JP2007317722A - 回路機能モジュール、電圧・クロック指示モジュールおよび電子システム - Google Patents

Abstract

【課題】データ処理を行う回路機能モジュールを含み、該回路機能モジュールの残存寿命に余裕がある場合、より速い速度で動作させることができる電子システムを提供する。
【解決手段】回路機能モジュール１０が稼動中、温度測定モジュール１１、電流密度測定モジュール１２および動作時間測定モジュール１３は、一定間隔で温度、電流密度および動作時間を測定し、測定結果を稼動履歴記録モジュール４１に与える。そして、電圧・クロック指示モジュール４０は、回路機能モジュール１０が停止状態から稼動状態となる毎に、稼動履歴記録モジュール４１に記録された回路機能モジュール１０の稼動履歴を考慮し、動作条件（電源電圧ＶＤＤの電圧値、クロックＣＬＫの周波数）を変更し、可変電圧源２０および周波数可変クロック生成モジュール３０に対して変更した電源電圧値およびクロック周波数を指示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、データ処理を行う回路機能モジュール、該回路機能モジュールに電源電圧を供給する可変電圧源に出力電圧値を指示すると共に、該回路機能モジュールにクロックを供給する周波数可変クロック生成モジュールにクロック周波数を指示する電圧・クロック指示モジュール、並びに、該回路機能モジュールおよび該電圧・クロック指示モジュールを含む電子システムに関する。

図５はＬＳＩ（大規模半導体集積回路）の故障率の時間推移を示す図である。ＬＳＩの故障率の時間推移は、いわゆるバスタブ曲線となることが知られており、初期故障領域、偶発故障領域、磨耗故障領域の３つの領域に分けられる。初期故障領域では時間の経過と共に故障率が減少し、偶発故障領域では故障率は低いまま推移し、磨耗故障領域では時間の経過と共に故障率が増加する。

そこで、出荷するＬＳＩの信頼性を確保するために、初期故障については、出荷前に様々なストレス試験を行い、不良品を選別するということが行われており、磨耗故障については、ＬＳＩの使用環境・稼動率（使用頻度）を想定し、磨耗故障の発生がＬＳＩの使用期間以降となるように動作仕様および設計仕様を決めるということが行われている。

ＬＳＩの磨耗故障は、ＬＳＩ内部でのエレクトロマイグレーション（電子泳動）や酸化膜経時破壊などを主な故障原因とするものであるが、これらエレクトロマイグレーションおよび酸化膜経時破壊は、温度と電流密度と過去の稼動時間で決まる。なお、使用開始から磨耗故障発生までの平均時間は、ＭＴＦ（mean time to failure）と呼ばれ、以下の式で表せることが知られている。

特開２００４−２２８４１７号公報 特開２００５−６３４１４号公報

ところで、ＬＳＩは、電源電圧が適切な範囲において高い方が高速に動作するが、電源電圧を高くすると、電流密度が上昇してエレクトロマイグレーションが発生しやすくなるので、偶発故障領域は圧縮され、磨耗故障発生までの平均時間は短くなる。現在、ＬＳＩに対しては、動作速度を速めることによる高性能化と、磨耗故障発生までの平均時間を長くすることによる高信頼性化が要求されているが、これら相反する二つの要求を同時に満足させることは困難であり、設計コスト・製造コストとも非常に高くなっている。

図６はＬＳＩの実際の稼働率が当初想定した稼動率よりも低い場合の問題点を説明するための図であり、図６（Ａ）はＬＳＩの故障率の時間推移を示しており、Ｘ１は当初想定した稼動率の下での故障率の時間推移を示すバスタブ曲線、Ｙ１はバスタブ曲線Ｘ１における偶発故障領域、Ｘ２は当初想定した稼動率よりも低い、実際の稼動率の下での故障率の時間推移を示すバスタブ曲線、Ｙ２はバスタブ曲線Ｘ２における偶発故障領域である。

また、図６（Ｂ）はＬＳＩの動作保障期間と、実際の稼動時間と、実際の稼動時間における電流密度との関係を示しており、Ｐ１〜Ｐ３はＬＳＩの実際の稼動時間、Ｑ１〜Ｑ３はＬＳＩの停止時間、Ｉａは電流密度の設計値を示している。

