JP5288454B2 - 熱設計点に基づいてｉｃチップを分類するシステム、方法およびコンピュータ・プログラム - Google Patents

Description

本出願は、一般に、改良されたデータ処理システムおよび方法に関する。さらに具体的には、本出願は、熱設計点に基づいてプロセッサを分類するシステムおよび方法に関する。

プロセッサ・チップが製造されるとき、結果として得られるプロセッサ・チップを試験して、それらの動作特性を決定することは重要である。プロセッサ・チップは、すべて同じ設計を有しうるが、結果として得られるプロセッサ・チップが正確に設計パラメータの中では動作しないようにさせうる様々なエラー源が製造過程内に存在しているため、このような試験は重要である。製造後にプロセッサ・チップを試験することにより、プロセッサは、それらの実際の動作特性に基づいて分類されうる。

従来、プロセッサは、固定電圧を供給し、かつ電源の周波数を変えることにより分類されてきた。基本的には、電圧が設定され、プロセッサが故障するまで入力電源の周波数が変えられる。このプロセッサの試験から、プロセッサ・チップが故障する前にどれくらい速く動作できるかを決定できる。この情報に基づいて、プロセッサは特定の機能的な類別に分類されうる。機能的な類別に基づいて、どのプロセッサが様々な顧客のシステム要件を満足するかを決定できる。

近年、プロセッサ・チップ回路に供給される電圧を調節するために、プログラム可能電圧調節器モジュールがプロセッサ・チップとともに使用されてきた。プログラム可能電圧調節器モジュールは、それらの「プログラマビリティ」により種々の動作電圧を可能にする。その結果、「高速」プロセッサ・チップと同じ周波数で動作する「低速」プロセッサ・チップよりも低い電圧で、「高速」プロセッサ・チップを実行することが可能である。固定周波数において、プロセッサ・チップを利用する、結果として得られるシステム内の熱放散能力に関連する異なる電力散逸要件を有するプロセッサ・チップに対する異なる顧客要求がありうる。周波数に基づくプロセッサの分類は、当技術分野で周知のように、このような顧客要求を満たす適切な分類機構を提供しない。

実施形態は、熱設計点に基づいてプロセッサ・チップを分類するシステムおよび方法を提供する。システムおよび方法は、各プロセッサ・チップに対して、プロセッサ・チップの作業負荷に基づく試験を実行して、電圧調節器モジュール（ＶＲＭ）負荷曲線を規定する。その後、熱設計点（ＴＤＰ）作業負荷がプロセッサ・チップに適用され、プロセッサ・チップのパフォーマンスがＶＲＭ負荷曲線と重なるまで電圧を変化させる。この点で、プロセッサ・チップに対する電源入力が測定されて、プロセッサ・チップを類別したり、またはビニングしたりするために使用される。

さらに具体的に述べると、実施形態の機構を用いて、所与のプロセッサ・チップに対して、第１の高電力作業負荷をプロセッサ上で実行して、失敗が許されないアプリケーションを実行するプロセッサにより引き出される最大電流、すなわち、Ｉｍａｘが決定される。この第１の作業負荷は、例えば、Ｉｍａｘアーキテクチャ検証プログラム作業負荷であってもよい。基本的に、Ｉｍａｘ ＡＶＰ作業負荷が走っている間、作業負荷の供給電圧は、最小値、すなわち、それより低い電圧では正常なチップ動作を保証できないＶｍｉｎ値まで低下することが許される。Ｉｍａｘ値は、このＶｍｉｎ値で測定される。各チップは、それ自身の固有Ｖｍｉｎを有しており、この固有Ｖｍｉｎは、周波数を所望の周波数に設定して、様々な試験を繰り返し実行して、これらの試験に合格する最小電圧を見つけることにより見つけられる。

ＶｍｉｎおよびＩｍａｘ値、ならびにプロセッサの電圧調節器モジュール（ＶＲＭ）の既知のテンブナン等価抵抗値Ｒから、ＶＲＭにプログラミングする電圧識別子（ＶＩＤ）が決定される。ＶＩＤは、電圧調節器モジュールの抵抗値Ｒ（Ｒ＝Ｖ／Ｉ）で決定される勾配を有する直線を、（Ｉｍａｘ，Ｖｍｉｎ）点からＩ＝０点までたどることにより決定される。このようにして、ＶＩＤ、Ｉｍａｘ、およびＶｍｉｎ値から、ＶＲＭ負荷曲線が特定される。このＶＲＭ負荷曲線に沿ったＩ＝０とＩ＝Ｉｍａｘの間のすべての点は、チップに対する有効な動作点である。

ＶＩＤは、それぞれの個々のチップに割り当てられる変数であるため、同じチップ設計から製造された異なるチップは、異なるＶＩＤを有する可能性があることに注目すべきである。異なるＶＩＤを有するチップは、異なる電流、したがって、異なる電力および熱設計点（後述する）を有する可能性がある。通常、ＶＲＭ負荷曲線は、ＶＩＤにかかわらず同じ固有抵抗を有するであろう。したがって、電流に関する電圧降下の勾配、すなわち、ＶＲＭ負荷曲線の勾配は、同じチップ設計のすべてのチップに対して同じであろう。

ＶＲＭ負荷曲線を規定した後に、冷却期間を経験することなしにシステムの中で連続的に実行しなければならない作業負荷を表す第２の作業負荷を実行する。この第２の作業負荷は、例えば、熱設計点（ＴＤＰ）アーキテクチャ検証プログラムであってもよい。ＶＲＭ負荷曲線上の点が得られるまで、この第２の作業負荷の供給電圧を変化させる。その後、この点で、チップにより消費された電力が測定されて、チップを特定の動作特性クラスのチップに類別するために使用される。

