周波数を超える場合は、最高周波
数に固定する。また、最低周波数を下回っても温度が下
がらない場合は、警報を出して停止する。

【００２６】ＣＰＵ１と冷却ファン間に温度センサー４
を入れ、ＣＰＵ１が熱暴走しそうな温度（上限値）まで
近づくと、自動的にＣＰＵ１中の逓倍率の設定値を下げ
て発熱量を抑える。十分温度が下がって下限値を下回っ
たら、逆にクロック逓倍率を上げて、スピードアップを
はかる。この方法でパソコンが熱暴走することもなく、
安定動作とスピードアップが両立できる。

【００２７】上記のように、本発明の第１の実施の形態
では、クロック可変回路を、ＣＰＵと冷却ファン間に温
度センサーを設け、温度が上昇すると、ＣＰＵ中のクロ
ック周波数逓倍率の設定値を下げ、温度が下がったら、
クロック周波数逓倍率を上げる構成としたので、パソコ
ンが熱暴走することもなく、安定動作とスピードアップ
が両立できる。

【００２８】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態は、温度センサーの出力でＰＬＬを制御して、滑
らかにバスクロック周波数を変えるクロック可変回路で
ある。

【００２９】図３は、本発明の第２の実施の形態のクロ
ック可変回路のブロック図である。図３において、ＣＰ
Ｕ１は、内部にクロック逓倍回路をもつマイクロプロセ
ッサである。温度センサー４は、ＣＰＵと冷却ファン間
に設けた温度計である。冷却ファン８は、ＣＰＵ１の放
熱のためのファンである。温度電圧変換回路９は、温度
センサー４の抵抗値を電圧に変換する回路である。温度
／分周比変換回路10は、温度を表わすデジタル信号に従
って、クロック周波数の段階を示す分周比信号を発生す
る回路である。Ａ／Ｄ変換回路６は、温度を示すアナロ
グ電圧をデジタル信号に変換する回路である。ＰＬＬ12
は、クロック周波数を決める分周比信号に応じた周波数
のクロック信号を発生する位相制御発振回路である。

【００３０】上記のように構成された本発明の第２の実
施の形態のクロック可変回路の動作を説明する。突然バ
スクロックを切り換えると、切換前のクロックの最後の
エッジと、切換後のクロックの最初のエッジが接近し
て、周期が限界値より短くなることが起きる。そのた
め、一瞬信号が途切れてデータエラーが発生する可能性
がある。これを避けるために、クロック部にＰＬＬを設
けて、滑らかにクロック周波数を変化させる。ただし、
ＣＰＵ内部のクロック周波数逓倍率は連続的に変化させ
ることはできないので、固定しておく。

【００３１】ＰＬＬ回路12は、原発振を水晶発振器とし
て、その周波数を１／Ｎして位相比較器に入れる。位相
比較器の出力をＬＰＦで滑らかにし、ＶＣＯを制御す
る。ＶＣＯの出力を１／Ｍに分周して位相比較器に入れ
る。出力周波数は、原発振のＭ／Ｎ倍となる。このＭを
クロック切換信号で制御する。ＬＰＦの時定数に応じ
て、出力周波数は滑らかに変化するので、Ｍを切り換え
ても、クロック周波数が急激に変化することはない。Ｎ
を２以上にすれば、より細かな制御ができる。

【００３２】以下、ＰＬＬの設定の例を説明する。チッ
プ温度が80℃のとき、バスクロック周波数が50ＭＨzと
なり、チップ温度が70℃のとき、バスクロック周波数が
100ＭＨzとなるように、ＰＬＬを設定する。温度センサ
ーの出力をデジタル化して得たクロック切換信号は、１
℃きざみに設定しておく。原発振を５ＭＨzとし、Ｎを
１とすれば、チップ温度Ｔが80℃のとき、Ｍ＝10とし、
チップ温度Ｔが70℃のとき、Ｍ＝20とすればよい。すな
わち、Ｍ＝90−Ｔとすればよい。

【００３３】電源投入時には、ＣＰＵのクロックは、Ｄ
ＩＰスイッチで設定された逓倍率で決まり、バスクロッ
クはチップ温度により決まる。コールドスタート時には
チップ温度は70℃より低いので、Ｍは最大値の20とな
る。したがって、バスクロック周波数は100ＭＨzとな
る。逓倍率の初期値が４とすれば、ＣＰＵの内部クロッ
ク周波数は400ＭＨzとなる。