即ち、実際の製品適用において、ＬＳＩの実際の稼働率が当初想定した稼動率よりも低く、かつ、実際の稼動時間Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３における電流密度が設計値Ｉａである場合には、偶発故障領域は、Ｙ２で示すように、当初想定した稼動率の下で設計値として設定した動作保障期間（信頼性保障期間）よりも遥かに長くなり、即ち、ＬＳＩの寿命は動作保証期間よりも長くなり、動作保証期間の終了時に寿命が残存してしまうという無駄が生じてしまう。

現実問題として、ＬＳＩの稼働率が不明の場合は、仕様検討時に、過剰な稼動率を想定せざるを得ず、その分厳しくなった仕様によって設計コストは上昇し、ＬＳＩの実際の使用においては、動作保証期間の終了時に寿命が残存してしまうという無駄が生じてしまう場合があり、これでは、設計コストに見合った製品適用とは言い難い。

特許文献１には、現在および近い将来に実行するデータ処理の負荷の大小によって顕在化する素子のばらつきによる性能劣化を電圧・クロックの制御により埋めるための技術が開示されている。また、特許文献２には、ＬＳＩのばらつきにより発生する性能余裕分をクロックの制御により高速動作させて有効利用するための技術が開示されている。共に、ＬＳＩのばらつきによる性能余裕分を性能へ転換することが可能であるが、残存寿命の余裕を考慮した速度制御を行うことはできない。

本発明は、かかる点に鑑み、データ処理を行う回路機能モジュールであって、残存寿命に余裕がある場合には、より早い速度で動作するように制御されることができる回路機能モジュールを提供することを第１の目的とする。

また、本発明は、データ処理を行う回路機能モジュールに電源電圧を供給する可変電圧源に出力電圧値を指示すると共に、前記回路機能モジュールにクロックを供給する周波数可変クロック生成モジュールにクロック周波数を指示する電圧・クロック指示モジュールであって、前記回路機能モジュールの残存寿命に余裕がある場合には、より速い速度で動作させることができる電圧・クロック指示モジュールを提供することを第２の目的とする。

また、本発明は、データ処理を行う回路機能モジュールを含み、該回路機能モジュールの残存寿命に余裕がある場合には、より速い速度で動作させることができる電子システムを提供することを第３の目的とする。

本発明の回路機能モジュールは、データ処理を行うモジュールであり、温度を測定する温度測定モジュールと、電流密度を測定する電流密度測定モジュールと、動作時間を測定する動作時間測定モジュールを有するものである。

本発明の電圧・クロック指示モジュールは、データ処理を行う回路機能モジュールに電源電圧を供給する可変電圧源に出力電圧値を指示すると共に、前記回路機能モジュールにクロックを供給する周波数可変クロック生成モジュールにクロック周波数を指示するモジュールであり、前記回路機能モジュールが停止状態から稼動状態になる毎に、前記回路機能モジュールの稼動履歴を考慮し、前記可変電圧源に出力電圧値を指示すると共に、前記周波数可変クロック生成モジュールにクロック周波数を指示するものである。

本発明の電圧・クロック指示モジュールは、前記回路機能モジュールの稼動履歴を記録する稼動履歴記録モジュールと、前記回路機能モジュールの上限動作周波数と電源電圧値と電流密度と温度と磨耗故障発生までの平均時間との関係を示す動作条件テーブルと、前記回路機能モジュールが停止状態から稼動状態になる毎に、前記稼動履歴記録モジュールに記録された稼動履歴から前記回路機能モジュールの残存寿命を計算する残存寿命計算モジュールと、前記残存寿命計算モジュールが計算した前記回路機能モジュールの残存寿命および前記動作条件テーブルの内容に基づいて、前記可変電圧源に出力電圧値を指示すると共に、前記周波数可変クロック生成モジュールにクロック周波数を指示する制御モジュールを有するものとすることができる。

また、前記電圧・クロック指示モジュールは、前記残存寿命計算モジュールが計算した残存寿命を保持する残存寿命保持モジュールを有するものとすることができる。

本発明の電子システムは、データ処理を行う回路機能モジュールと、前記回路機能モジュールに電源電圧を供給する可変電圧源と、前記回路機能モジュールにクロックを供給する周波数可変クロック生成モジュールと、前記回路機能モジュールが停止状態から稼動状態になる毎に、前記回路機能モジュールの稼動履歴を考慮し、前記可変電圧源に出力電圧値を指示すると共に、前記周波数可変クロック生成モジュールにクロック周波数を指示する電圧・クロック指示モジュールを有するものである。