実施形態の機構により実行された類別に基づいて、所望の周波数を達成するために、より低い電圧を必要とする高速プロセッサ・チップを特定できる。さらに、所望の周波数で稼動しているときにより小さい電流を消費する低電流プロセッサ・チップを特定できる。この特定と、顧客のデータ処理装置およびシステムに組み入れられる予定のプロセッサ・チップに対する顧客仕様とに基づいて、顧客の要求に適したプロセッサ・チップを特定できる。

一実施形態では、ＩＣチップを分類する方法が提供される。方法は、ＩＣチップに対する電圧調節器モジュール（ＶＲＭ）負荷曲線を求めるステップと、ＩＣチップに作業負荷を適用するステップと、ＶＲＭ負荷曲線の所与の許容範囲内の点が得られるまで、ＩＣチップのオンチップ電圧を調整するステップと、を含みうる。方法は、さらに、ＶＲＭ負荷曲線の所与の許容範囲内の得られた点に呼応して、ＩＣチップの電力消費量を測定するステップと、測定された電力消費量に基づいて、ＩＣチップの所定の類別にＩＣチップを分類するステップと、を含みうる。

ＶＲＭ負荷曲線を求めるステップは、それより低い電圧ではＩＣチップの正常な動作が保証されない最小電圧（Ｖｍｉｎ）を決定するステップと、 失敗が許されない作業負荷の実行時に、ＩＣチップにより引き出される最大電流（Ｉｍａｘ）を決定するステップと、を含みうる。ＶＲＭ負荷曲線を求めるステップは、さらに、Ｖｍｉｎと、Ｉｍａｘと、ＶＲＭに関連する抵抗値とに基づいて、ＩＣチップに対する電圧識別子（ＶＩＤ）を決定するステップを含みうる。

ＩＣチップに適用される作業負荷は、熱設計点（ＴＤＰ）アーキテクチャ検証プログラム（ＡＶＰ）作業負荷であってもよい。ＴＤＰ ＡＶＰは、ＩＣチップの特定用途に固有であってもよく、ＩＣチップが利用される予定のデータ処理装置またはシステムの熱放散特性に基づいていてもよい。

ＩＣチップに対する電源入力の周波数は、方法の実行中、実質的に一定に保持されてもよい。ＶＲＭ負荷曲線は、ＩＣチップに高電力作業負荷試験パターンを適用して、ＩＣチップのパフォーマンスを測定することにより求めてもよい。ＩＣチップに作業負荷を適用するステップは、ＩＣチップに標準の作業負荷を適用するステップを含んでもよく、この標準の作業負荷とは、冷却期間を経験することなしに連続的に実行しなければならない作業負荷である。

他の実施形態では、コンピュータ読み込み可能プログラムを有するコンピュータ使用可能媒体を含むコンピュータ・プログラムが提供される。コンピュータ読み込み可能プログラムは、コンピュータ・デバイス上で実行処理されるとき、コンピュータ・デバイスに、方法の実施形態に関して先に概説した動作のうちの様々なもの、およびその組み合わせを実行させる。

さらに他の実施形態では、ＩＣチップを分類するシステムが提供される。システムは、供試のＩＣチップに接続された電圧調節器モジュールと、電圧調節器モジュールと供試のＩＣチップとに接続された試験装置と、を含みうる。試験装置は、方法の実施形態に関して先に概説した動作のうちの様々なもの、およびその組み合わせを実行しうる。

これらのおよび他の本発明の特徴、ならびに利点は、本発明の例示的実施形態についての下記の詳細な説明において記述されるであろうし、または、本発明の例示的実施形態についての下記の詳細な説明に照らして、当業者に明らかになるであろう。

実施形態は、熱設計点試験に基づいてプロセッサ・チップを分類する機構を提供する。実施形態は、パワーＰＣ（ＰｏｗｅｒＰＣ）プロセッサ・チップ、セル（Ｃｅｌｌ）・ブロードバンド・エンジンで使用されるプロセッサ・チップ、およびその種の他のものを含む任意の種類のプロセッサ・チップを分類するために使用されうる。図１および図２は、例示的実施形態の態様が実施されうる実施例のチップ・パッケージ・アセンブリとして提供されている。図１および図２は、あくまで例に過ぎず、実施形態の機構を利用できるプロセッサ・チップの種類または構成に関していかなる限定を提示したり、または含意するものでもないことを理解すべきである。

図１を参照すると、パッケージ・アセンブリ１００は、パッケージ１０２上に配設されたダイ１０４を含む。ダイは、装置の機能部品を含むパッケージされていないシリコン片である。用語「ダイ」は、集積回路を含む正方形のシリコンに対する正式な用語であり、一般的に「チップ」、「ＩＣチップ」などと呼ばれる。パッケージは、プリント基板に接続したり、またははんだ付けしたりするためにチップまたは「ダイス」（ダイの複数）が中に入っているハウジングである。パッケージ１０２は、ピン１０８に対する電気配線および電気接続を提供する。蓋１０６は、ダイ１０４を覆うとともに、パッケージ１０２と固着する。

ダイ１０４は、例えば、はんだ、制御された崩壊チップ接続（Ｃ４）、ワイヤ・ボンド、またはその種の他のものを用いてパッケージ１０２に固着される。また、当業者は、例えば、フリップチップ・パッケージ構成のような他のパッケージ構成を使用できることを認識するであろう。

用語「チップ」は、全体のパッケージ・アセンブリを示すために使用されることがあるが、単語「チップ」は、多くの場合「ダイ」の同義語として使用される。チップ・アセンブリには、各種の先進技術に基づいて様々な異なった種類がある。一般的なチップ・パッケージ・アセンブリは、デュアル・イン・ライン・パッケージ（ＤＩＰ）である。ＤＩＰは、両方の長辺上に導線（ピン）を有する矩形のチップ・ハウジングである。非常に小さい電線は、屈曲しながらクモのような足まで達する金属導線にチップを固着し、これらのクモのような足は、ソケットに挿入されたり、または回路基板上にはんだ付けされる。