【００３４】チップ温度が上昇すると、バスクロック周
波数は下がっていき、例えば、チップ温度が75℃でバス
クロック周波数が75ＭＨzとなり、ＣＰＵの内部クロッ
ク周波数が300ＭＨzとなって安定する。外気温が上がっ
て、チップ温度が80℃となり、バスクロック周波数が50
ＭＨzとなり、ＣＰＵの内部クロック周波数が200ＭＨz
となっても安定しない場合は、第１の実施の形態の逓倍
率制御手段が動作して、逓倍率が４から３に下がる。Ｃ
ＰＵの内部クロック周波数は150ＭＨzとなるので、チッ
プ温度が下がり、例えば、78℃でバスクロック周波数が
60ＭＨzとなり、ＣＰＵの内部クロック周波数が180ＭＨ
zとなって安定する。

【００３５】外気温が下がると、チップ温度も下がる。
チップ温度が70℃で、バスクロック周波数が100ＭＨzと
なり、ＣＰＵの内部クロック周波数が300ＭＨzとなって
も安定しないと、逓倍率が上がり、３から４となる。Ｃ
ＰＵの内部クロック周波数は400ＭＨzとなる。それでも
安定しないと、さらに逓倍率が上がり、５となる。ＣＰ
Ｕの内部クロック周波数は500ＭＨzとなり、チップ温度
が上昇する。例えば、チップ温度が72℃でバスクロック
周波数が90ＭＨzとなり、ＣＰＵの内部クロック周波数
が450ＭＨzになって安定する。

【００３６】このように、チップ温度に応じて最適のク
ロック周波数が選択されるので、熱暴走を起こさない範
囲で、最高のクロック周波数で動作する。したがって、
安定かつ高速な処理が実現される。チップ温度が何度か
ら何度の範囲で、いくらのクロック周波数で動作させる
かは、システムの安定度やチップの特性などに応じて決
める設計事項であるから、一意的に最適値が存在するわ
けではない。なお、ＰＬＬ回路の代わりにＶＣＯを用い
ても実現可能である。クロック周波数の安定度が下がる
だけで、格別の支障はない。

【００３７】また、ＣＰＵのアイドル時には、ベースク
ロックを強制的に最低周波数にし、ＣＰＵ内のクロック
逓倍率も最低値にすれば、消費電力を抑えて、チップの
発熱を少なくできるので、チップ温度の上昇を防止でき
る。ＣＰＵの稼働再開時には、チップ温度が下がってい
るので、最大クロック周波数で動作させることが可能と
なり、常に最適クロック周波数を供給する形態より高速
に動作できる。

【００３８】上記のように、本発明の第２の実施の形態
では、クロック可変回路を、クロック部にＰＬＬを設け
て、滑らかにクロック周波数を変える構成としたので、
信号が途切れてデータエラーが発生することがなくな
る。

【００３９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
では、クロック可変回路を、ＣＰＵと冷却ファン間に温
度センサーを設け、温度が上昇すると、ＣＰＵ中のクロ
ック周波数逓倍率を下げ、温度が下がったら、クロック
周波数逓倍率を上げる構成としたので、パソコンが熱暴
走することはなく、ＣＰＵの低温時には処理スピードが
上がり、高温になると自動的にスピードが下がり、安定
動作とスピードアップの両立できるという効果が得られ
る。

【００４０】また、バスクロック部にＰＬＬを設けて、
滑らかにバスクロック周波数を変える構成としたので、
信号が途切れてデータエラーが発生することがなくなる
という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のクロック可変回路
のブロック図、

【図２】第１の実施の形態のクロック可変回路のフロー
チャート、

【図３】本発明の第２の実施の形態のクロック可変回路
のブロック図、

【図４】従来のＣＰＵのクロック可変回路のブロック図
である。

【符号の説明】

１ ＣＰＵ ２ 逓倍回路 ３ 逓倍設定回路 ４ 温度センサー ５ フィルター ６ Ａ／Ｄ変換回路 ７ 逓倍設定スイッチ ８ 冷却ファン ９ 温度／電圧変換回路 10 温度／分周比変換回路 11 温度／逓倍率変換回路 12 ＰＬＬ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バスクロック制御部で生成したバスクロ
   ックをクロック逓倍率に従って逓倍するクロック逓倍回
   路と、ＣＰＵと冷却ファンの間に設けた温度センサー
   と、前記温度センサーで測定したチップ温度が上限温度
   を超えた場合にＣＰＵ中のクロック逓倍率を下げる手段
   と、前記温度センサーで測定したチップ温度が下限温度
   を下まわった場合にＣＰＵ中のクロック逓倍率を上げる
   手段とを具備することを特徴とするクロック可変回路。
2. 【請求項２】 前記温度センサーで測定したチップ温度
   に応じて滑らかに周波数が変わるＰＬＬまたはＶＣＯを
   前記バスクロック制御部に設けたことを特徴とする請求
   項１記載のクロック可変回路。