本発明の電子システムにおいては、前記回路機能モジュールは、温度を測定する温度測定モジュールと、電流密度を測定する電流密度測定モジュールと、動作時間を測定する動作時間測定モジュールを有するものとすることができる。

また、前記電圧・クロック指示モジュールは、前記回路機能モジュールの稼動履歴を記録する稼動履歴記録モジュールと、前記回路機能モジュールの上限動作周波数と電源電圧値と電流密度と温度と磨耗故障発生までの平均時間との関係を示す動作条件テーブルと、前記回路機能モジュールが停止状態から稼動状態になる毎に、前記稼動履歴記録モジュールに記録された稼動履歴から前記回路機能モジュールの残存寿命を計算する残存寿命計算モジュールと、前記残存寿命計算モジュールが計算した前記回路機能モジュールの残存寿命および前記動作条件テーブルの内容に基づいて、前記可変電圧源に出力電圧値を指示すると共に、前記周波数可変クロック生成モジュールにクロック周波数を指示する制御モジュールを有するものとすることができる。

また、前記電圧・クロック指示モジュールは、前記残存寿命計算モジュールが計算した残存寿命を保持する残存寿命保持モジュールを有するものとすることができる。

本発明の回路機能モジュールによれば、温度測定モジュール、電流密度測定モジュールおよび動作時間測定モジュールにより、本発明の回路機能モジュールの稼動履歴を得ることができるので、この稼動履歴から判断し、本発明の回路機能モジュールの残存寿命が残存動作保障期間よりも長く、残存寿命に余裕がある場合には、本発明の回路機能モジュールは、より早い速度で動作するように制御されることができる。

本発明の電圧・クロック指示モジュールによれば、回路機能モジュールが停止状態から稼動状態になる毎に、回路機能モジュールの稼動履歴を考慮し、可変電圧源に出力電圧値を指示すると共に、周波数可変クロック生成モジュールにクロック周波数を指示することができるので、回路機能モジュールの残存寿命が残存動作保障期間よりも長く、回路機能モジュールの残存寿命に余裕がある場合には、回路機能モジュールをより速い速度で動作させることができる。

本発明の電子システムによれば、回路機能モジュールが停止状態から稼動状態になる毎に、回路機能モジュールの稼動履歴を考慮し、可変電圧源に出力電圧値を指示すると共に、周波数可変クロック生成モジュールにクロック周波数を指示することができるので、回路機能モジュールの残存寿命が残存動作保障期間よりも長く、回路機能モジュールの残存寿命に余裕がある場合には、回路機能モジュールをより速い速度で動作させることができる。

図１は本発明の電子システムの一実施形態の構成図である。本発明の電子システムの一実施形態は、本発明の回路機能モジュールの一実施形態である回路機能モジュール１０と、可変電圧源２０と、周波数可変クロック生成モジュール３０と、本発明の電圧・クロック指示モジュールの一実施形態である電圧・クロック指示モジュール４０を備えている。

回路機能モジュール１０は、データ処理を行うモジュールであり、マイクロプロセッサ等のＬＳＩである。本例の場合、回路機能モジュール１０は、データ処理を行うデータ処理モジュールのほかに、温度測定モジュール１１、電流密度測定モジュール１２および動作時間測定モジュール１３を搭載している。

本例では、回路機能モジュール１０は、稼動時には、可変電圧源２０から電源電圧ＶＤＤが供給されると共に、周波数可変クロック生成モジュール３０からクロックＣＬＫが供給され、停止時には、可変電圧源２０からの電源電圧ＶＤＤの供給が停止される。

温度測定モジュール１１は、回路機能モジュール１０の温度を測定するモジュールであり、例えば、リング発振器で構成される。リング発振器は、発振周波数が温度に応じて変化することから、発振周波数を測定することにより間接的に回路機能モジュール１０の温度を測定することができる。

電流密度測定モジュール１２は、回路機能モジュール１０の電流密度を測定するモジュールであり、例えば、リング発振器で構成される。リング発振器は、発振周波数がトランジスタ中を流れる電流量に応じて変化することから、発振周波数を測定することにより間接的に回路機能モジュール１０の電流密度を測定することができる。