セラミック・デュアル・イン・ライン・パッケージ（ＣＤＩＰ）は、セラミック材料で作られたＤＩＰチップの一種である。ＣＤＩＰパッケージは、硬ろう付けにより２つの側部に取り付けられた金メッキ導線と、金属シールを用いてチップに固着された金属蓋とを使用する。ＣＥＲＤＩＰは、ガラス・シールを用いてチップに固着されたセラミック蓋を使用する。

プラスチック・リード付きチップ・キャリア（ＰＬＣＣ）パッケージは、すべての４辺上に導線を含む、プラスチック製の正方形の表面実装チップ・パッケージである。導線（ピン）は、ハウジング内の非常に小さい凹部の、下方にもぐり込ませるようにおよび後方に伸長する。

セラミック・カッド（ＣＥＲＱＵＡＤ）パッケージは、正方形のセラミックの表面実装チップ・パッケージである。ＣＥＲＱＵＡＤパッケージは、ガラス・シールを用いてチップに固着されたセラミック蓋を使用する。ＣＥＲＱＵＡＤパッケージは、すべての４辺上にＰＬＣＣパッケージのピンと同様に下方を覆うピンを有する。他のパッケージ・タイプが当業者に知られており、実施形態の態様は、任意のチップ・タイプおよび任意のチップ・パッケージ・タイプに適用できる。

図２は、チップ・パッケージ・アセンブリ１００の上から見た断面図を示している。ダイ１０４は、パッケージ１０２上に表面実装されている。図２で分かるように、パッケージ１０２は、ダイ１０４上の構成要素をピン１０８と接続するために非常に小さい電線を提供する。ピン１０８は、オフチップ構成要素への接続を提供する。例えば、ダイ１０４がプロセッサ・チップであるとき、ピン１０８は、システム・メモリまたはシステム・バスなどへの接続を提供できる。

１つ以上のピン１０８を介してダイ１０４に接続されうる１つの構成要素は、電圧調節器モジュールである。電圧調節器モジュールは、通常、マイクロプロセッサに供給される電圧を調節する装置または回路である。ほとんどのパーソナル・コンピュータの電源は、５ボルトの出力を発生する。しかしながら、ほとんどのマイクロプロセッサは、３．５ボルト未満の電圧を要求する。電圧調節器モジュールの仕事は、マイクロプロセッサにより要求されるより低い電圧まで５ボルトの信号を下げることである。

図３は、パッケージを介してチップに接続された、実施形態の態様が適用されうる電圧調節器モジュールを示している。図示の実施例では、ダイ２０４は、例えば、マイクロプロセッサであってもよい。電圧調節器モジュール（ＶＲＭ）２１０は、パッケージ２０２のピンを介してダイ２０４に接続されている。電圧調節器モジュール２１０は、供給電圧（Ｖ_ＤＤ）および接地接続（ＧＮＤ）を提供できる。

電圧調節器モジュール２１０は、マザーボードにはんだ付けされてもよく、このマザーボードに、パッケージ２０２もまた、はんだ付け、またはソケット・マウントを用いて接続されてもよい。あるいは、電圧調節器モジュール２１０は、インストール可能装置であってもよい。電圧調節器モジュール２１０は、異なる供給電圧を有するプロセッサを、同じマザーボード上に取り付けることを可能にする。

いくつかの電圧調節器モジュールは、プロセッサに固定供給電圧を提供する。しかしながら、ほとんどの電圧調節器モジュールは、プロセッサから所要の供給電圧を検知する。図示の実施例では、マイクロプロセッサ・チップ２０４は、電圧識別子（ＶＩＤ）と呼ばれるビット数により電圧調節器モジュール２１０に正しい供給電圧を伝達する。ＶＩＤは、例えば、プロセッサのような構成部分に対する単一の電力およびパフォーマンス動作点を満たすように、製造試験中に構成部分ごとに選択される離散的な電圧値である。ＶＩＤは、その部分のＶＩＤロジックと合わさって、システム電圧調節器モジュール（ＶＲＭ）設定をプログラミングするためにシステムを起動するとき読み出される。

図３の機構を用いて、電圧調節器モジュール２１０は、最初は、マイクロプロセッサ・チップ２０４の中のＶＩＤロジック（図示せず）に対して標準的な供給電圧を提供することができる。ＶＩＤロジックの目的は、電圧調節器モジュール２１０に対してＶＩＤを送出することである。電圧調節器モジュール２１０が所要の供給電圧を特定するＶＩＤを受信するとき、電圧調節器モジュール２１０は、電圧調節器として機能し始め、プロセッサに所要の一定電圧供給（Ｖ_ＤＤ）を提供する。

図３のプロセッサ構成は、シングル・コア・マイクロプロセッサ設計であってもよい。すなわち、図３のマイクロプロセッサは、「プロセッサ」または「コア」とも呼ばれるただ１つのセントラル・プロセッサ・ユニット（ＣＰＵ）を有してもよく、または単一のプロセッサ・チップ上に提供されたマルチ・プロセッサまたはマルチ・コアを有してもよい。シングル・コア・プロセッサは、ただ１つの供給電圧を要求するか、あるいは、スプリット・レール設計に対する２つの供給電圧を要求し、その場合、プロセッサには、外部電圧または「入出力」電圧と、内部電圧または「コア」電圧との２つの電圧が供給される。しかしながら、マルチ・コア・マイクロプロセッサは、マルチ・プロセッサまたはマルチ・コアの変動する電圧供給要件を考慮しなければならないため、電力消費量の問題を複雑にしうる。