動作時間測定モジュール１３は、回路機能モジュール１０の動作時間を測定するモジュールであり、例えば、パルスカウンタで構成される。これは、回路機能モジュール１０に入力されるクロックＣＬＫのパルス数を数えることで回路機能モジュール１０の動作時間を測定するというものである。

本例では、温度測定モジュール１１、電流密度測定モジュール１２および動作時間測定モジュール１３は、一定間隔、例えば、１分ごとに温度、電流密度および動作時間を測定し、測定結果を電圧・クロック生成モジュール４０に与える。

可変電圧源２０は、回路機能モジュール１０に電源電圧ＶＤＤを供給するモジュールであり、出力電圧値を電圧・クロック指示モジュール４０により指示されるものである。この可変電圧源２０としては、既存の可変電圧源を用いることができる。

周波数可変クロック生成モジュール３０は、回路機能モジュール１０にクロックＣＬＫを供給するものであり、クロック周波数を電圧・クロック指示モジュール４０により指示されるものである。この周波数可変クロック生成モジュール３０としては、既存のＰＬＬ（位相同期ループ）や分周器を用いることができる。

電圧・クロック指示モジュール４０は、可変電圧源２０に対する出力電圧値の指示、周波数可変クロック生成モジュール３０に対するクロック周波数の指示および寿命予告信号の出力を行うものであり、例えば、１チップのＬＳＩとして構成することができる。

なお、この電圧・クロック指示モジュール４０からの可変電圧源２０に対する出力電圧値の指示および周波数可変クロック生成モジュール３０に対するクロック周波数の指示は、回路機能モジュール１０の使用開始時および回路機能モジュール１０が停止状態から稼動状態に移行した時に行われ、寿命予告信号は、残存寿命期間が予め設定された期間以下となったときに出力される。

本例では、電圧・クロック指示モジュール４０は、稼動履歴記録モジュール４１と、動作条件テーブル４２と、残存寿命計算モジュール４３と、残存寿命保持モジュール４４と、制御モジュール４５を搭載している。

稼動履歴記録モジュール４１は、回路機能モジュール１０の温度測定モジュール１１、電流密度測定モジュール１２および動作時間測定モジュール１３から一定間隔で与えられる温度、電流密度および動作時間を回路機能モジュール１０の稼動履歴として記録するものである。

動作条件テーブル４２は、回路機能モジュール１０の上限動作周波数と電源電圧値と電流密度と温度と磨耗故障発生までの平均時間（ＭＴＦ）との関係を示すものであり、これらは、使用者が設定することができる。但し、動作条件テーブル４２に設定できる範囲は、電源電圧値や温度によって物理的な回路破壊を引き起こさない範囲に限定しなければならない。

図２は動作条件テーブル４２の内容例を示す表図である。なお、電源電圧ＶＤＤの電圧値と上限動作周波数との関係は出荷前試験により得ることができ、温度および電流密度は測定により得ることができ、使用開始から磨耗故障発生までの平均時間（ＭＴＦ）は、数１に示す式を用いた計算により得ることができる。

残存寿命計算モジュール４３は、回路機能モジュール１０が停止状態から稼動状態になる毎に、稼動履歴記録モジュール４１に記録された稼動履歴および動作条件テーブル４２の内容から、回路機能モジュール１０の残存寿命を計算するものである。なお、残存寿命の計算に必要な定数は、使用者が設定することができる。

残存寿命保持モジュール４４は、回路機能モジュール１０の残存寿命を保持するものであり、初期値として、使用者は、回路機能モジュール１０の設計段階および出荷前試験での結果に基づいて動作保障期間を設定することができ、その後、残存寿命保持モジュール４４が保持する残存寿命は、残存寿命計算モジュール４３が残存寿命を計算する毎に更新される。また、この残存寿命保持モジュール４４は、残存寿命が所定値以下に少なくなると、残存寿命を示す寿命予告信号を出力するように構成される。

制御モジュール４５は、稼動履歴記録モジュール４１、残存寿命計算モジュール４３、残存寿命保持モジュール４４を制御し、可変電圧源２０に対する出力電圧値の指示、周波数可変クロック生成モジュール３０に対するクロック周波数の指示を行うものである。