プロセッサ・メーカは、低電力半導体プロセスを使用するとともに、チップに対してさらにますます多くの機能を付加しながらダイ・サイズを縮小することにより、電力消費量に関する懸念を解決しようとしている。ダイ・サイズが縮小するとともに、より多くの構成要素がプロセッサ設計に詰め込まれるとき、製造上のバラツキ（変動）は、パフォーマンスおよび電力消費量により大きい影響を与える。したがって、プロセッサをそれらの動作特性に基づいて分類することまたは「ビニング（グループ分け）すること」が、より重要になる。製造過程における変動が原因で、同じプロセッサ・チップ設計は、異なる動作特性を有する製造チップを生じうる。その結果、同じチップは、あらゆる顧客用途に対しては適していない可能性がある。顧客が彼らのデータ処理装置またはシステム内のチップに対する彼らの要件を示すとき、適切なチップを顧客に提供するために選択できるように、製造チップを分類することは重要である。

ダイ・サイズの縮小と、より多くのロジックをチップに付加する必要性とのために、結果として得られるチップの熱放散も同様に一層の関心事になる。例えば、チップが最終的に取り付けられる装置またはシステムは、限定された電力散逸レベルを有する可能性がある。プロセッサ・チップが長期間このレベルを超えて動作するとき、チップ温度は、装置またはシステムの設計限界を超えるであろう。これが生じる前に、パワー・マネージメント機構は、電力レベルを低下させるためにプロセッサ・チップの動作を抑制する。その結果、提供されるパフォーマンス・レベルは、プロセッサ・チップの温度を保持するために低下する。

顧客は、彼らのプロセッサ・チップの使用に対して、できる限り抑制されないパフォーマンスを要求する。さらに、各顧客は、例えば、抑制されないパフォーマンスが要求されるプロセッサ・チップにより実行処理される異なるプロセスなど、抑制されないパフォーマンスに対する異なる要件を有しうる。これらのプロセスは、熱設計点（ＴＤＰ）アーキテクチャ検証プロセス（ＡＶＰ）と呼ばれる。

現代の顧客は、過去においてよりも、現在のプロセッサ・チップの電力消費量および熱放散に関心を持っているため、これらの動作特性に基づいてプロセッサ・チップを類別することは適切である。従来の周波数に基づく分類または「ビニング」プロセスを使用することは、これらの動作特性に関してプロセッサ・チップの満足できる類別を提供しない。

実施形態は、熱設計点に基づいてプロセッサ・チップを分類するシステムおよび方法を提供する。システムおよび方法は、各プロセッサ・チップに対して、プロセッサ・チップの作業負荷に基づく試験を実行して、電圧調節器モジュール（ＶＲＭ）負荷曲線を規定する。その後、熱設計点（ＴＤＰ）作業負荷がプロセッサ・チップに適用され、プロセッサ・チップのパフォーマンスがＶＲＭ負荷曲線と重なるまで電圧を変化させる。この点で、プロセッサ・チップに対する電源入力が測定されて、プロセッサ・チップを類別したり、またはビニングしたりするために使用される。

図４は、一実施形態の試験機構の例示的ブロック図である。図４に示されているように、試験機構は、試験されるチップ３２０が配設される熱的に制御されたチャック３１０を含む。試験および測定のために適切な信号をチップ３２０に提供できるように、電気接続がチャック３１０を介して提供されうる。あるいは、当技術分野で周知のようにチップ３２０に対する接続を提供する他の機構が提供されてもよい。

チップ３２０は電圧調節器モジュール３５０に接続され、この電圧調節器モジュール３５０はプログラム可能電源３３０に接続される。プログラム可能電源３３０は、電圧調節器モジュール３５０を介してチップ３２０に所望の周波数電源入力を提供するように、周波数発生器３４０によりプログラム可能である。実施形態において特に強調すべきは、周波数発生器３４０は、プログラム可能電源３３０で発生される電源入力の周波数を制御するために使用され、試験中にチップ３２０に一定の周波数を提供するようになされている点である。換言すれば、実施形態の試験のために、周波数が意図的に可変にされる従来の試験とは対照的に、周波数は固定されている。

試験装置３００は、できる限りチャック３１０を介してチップ３２０に接続されるとともに、電圧調節器モジュール３５０に接続されることにより、チップ３２０に対して適切な制御と試験パターン信号とを提供するとともに、試験パターンと電圧調節器モジュール３５０の設定とに呼応して様々な動作特性を測定するようになされている。試験装置３００は、試験制御装置３６０と、試験測定モジュール３７０と、試験パターン発生器３８０と、熱制御モジュール３９０とを含む。試験制御装置３６０は、試験装置３００の全体的な動作を制御するとともに、他の要素３７０〜３９０の動作を調整する。

試験パターン発生器３８０は、試験制御装置３６０に制御されて、チップ３２０に対して様々な試験パターンを適用し、様々な作業負荷によりチップ３２０の動作を試験するようになされている。特に、試験パターン発生器３８０は、電圧調節器モジュール負荷曲線を決定するために、チップ３２０に対して高電力作業負荷を適用するためのパターンを発生する。さらにまた、試験パターン発生器３８０は、チップ３２０に標準の作業負荷を適用するためのパターンを発生し、この標準の作業負荷とは、プロセッサが配設される予定のシステムの中で冷却期間を経験することなしに連続的に実行しなければならない作業負荷である。

熱制御モジュール３９０は、実質的に一定の温度がチャック３１０で保持されるようにチャック３１０の温度を制御する。試験制御装置３６０は、電圧調節器モジュール３５０に制御信号を提供して、電圧調節器モジュール３５０に対して、後述するように、試験手順に基づいてチップ３２０に適用される電源入力の電圧を変化させるように命令する。

試験測定モジュール３７０は、試験装置３００により制御される様々な試験パターンと電圧入力とに対するチップ３２０のパフォーマンス応答を測定する。試験測定モジュール３７０は、例えば、チップ３２０の電力消費量を測定できる。測定された電力消費量に基づいて、チップ３２０は分類されたり、または「ビニングされ」たりしうる。

実施形態の機構を用いて、制御装置３６０は、試験パターン発生器３８０に対して、チップ３２０に第１の高電力作業負荷試験パターンを適用するように命令する。この第１の高電力作業負荷試験パターンは、失敗が許されないアプリケーションを実行するプロセッサにより引き出される最大電流を決定するために使用されるＩｍａｘアーキテクチャ検証プログラム（ＡＶＰ）であってもよい。基本的に、Ｉｍａｘ値は、適用された作業負荷が、オンチップ電圧を、それより低い電圧ではチップの正常な動作が保証されない最小電圧（Ｖｍｉｎ）レベルまで低下させるとき決定される。

制御装置３６０は、電圧調節器モジュール３５０に対して、オンチップ電圧が最小電圧（Ｖｍｉｎ）レベルまで低下できるように命令する。各チップ設計は、Ｉｍａｘ ＡＶＰの適用前に既知であるそれ自身のＶｍｉｎ値を有している。Ｖｍｉｎ値は、電源入力の周波数を所望の周波数に設定して、オンチップ電圧を変化させながら様々な試験を繰り返し実行して、試験に合格する最小電圧を見つけることにより見つけることができる。これは、Ｉｍａｘ ＡＶＰとともに使用される最小電圧Ｖｍｉｎである。

試験測定モジュール３７０は、オンチップ電圧がチップに対するＶｍｉｎ値に等しいとき、または実質的に等しいときにＩｍａｘ値を測定する。ＶｍｉｎおよびＩｍａｘ値、ならびにプロセッサの電圧調節器モジュール（ＶＲＭ）の既知のテンブナン等価抵抗値Ｒから、ＶＲＭにプログラミングするＶＩＤが決定される。ＶＩＤは、電圧調節器モジュールの抵抗値Ｒ（Ｒ＝Ｖ／Ｉ）で決定される勾配を有する直線を、（Ｉｍａｘ，Ｖｍｉｎ）点からＩ＝０点までたどることにより決定される。このようにして、ＶＩＤ、Ｉｍａｘ、およびＶｍｉｎ値から、ＶＲＭ負荷曲線が特定される。このＶＲＭ負荷曲線に沿ったＩ＝０とＩ＝Ｉｍａｘの間のすべての点は、チップに対する有効な動作点である。

上述したように、ＶＩＤは、それぞれの個々のチップに割り当てられる変数であるため、同じチップ設計から製造された異なるチップは、異なるＶＩＤを有する可能性がある。異なるＶＩＤを有するチップは、異なる電流、したがって、異なる電力および熱設計点を有する可能性がある。通常、ＶＲＭ負荷曲線は、ＶＩＤにかかわらず同じ固有抵抗を有するであろう。したがって、電流に関する電圧降下の勾配、すなわち、ＶＲＭ負荷曲線の勾配は、同じチップ設計のすべてのチップに対して同じであろう。

ＶＲＭ負荷曲線を規定した後に、試験制御装置３６０は、試験パターン発生器３８０に対して、冷却期間を経験することなしにシステムの中で連続的に実行しなければならない作業負荷を表す第２の作業負荷を実行するための第２の試験パターンを適用するように命令する。この第２の作業負荷は、熱設計点（ＴＤＰ）アーキテクチャ検証プログラム（ＡＶＰ）である。ＴＤＰ ＡＶＰを、チップ３２０の特定用途に適合させてもよく、すなわち、例えば、チップ３２０が利用される予定のデータ処理装置またはシステムの熱放散特性に基づいてもよい。あるいは、ＴＤＰ ＡＶＰは、所定の基準に基づいてチップ３２０を試験するために使用される一般化されたＡＶＰであってもよい。

ＴＤＰは、コンピュータ・システムにおける熱問題解決法が放散しなければならない電力の最大量を表す。例えば、ラップトップのＣＰＵ冷却解決法は、２０Ｗ ＴＤＰに対して設計されてもよく、これは、ラップトップのＣＰＵ冷却解決法が最大接合温度を超えることなく２０Ｗで発生された熱を放散できることを意味する。通常、ＴＤＰは、チップがこれまでに引き出すことができた最大電力には設定されず、むしろ実際のアプリケーションを実行しているときにチップが引き出すであろう最大電力に設定される。これは、すなわち、より多くの費用がかかるとともに、実際の動作状態においていかなる実質的利益も得られないであろう最大の理論電力に対する有効な冷却解決法を必要とすることなく、システムがその熱設計枠を超えずにすべてのアプリケーションを処理できるであろうことを確保する。

試験パターン発生器３８０により、この第２の作業負荷、例えばＴＤＰ ＡＶＰをチップ３２０に適用するとき、試験制御装置３６０は、電圧調節器モジュール３５０に対して、供給電圧を変化させるように命令できる。結果として得られるオンチップ電圧は、試験測定モジュール３７０でモニタされて、いつオンチップ電圧がチップ３２０内に電流を生じさせて、その結果、電圧および電流がＶＲＭ負荷曲線上の点を与えるか、またはＶＲＭ負荷曲線の所与の許容範囲内の点を与えるかを決定してもよい。この点で、試験制御装置３６０は、試験測定モジュール３７０に対して、チップ３２０により消費されている電力を測定するように命令する。