このように構成された本発明の電子システムの一実施形態においては、使用者は、動作条件テーブル４２に回路機能モジュール１０の上限動作周波数と電源電圧値と電流密度と温度と磨耗故障発生までの平均期間（ＭＴＦ）を設定し、残存寿命計算モジュール４３に残存寿命計算に必要な定数を設定し、残存寿命保持モジュール４４に動作保障期間を設定する。

そして、回路機能モジュール１０の使用が指示されると、回路機能モジュール１０に対して可変電圧源２０および周波数可変クロック生成モジュール３０から電源電圧ＶＤＤおよびクロックＣＬＫが供給され、回路機能モジュール１０は、稼動状態となり、与えられたデータ処理を行うことになる。

以後、回路機能モジュール１０が稼動状態にある場合には、温度測定モジュール１１、電流密度測定モジュール１２および動作時間測定モジュール１３は、一定間隔で温度、電流密度および動作時間を測定し、測定結果を電圧・クロック指示モジュール４０に与え、電圧・クロック指示モジュール４０は、これら温度測定モジュール１１、電流密度測定モジュール１２および動作時間測定モジュール１３から与えられる温度、電流密度および動作時間を稼動履歴記録モジュール４１に記録する。

そして、電圧・クロック指示モジュール４０は、回路機能モジュール１０が停止状態とされ、再び、稼動状態とされる毎に、稼動履歴記録モジュール４１に記録された回路機能モジュール１０の稼動履歴を考慮し、動作条件（電源電圧ＶＤＤの電圧値、クロックＣＬＫの周波数）を変更し、可変電圧源２０および周波数可変クロック生成モジュール３０に対して変更した電源電圧値およびクロック周波数を指示すると共に、残存寿命が所定値以下に少なくなると、寿命予告信号を出力する。

図３は電圧・クロック指示モジュール４０の動作を説明するための図であり、横軸を実経過時間、縦軸を回路機能モジュール１０の残存寿命としている。図３中、ｔ₀、ｔ₁、ｔ₂は回路機能モジュール１０の実稼動時間、ｒ₀は回路機能モジュール１０の実停止時間、Ｌ₀、Ｌ₁、Ｌ₂は回路機能モジュール１０の消費寿命、Ｒ₀、Ｒ_nは回路機能モジュール１０の残存寿命、Ｚ₀は回路機能モジュール１０の動作保障期間、Ｚ_nは回路機能モジュール１０の残存動作保障期間であり、図３は残存寿命がＲ_n、残存動作保障期間がＺ_nとなった場合を示している。

ここで、基準となる使用開始時での動作条件における磨耗故障発生までの平均時間をＭＴＦ₀とし、使用者が設定する初期時の動作保障期間をＺ₀とすると、初期時における残存寿命Ｒ₀は、Ｒ₀＝Ｚ₀となる。したがって、初期動作時には、回路機能モジュール１０には設計値の電源電圧ＶＤＤおよびクロックＣＬＫが供給される。

なお、図３中、直線Ｗ１は、初期状態で設定した動作条件で回路機能モジュール１０を稼動し続けた場合の実経過時間と残存寿命の関係を示しており、直線Ｗ２の部分は、実稼動時間ｔ₁の開始時に変更した動作条件で回路機能モジュール１０を稼動したが、回路モジュール１０の温度が上昇した場合の実経過時間と消費寿命との関係を示している。

ここで、時刻Ｔ_nにおいては、時刻Ｔ_nの前の動作期間をｎ−１とすると、残存寿命計算モジュール４３は、稼動履歴記録モジュール４１に記録されている稼動履歴から、前回の動作条件の変更を行った時刻から時刻Ｔ_nまでの実稼働時間ｔ_n-1と、時刻Ｔ_nから動作保障期間Ｚ₀の終了までの残存動作保障期間Ｚ_nを算出する。

また、残存寿命計算モジュール４３は、前回の動作条件の変更時に可変電圧源２０および周波数可変クロック生成モジュール３０に指示した電源電圧値およびクロック周波数を元に、動作条件テーブル４２から磨耗故障発生までの平均時間ＭＴＦ_n-1を求める。このとき、残存寿命保持モジュール４４は、前回の動作条件変更時における残存寿命Ｒ_n-1を保持している。