その後、測定された電力は、チップ３２０に対する類別の表示を提供するために制御装置３６０により使用される。例えば、チップが分類されたり、または「ビニングされ」たりすることになる電力消費量の所定の範囲または「ビン」が、規定されうる。測定された電力に基づいて、試験制御装置３６０は、測定された電力をこれらの範囲またはビンと比較でき、チップ３２０が、どの範囲またはビンに最も良く類別されるかを特定できる。この類別の表示は、ディスプレイ、印刷されたレポート、または他の任意の好適な出力機構などを介して提示され、利用者がチップ３２０をどこに類別したらよいかを知ることができるようにしてもよい。

実施形態の機構により実行された類別に基づいて、所望の周波数を達成するために、より低い電圧を必要とする高速プロセッサ・チップを特定できる。さらに、所望の周波数で稼動しているとき、より小さい電流を消費する低電流プロセッサ・チップを特定できる。この特定と、顧客のデータ処理装置およびシステムに組み入れられる予定のプロセッサ・チップに対する顧客仕様とに基づいて、顧客の要求に適したプロセッサ・チップを特定できる。

図５は、電圧調節器モジュール負荷曲線、および電圧調節器モジュール負荷曲線がプロセッサ・チップを分類するために使用される方法を示す例示的グラフである。図５に示されているように、しきい値電流（Ｉコア）は、グラフのＸ軸に沿って提供され、他方、オンチップ電圧は、グラフのＹ軸に沿って提供される。最初に、ＶＩＤ４１０を決定するために、チップに対するＶｍｉｎ４２０およびＩｍａｘ４３０が、高電力Ｉｍａｘ ＡＶＰを用いて決定される。まず初めに、Ｖｍｉｎ値４２０は、周波数をチップに対する所望の周波数で一定に保持して、かつどの最小電圧で試験に合格するかを決定するために、チップのロジックの試験を実行している間、電圧を変化させることにより、決定される。その後、このＶｍｉｎ値４２０は、Ｉｍａｘ値４３０を決定するために使用され、その手段として、オンチップ電圧がＶｍｉｎ値４２０まで低下することを可能とするためにＩｍａｘ ＡＶＰを実行して、オンチップ電圧がＶｍｉｎ値４２０まで低下した時点で、しきい値電流を測定する方式を採用している。その後、このしきい値電流がＩｍａｘ値４３０として設定される。

Ｖｍｉｎ値４２０およびＩｍａｘ値４３０から、グラフ内の点（Ｉｍａｘ，Ｖｍｉｎ）が決定され、チップに対するＶＲＭ負荷曲線４４０の片端として使用されうる。電圧調節器モジュール（ＶＲＭ）に対するテンブナン等価抵抗Ｒに基づいて、直線、すなわち、ＶＲＭ負荷曲線４４０を、ＶＲＭ負荷曲線４４０の勾配として抵抗Ｒを用いて点（Ｉｍａｘ，Ｖｍｉｎ）と点（０，ＶＩＤ）の間で生成できる。このＶＲＭ負荷曲線４４０に沿った点は、チップに対する有効な動作点である。

その後、標準の作業負荷、すなわち、熱設計点（ＴＤＰ）アーキテクチャ検証プログラム（ＡＶＰ）作業負荷が、チップに適用され、この標準の作業負荷とは、その間に冷却期間を必要とすべきではない作業負荷である。ＶＲＭ負荷曲線４４０上の点が得られるまで、オンチップ電圧が調整される。例えば、ＴＤＰ ＡＶＰは、第１のレベル４５０の試験電圧で適用されうるとともに、電圧は、試験電圧とその対応するしきい値電流とがＶＲＭ負荷曲線４４０上の点になるまで、上方に調整されうる。試験電圧は独立変数であり、他方、しきい値電流は従属変数である。したがって、試験電圧が調整されるとき、しきい値電流は、ＴＤＰ Ｖ_ＤＤ−Ｉ_ＤＤ曲線４７０に従って調整される。

試験電圧としきい値電流とがＶＲＭ負荷曲線４４０上の点、またはＶＲＭ負荷曲線４４０の許容範囲内の点になると、その後、チップにより消費される電力が測定されて、チップを分類したり、または「ビニングし」たりするために使用される。図５に示されているように、ＴＤＰ等高線４８０〜４９５は、一定電力の線を表す。類別、分類、または「ビン」を、これらのｃＴＤＰ等高線４８０〜４９５に基づいて規定でき、ＴＤＰ等高線４８０〜４９５の範囲が、その中にチップが配設されうる種々の類別、分類、または「ビン」を特定できるようになされている。例えば、図５に示されているように、４つの異なる「分類」が、分類１〜分類４に規定されている。ＶＲＭ負荷曲線４４０上の交点が、これらの分類のうちの１つの範囲内にあるかどうかに基づいて、チップは、対応する分類の中に類別されることになる。

その結果、顧客が、顧客のデータ処理装置またはシステムで特定のチップ設計を使用することを所望するとともに、データ処理装置またはシステムの設計に基づく具体的な電力散逸限界を有するとき、顧客の電力散逸限界を、チップのどの類別、分類、またはビンが顧客の要求を満足するかを決定するための基準として使用できる。その後、対応する類別、分類、またはビンに類別され、分類され、またはビニングされたそれらのチップは、顧客のデータ処理装置またはシステム用に顧客に提供されうる。

図６は、一実施形態の例示的動作の概略を示すフローチャートである。フローチャート説明図の各ブロック、およびフローチャート説明図内のブロックの組み合わせは、コンピュータ・プログラム命令で実施できることが理解されるであろう。これらのコンピュータ・プログラム命令は、機械を製造するために他のプロセッサまたはプログラム可能データ処理機械に提供されて、プロセッサまたは他のプログラム可能データ処理機械上で実行処理する命令が、１つまたは複数のフローチャート・ブロック内に指定された機能を実施する手段を生じるようにしてもよい。また、これらのコンピュータ・プログラム命令は、コンピュータ読み込み可能メモリまたは記憶媒体に保存されてもよく、これらのコンピュータ・プログラム命令は、プロセッサまたは他のプログラム可能データ処理機械に対して、コンピュータ読み込み可能メモリまたは記憶媒体に保存された命令が１つまたは複数のフローチャート・ブロック内に指定された機能を実施する命令手段を含む製品を製造するように、特定の方法で機能するように指示できる。

したがって、フローチャート説明図のブロックは、指定された機能を実行する手段の組み合わせと、指定された機能を実行するステップの組み合わせと、指定された機能を実行するプログラム命令手段と、を支持する。また、ことが理解されるであろう。フローチャート説明図の各ブロック、およびフローチャート説明図内のブロックの組み合わせは、指定された機能またはステップを実行する専用ハードウェア・ベースのコンピュータ・システムを用いて、または専用ハードウェアと計算機命令との組み合わせを用いて、実施できる。

図６に示されているように、動作は、試験システムがチップに対するＶｍｉｎを求めることから始まる（ステップ５１０）。Ｖｍｉｎは、チップの事前の試験で既に決定されていてもよい。このような場合には、チップに対するＶｍｉｎは、試験システムへの入力として与えられてもよい。あるいは、この時点で試験システムを用いてチップを特別に試験することによりＶｍｉｎを求めてもよい。このような試験は、上述したように、正常に機能させるために、チップを試験している間、チップの周波数を固定して、かつオンチップ電圧を変化させて、それによって、チップの正常な機能が達成される最低電圧を決定することを含みうる。

試験システムは、チップに高電力作業負荷を適用し、例えば、チップにＩｍａｘ ＡＶＰ作業負荷を適用して、試験システムは、オンチップ電圧が確立されたＶｍｉｎまで低下することを可能にする（ステップ５２０）。オンチップ電圧がＶｍｉｎになると、またはオンチップ電圧がＶｍｉｎの許容範囲内になると、試験システムは、チップのしきい値電流を測定して、このしきい値電流をＩｍａｘ値として使用する（ステップ５３０）。電圧調節器モジュール（ＶＲＭ）に対する既知の抵抗値Ｒに加えて、ＩｍａｘおよびＶｍｉｎ値に基づいて、試験システムは、チップに対するＶＩＤを生成する（ステップ５４０）。ＶＩＤ、Ｉｍａｘ、Ｖｍｉｎ、およびＲ値から、試験システムは、ＶＲＭ負荷曲線を生成する（ステップ５５０）。

ＶＲＭ負荷曲線を求めた後、試験システムは、熱設計点（ＴＤＰ）ＡＶＰをチップに適用する（ステップ５６０）。試験システムは、ＶＲＭ負荷曲線上の点が得られるまで、オンチップ電圧を変化させる（ステップ５７０）。その後、試験システムは、このＶＲＭ負荷曲線点におけるチップの電力消費量を測定する（ステップ５８０）。その後、試験システムは、測定された電力消費量に基づいてチップを分類／ビニングして（ステップ５９０）、動作は終了する。

このように、実施形態の機構は、当技術分野で周知のような周波数に基づいてよりむしろ、電力消費量に基づいて、プロセッサ・チップのようなチップを分類／ビニングできる。電力消費量に基づくこのような分類／ビニングは、電力散逸が大きな問題である顧客用途に対する改良された分類方法論を提供する。実施形態の機構を用いて、所望の周波数を達成するために、より低い電圧を必要とする高速チップを特定できる。さらにまた、所望の周波数で稼動しているとき、より小さい電流を消費する低電流チップを特定できる。

実施形態は、完全にハードウェア的な実施形態、完全にソフトウェア的な実施形態、またはハードウェア要素およびソフトウェア要素の両方を含む実施形態の形を取りうることを理解すべきである。例示的な一実施形態では、実施形態の機構は、ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含むソフトウェアで実現されるが、これらに限らない。

さらに、実施形態は、コンピュータまたは任意の命令実行システムを用いて使用するための、もしくはコンピュータまたは任意の命令実行システムと共に使用するための、プログラム・コードを備えるコンピュータ使用可能媒体、またはコンピュータ読み込み可能媒体によりアクセス可能な、コンピュータ・プログラムの形を取ってもよい。この説明の目的において、コンピュータ使用可能媒体またはコンピュータ読み込み可能媒体は、命令実行システム、装置、またはデバイスを用いて使用するための、もしくは命令実行システム、装置、またはデバイスと共に使用するためのプログラムを含む、保存する、通信する、伝搬する、または搬送することができる任意の装置でありうる。

媒体は、電子的、磁気的、光学的、電磁気的、赤外線式、または半導体のシステム（あるいは装置またはデバイス）、もしくは伝搬媒体でありうる。コンピュータ読み込み可能媒体の実施例としては、半導体メモリまたはソリッド・ステート・メモリ、磁気テープ、リムーバブル・コンピュータ・ディスク、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、リジッド磁気ディスク、および光ディスクなどがある。現在の光ディスクの実施例としては、読み出し専用コンパクト・ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ）、読み出し書き込みコンパクト・ディスク（ＣＤ Ｒ／Ｗ）、およびＤＶＤなどがある。

プログラム・コードを保存および実行処理するのに適した、もしくは、プログラム・コードを保存または実行処理するのに適したデータ処理システムは、システム・バスを介して直接的または間接的に記憶素子に接続された少なくとも１つのプロセッサを含むであろう。記憶素子は、プログラム・コードの実際の実行処理時に使用されるローカル・メモリ、大容量記憶装置、および実行処理時に大容量記憶装置からコードを取り出さなければならない回数を減少させるために、少なくともいくつかのプログラム・コードの一時記憶域を提供するキャッシュ・メモリを含むことができる。