ここで、動作条件変更による残存寿命の消費量は、実稼働時間に対して動作条件変更による磨耗故障発生までの平均時間に比例すると考えられるので、残存寿命計算モジュール４３は、動作期間ｎ−１における消費寿命Ｌ_n-1を以下の式で計算する。

このとき、時刻Ｔ_nにおける残存寿命Ｒ_nはＲ_n＝Ｒ_n-1−Ｌ_n-1と計算され、残存寿命保持モジュール４４に再格納される。ここで、時刻Ｔ_nから動作保障期間Ｚ₀の終了までの動作期間をｎとし、動作期間ｎにおいて指示した動作条件での磨耗故障発生までの平均時間をＭＴＦ_nとすると、残存動作保障期間Ｚ_n内に磨耗故障を発生させないためには、次の条件を満たさなければならない。

ここで、Ｒ_n、ＭＴＦ₀、Ｚ_n は既知であることから、制御モジュール４５は、数３に示す式を満足する最小のＭＴＦ_nを動作条件テーブル４２から抽出し、このＭＴＦ_nに対応する電源電圧ＶＤＤの電圧値およびクロックＣＬＫの周波数を可変電圧源２０および周波数可変クロック生成モジュール３０に指示する。

図４は本発明の電子システムの一実施形態の効果を説明するための図である。図４（Ａ）は回路機能モジュール１０の故障率の時間推移を示しており、Ｘ１は当初想定した稼動率の下での故障率の時間推移を示すバスタブ曲線、Ｙ１はバスタブ曲線Ｘ１における偶発故障領域、Ｘ２は実際の稼動率の下での故障率の時間推移を示すバスタブ曲線、Ｙ２はバスタブ曲線Ｘ２における偶発故障領域である。

また、図４（Ｂ）は回路機能モジュールの動作保障期間と、実際の稼動時間と、実際の稼動時間における電流密度との関係を示しており、Ｐ１、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ、Ｐ３は実際の稼動時間、Ｑ１〜Ｑ３は停止時間、Ｉａは電流密度の設計値を示している。

ここで、回路機能モジュール１０の実際の稼働率が当初想定した稼動率よりも低く、かつ、実際の稼動時間Ｐａ、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ、Ｐ３における電流密度が設計値Ｉａである場合には、偶発故障領域は、Ｙ２で示すように、当初想定した稼動率の下でＬＳＩ仕様として設定した動作保障期間よりも遥かに長くなり、即ち、回路機能モジュール１０の寿命は動作保証期間よりも長くなり、動作保証期間終了時に寿命が残存してしまうという無駄が生じてしまう。

しかしながら、本発明の電子システムの一実施形態を適用すると、稼働時間Ｐ２ａにおいては、その前に停止期間Ｑ１があるので、これを考慮して、稼働時間Ｐ２ａの開始時には、電流密度をＩａよりは大きいＩｂとなるように電源電圧ＶＤＤの電圧値およびクロックＣＬＫの周波数を高くすることができる。但し、これにより、稼動時間Ｐ２ｂにおいては、温度上昇により電流密度がＩｃに低下する場合もある。

また、稼働時間Ｐ３の開始時には、それまでの稼動履歴を考慮して、電流密度がＩａよりも大きいＩｄとなるように、電源電圧ＶＤＤの電圧値およびクロックＣＬＫの周波数を高くすることができる。

このようにすると、回路機能モジュール１０の偶発故障領域は当初想定した稼動率での期間Ｙ１を維持し、即ち、設計した寿命を維持し、動作保障期間内の実際の稼働時間Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ、Ｐ３においては、動作速度を高めた状態で回路機能モジュール１０を使用することができる。

なお、電源電圧ＶＤＤの電圧値およびクロックＣＬＫの周波数が高い状態が続いた場合で、外乱や負荷の増大などにより周辺温度や電流密度の上昇が発生した場合には、残存寿命が設計値よりも短くなる場合が生じるが、この場合には、回路機能モジュール１０の動作条件の変更時（停止状態から稼動状態になる時）に、電源電圧ＶＤＤの電圧値およびクロックＣＬＫの周波数を下げるように、電圧・クロック指示モジュール４０は可変電圧源２０および周波数可変クロック生成モジュール３０を制御することになる。