入出力、または入出力装置（キーボード、ディスプレイ、ポインティング・デバイスなどを含むが、これらに限らない）は、直接に、または介在する入出力制御装置を通じてシステムと接続されうる。また、データ処理システムを、介在する個人通信網または公衆通信網を通じて、他のデータ処理システム、もしくはリモート・プリンタ装置またはリモート記憶装置と接続できるように、ネットワーク・アダプタをシステムに接続してもよい。モデム、ケーブル・モデム、およびＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）カードは、現在利用可能なネットワーク・アダプタのうちのほんの２、３種類に過ぎない。

本発明の説明は、図示および説明のために提示されたものであり、完全であることを意図しておらず、または開示した形態の発明に限定するものではない。多数の変更および変形が、当業者にとって明らかであろう。実施形態は、本発明の原理、実用化について最も良く説明するために、および当業者が、想定された特定の用途に適合するような様々な変更を有する多様な実施形態に対して、本発明を理解することを可能とするために、選択されかつ説明された。

本発明、ならびに本発明の好ましい使用形態、さらなる目的、および利点は、添付図面とともに、実施形態についての下記の詳細な説明を参照することにより、最も良く理解されるであろう。

例示的実施形態の態様が実施されうる実施例のチップ・パッケージ・アセンブリを示している。 例示的実施形態の態様が実施されうる実施例のチップ・パッケージ・アセンブリを示している。 パッケージを介してチップに接続された、実施形態の態様が適用されうる電圧調節器モジュールを示している。 一実施形態の試験機構の例示的ブロック図である。 電圧調節器モジュール負荷曲線、および電圧調節器モジュール負荷曲線がプロセッサ・チップを分類するために使用される方法を示す例示的グラフである。 一実施形態の例示的動作の概略を示すフローチャートである。

Claims (9)

1. ＩＣチップに対する電圧調節器モジュール（ＶＲＭ）負荷曲線を求めるステップと、
   前記ＩＣチップに作業負荷を適用するステップと、
   前記ＶＲＭ負荷曲線の許容範囲内になるまで、前記ＩＣチップのオンチップ電圧を調整するステップと、
   前記ＶＲＭ負荷曲線の前記許容範囲内になったことに呼応して、前記ＩＣチップの電力消費量を測定するステップと、
   前記測定された電力消費量に基づいて、ＩＣチップの所定の類別に前記ＩＣチップを分類するステップとを含む、ＩＣチップを分類する方法。
2. 前記ＶＲＭ負荷曲線を求めるステップが、
   それより低い電圧では前記ＩＣチップの正常な動作が保証されない最小電圧（Ｖｍｉｎ）を決定するステップと、
   正常な動作が可能な作業負荷の実行時に、前記ＩＣチップにより引き出される最大電流（Ｉｍａｘ）を決定するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記ＶＲＭ負荷曲線を求めるステップが、
   前記Ｖｍｉｎと、前記Ｉｍａｘと、前記ＶＲＭに関連する抵抗値とに基づいて、前記ＩＣチップに対する電圧識別子（ＶＩＤ）を決定するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記ＩＣチップに適用される前記作業負荷が、熱設計点（ＴＤＰ）アーキテクチャ検証プログラム（ＡＶＰ）作業負荷である、請求項１に記載の方法。
5. 前記ＴＤＰ ＡＶＰが、前記ＩＣチップの特定用途に固有であり、かつ前記ＴＤＰ ＡＶＰは、前記ＩＣチップが利用される予定のデータ処理装置またはシステムの熱放散特性に基づいている、請求項４に記載の方法。
6. 前記ＩＣチップに対する電源入力の周波数が、前記方法の実行中、一定に保持されている、請求項１に記載の方法。
7. 前記ＶＲＭ負荷曲線が、前記ＩＣチップに高電力作業負荷試験パターンを適用するステップと、前記ＩＣチップのパフォーマンスを測定するステップと、により求められ、かつ前記ＩＣチップに作業負荷を適用するステップが、前記ＩＣチップに標準の作業負荷を適用するステップを含み、前記標準の作業負荷は、冷却期間を経験することなしに連続的に実行しなければならない作業負荷である、請求項１に記載の方法。
8. ＩＣチップを分類するためのコンピュータ・プログラムであって、コンピュータに、
   前記ＩＣチップに対する電圧調節器モジュール（ＶＲＭ）負荷曲線を求めさせて、
   前記ＩＣチップに作業負荷を適用させて、
   前記ＶＲＭ負荷曲線の許容範囲内になるまで、前記ＩＣチップのオンチップ電圧を調整させて、
   前記ＶＲＭ負荷曲線の前記許容範囲内になったことに呼応して、前記ＩＣチップの電力消費量を測定させて、
   前記測定された電力消費量に基づいて、ＩＣチップの所定の類別に前記ＩＣチップを分類させる、ことを実行させる、コンピュータ・プログラム。
9. 供試のＩＣチップに接続された電圧調節器モジュールと、
   前記電圧調節器モジュールと供試の前記ＩＣチップとに接続された試験装置とを含む、ＩＣチップを分類するシステムであって、前記試験装置は、
   前記ＩＣチップに対する電圧調節器モジュール（ＶＲＭ）負荷曲線を求めて、
   前記ＩＣチップに作業負荷を適用して、
   前記電圧調節器モジュールに対して、前記ＶＲＭ負荷曲線の許容範囲内になるまで、前記ＩＣチップのオンチップ電圧を調整するように命令して、
   前記ＶＲＭ負荷曲線の前記許容範囲内になったことに呼応して、前記ＩＣチップの電力消費量を測定して、
   前記測定された電力消費量に基づいて、ＩＣチップの所定の類別に前記ＩＣチップを分類する、ＩＣチップを分類するシステム。

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