以上のように、本発明の電子システムの一実施形態では、回路機能モジュール１０に電源電圧ＶＤＤを供給する可変電圧源２０と、回路機能モジュール１０にクロックＣＬＫを供給する周波数可変クロック生成モジュール３０と、可変電圧源２０に出力電圧値を指示すると共に、周波数可変クロック生成モジュール３０にクロック周波数を指示する電圧・クロック指示モジュール４０を設けるとしている。

そして、電圧・クロック指示モジュール４０は、回路機能モジュール１０が停止状態から稼動状態に移行する毎に、稼動履歴記録モジュール４１に記録された回路機能モジュール１０の稼動履歴を考慮し、可変電圧源２０に出力電圧値を指示すると共に、周波数可変クロック生成モジュール３０にクロック周波数を指示し、回路機能モジュール１０の動作速度を制御するとしている。

したがって、本発明の電子システムの一実施形態によれば、回路機能モジュール１０の稼動履歴を考慮し、回路機能モジュール１０の実際の稼働率が当初想定した稼動率よりも低い場合、即ち、回路機能モジュール１０の残存寿命が残存動作保障期間よりも長く、回路機能モジュール１０の残存寿命に余裕がある場合には、回路機能モジュール１０が停止状態から稼動状態になる毎に、回路機能モジュール１０の動作速度を制御し、回路機能モジュール１０をより速い速度で動作させることができる。

ここで、本発明を整理すると、本発明には、少なくとも、以下の回路機能モジュール、電圧・クロック指示モジュールおよび電子システムが含まれる。

（付記１）データ処理を行う回路機能モジュールであって、温度を測定する温度測定モジュールと、電流密度を測定する電流密度測定モジュールと、動作時間を測定する動作時間測定モジュールを有することを特徴とする回路機能モジュール。

（付記２）データ処理を行う回路機能モジュールに電源電圧を供給する可変電圧源に出力電圧値を指示すると共に、前記回路機能モジュールにクロックを供給する周波数可変クロック生成モジュールにクロック周波数を指示する電圧・クロック指示モジュールであって、前記回路機能モジュールが停止状態から稼動状態になる毎に、前記回路機能モジュールの稼動履歴を考慮し、前記可変電圧源に出力電圧値を指示すると共に、前記周波数可変クロック生成モジュールにクロック周波数を指示することを特徴とする電圧・クロック指示モジュール。

（付記３）前記回路機能モジュールの稼動履歴を記録する稼動履歴記録モジュールと、前記回路機能モジュールの上限動作周波数と電源電圧値と電流密度と温度と磨耗故障発生までの平均時間との関係を示す動作条件テーブルと、前記稼動履歴記録モジュールに記録された稼動履歴から前記回路機能モジュールの残存寿命を計算する残存寿命計算モジュールと、前記回路機能モジュールが停止状態から稼動状態になる毎に、前記残存寿命計算モジュールが計算した残存寿命および前記動作条件テーブルの内容に基づいて、前記可変電圧源に出力電圧値を指示すると共に、前記周波数可変クロック生成モジュールにクロック周波数を指示する制御モジュールを有することを特徴とする付記２記載の電圧・クロック指示モジュール。

（付記４）前記残存寿命計算モジュールが計算した残存寿命を保持する残存寿命保持モジュールを有することを特徴とする付記３記載の電圧・クロック指示モジュール。

（付記５）データ処理を行う回路機能モジュールと、前記回路機能モジュールに電源電圧を供給する可変電圧源と、前記回路機能モジュールにクロックを供給する周波数可変クロック生成モジュールと、前記回路機能モジュールが停止状態から稼動状態になる毎に、前記回路機能モジュールの稼動履歴を考慮し、前記可変電圧源に出力電圧値を指示すると共に、前記周波数可変クロック生成モジュールにクロック周波数を指示する電圧・クロック指示モジュールを有することを特徴とする電子システム。

（付記６）前記回路機能モジュールは、温度を測定する温度測定モジュールと、電流密度を測定する電流密度測定モジュールと、動作時間を測定する動作時間測定モジュールを有することを特徴とする付記５記載の電子システム。

（付記７）前記電圧・クロック指示モジュールは、前記回路機能モジュールの稼動履歴を記録する稼動履歴記録モジュールと、前記回路機能モジュールの上限動作周波数と電源電圧値と電流密度と温度と磨耗故障発生までの平均時間との関係を示す動作条件テーブルと、前記回路機能モジュールが停止状態から稼動状態になる毎に、前記稼動履歴記録モジュールに記録された稼動履歴から前記回路機能モジュールの残存寿命を計算する残存寿命計算モジュールと、前記残存寿命計算モジュールが計算した前記回路機能モジュールの残存寿命および前記動作条件テーブルの内容に基づいて、前記可変電圧源に出力電圧値を指示すると共に、前記周波数可変クロック生成モジュールにクロック周波数を指示する制御モジュールを有することを特徴とする付記５または６記載の電子システム。

（付記８）前記電圧・クロック指示モジュールは、前記残存寿命計算モジュールが計算した残存寿命を保持する残存寿命保持モジュールを有することを特徴とする付記７記載の電子システム。

本発明の電子システムの一実施形態の構成図である。 本発明の電子システムの一実施形態が備える電圧・クロック指示モジュール内の動作条件テーブルの内容例を示す表図である。 本発明の電子システムの一実施形態が備える電圧・クロック指示モジュールの動作を説明するための図である。 本発明の電子システムの一実施形態の効果を説明するための図である。 ＬＳＩ（大規模半導体集積回路）の故障率の時間推移を示す図である。 ＬＳＩの実際の稼働率が当初想定した稼動率よりも低い場合の問題点を説明するための図である。

符号の説明

１０…回路機能モジュール
１１…温度測定モジュール
１２…電流密度測定モジュール
１３…動作時間測定モジュール
２０…可変電圧源
３０…周波数可変クロック生成モジュール
４０…電圧・クロック指示モジュール
４１…稼動履歴記録モジュール
４２…動作条件テーブル
４３…残存寿命計算モジュール
４４…残存寿命保持モジュール
４５…制御モジュール

Claims (5)

1. データ処理を行う回路機能モジュールであって、
   温度を測定する温度測定モジュールと、
   電流密度を測定する電流密度測定モジュールと、
   動作時間を測定する動作時間測定モジュール
   を有することを特徴とする回路機能モジュール。
2. データ処理を行う回路機能モジュールに電源電圧を供給する可変電圧源に出力電圧値を指示すると共に、前記回路機能モジュールにクロックを供給する周波数可変クロック生成モジュールにクロック周波数を指示する電圧・クロック指示モジュールであって、
   前記回路機能モジュールが停止状態から稼動状態になる毎に、前記回路機能モジュールの稼動履歴を考慮し、前記可変電圧源に出力電圧値を指示すると共に、前記周波数可変クロック生成モジュールにクロック周波数を指示する
   ことを特徴とする電圧・クロック指示モジュール。
3. データ処理を行う回路機能モジュールと、
   前記回路機能モジュールに電源電圧を供給する可変電圧源と、
   前記回路機能モジュールにクロックを供給する周波数可変クロック生成モジュールと、
   前記回路機能モジュールが停止状態から稼動状態になる毎に、前記回路機能モジュールの稼動履歴を考慮し、前記可変電圧源に出力電圧値を指示すると共に、前記周波数可変クロック生成モジュールにクロック周波数を指示する電圧・クロック指示モジュール
   を有することを特徴とする電子システム。
4. 前記回路機能モジュールは、
   温度を測定する温度測定モジュールと、
   電流密度を測定する電流密度測定モジュールと、
   動作時間を測定する動作時間測定モジュール
   を有することを特徴とする請求項３記載の電子システム。
5. 前記電圧・クロック指示モジュールは、
   前記回路機能モジュールの稼動履歴を記録する稼動履歴記録モジュールと、
   前記回路機能モジュールの上限動作周波数と電源電圧値と電流密度と温度と磨耗故障発生までの平均時間との関係を示す動作条件テーブルと、
   前記回路機能モジュールが停止状態から稼動状態になる毎に、前記稼動履歴記録モジュールに記録された稼動履歴から前記回路機能モジュールの残存寿命を計算する残存寿命計算モジュールと、
   前記残存寿命計算モジュールが計算した前記回路機能モジュールの残存寿命および前記動作条件テーブルの内容に基づいて、前記可変電圧源に出力電圧値を指示すると共に、前記周波数可変クロック生成モジュールにクロック周波数を指示する制御モジュール
   を有することを特徴とする請求項３または４記載の電子システム。
   
   

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