TWI289744B - Operation monitor device for hardware component - Google Patents

Description

1289744 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係_—種硬體元件的運作監控裝置，特 據響應硬體元件的運作之負載電流，而調控硬鼓件所需之電壓 及核心頻率。 【先前技術】 隨著科技的快速發展，人們越來越依賴資訊處理裝置的使 =至國家政府、企㈣統，小到家庭及個人，爲了方便及提 兩工作的效率，相對的資訊處理系統之工作頻率亦日趨提昇。 餘Γ，’透過電腦配件或周邊設備的超/降頻，使資訊處理系統 毛揮出取佳的效能係目前最常用的方法之一。以顯示卡為例，於 顯不卡上具錢赠㈣—_ssing unit; GPU) ’其專 維圖像’係透•寺脈訊號來進行指令執行和 :1麵作的同步。因此，當透過人為地提高此些時脈 訊说的頻率時，即可提高顯示卡的性能。 習知對於顯示卡紅作頻率（dGekfrequeney) _整 也就是所謂的“超頻”或“降頻，，，絕大部分都是由使用者利用 手動操作方絲進行調整的。換㈣說，對顯示卡的超頻通= ，斗用^透過應用軟體來手動調整顯示卡的核心（core)頻率和顯 其中，調整核心頻率即是對GPU的核心進行超頻/降頻、，、 此方面類缝財央處理ϋ (eentralpmeessing unit ; CPU)

部頻率的超頻/降頻。而調整顯存頻率即是增加/減少卿緩存的Z 5 1289744 取速度上，藉以減小記憶體的瓶頸效應，此方面與對於主機板的外 頻進行調整以獲得更大的記憶體帶寬是相同道理。

然而，每次人為調整工作頻率前，使用者都必須 說明^配合其他週邊元件的設定，找_利進行調頻工作， 不作糾相當㈣，*且當使用者㈣知識不足時則容易造 成調頻錯誤。當調頻過#或不足時，往往會喊運作上的額外負 擔’進而造成_硬體元件不必要的損耗，以簡 。、 再者’當進行手動調頻時，於超頻後，若使用者未再= 顯示卡就必須-直處在超頻的狀態下使用，這樣不僅耗 費電力，也可能減短顯示卡的壽命。 ^，目則許多從事相關研發領域人士們都致力於如何自鸯 且在動態執行時調整硬體元件的運作參數，藉， 進而減少元件耗損的發尤為"入’ f佳化驗態下，叫揮最大的運作顺。_，由ίςΓ 細織軸巾’如储鮮销參考設定 夺曰疋達成自動且動態調整的—大重點。因此，對於如 i、準確的设定值，亦是此相關 【發明内容】 極重要的研究課題。 蓉独地〗題，本㈣社要㈣在於提供— :件運作時的參數及所需之參考設定值的問題二= 牛的效能，並增加其保護機制的控制。 1289744 因此’為達上述目的’本發明所揭露之硬體元件的運作監控 裝置，用以調控提供給硬體元件之輸出電壓，其中硬體元件係運 作在-系_ ’此運作監控裝置包括有脈寬調顏組、監控單元 和控制單元。 於此’脈寬觀模朗以根據參考紐而產生輸出電壓/電流 :給硬體元件’並制因硬體元件的運作而產生之負載電流變動， ^據以產生一電壓變化量給監控單元進行_，藉以輸出-_結 隹果給糸統，此系統會根據偵測結果回傳之一監控訊號給監控單 兀’而|£控早7C則響應此監控單元而產生—調變訊號，以致使控 制單元根據此訊號喊生_參考龍，義脈寬調變模組 據以調變其輸出賴。換言之’ #硬體元件㈣载增加時，相對 耗量亦會增加’因硫寬調魏組輪出之負載電流即會改 變’以此做為參考贿控鮮元調整產生之參考健，而脈^調 變模組據以改變提供給硬體元件之輸出電壓，使其符合硬體元件 春 的執行狀您及提兩性能（performance)。 其中，控制單元包括訊號轉換器和參考電堡產生器；訊號轉 ，換H可將織贱轉換成—組控伽號，而參考電驗生器根據 :此組控制訊號產生新的參考電麼。於此，各元件均可分別由一積 體電路而f現。再者，此職齡制建有—轉換表，依據此^ 換表而將調變訊號轉換成控制訊號，以達到改變硬體元件所需之 電壓。此外，此參考電屢產生器亦内建有一參數表，依據^數 表和控制訊號以調變其參考電屡。 7 1289744 再者，監控單元可透過I2C (Inter她㈣edCircuit;内部積 體電路^匯流排而與控制單元、硬體元件和㈣統溝通。其中，、 此監控單元可為一硬體監控器。 ★另^脈寬峨模組可具有積體電路、電源開關、輸出電路、 第阻抗兀件和第—阻抗元件；於此，積體電路係根據控制單元 產生之控制訊號而改變產生之參考，進而調控電源開關的導 通:以使輸亡電源輪入至輸出電路，並由輸出電路據以提供輸出 ▲電壓給硬體元件；鱗’第—阻抗元件可依據硬體元件的負餘 態而產生負餘流給積體電路，且積體電路自電源_的輸出取 付-翏考電流而進行比較，據以得知電流變化量，再經由第二阻 抗元件轉換成籍變化量後而提供給監控單元進行侧。並中， f wt. ^ (metal_〇xide_ 讎icond論她細職l 輸入電源可由—電源（PG赠贈ee)提供。 2外’當硬體元件具有一散熱元件時，監控單元還可根據監 控訊號而調控散熱元件的運作。 於此更體7G件可為處理器（例如：圖形處理器C ㈣_啤讀猶）或4處㈣㈤ 等h記憶财。而散熱元件可為-制。 ） 翻1與Θ作’聽合圖轉最佳實施例詳細說 明如下。 【實施方式】 1289744 以下舉出具體實施例以詳細說明本發明之内容，並以圖示作 為辅助說明。說明中提及之符號係參照圖式符號。 參照「第1圖」，係顯示根據本發明一實施例之硬體元件的 運作l控裝置的概要結構；此硬體元件的運作監控裝置〗⑻具有 一脈見調變（pulse width modulation ; PWM)模組n〇、監控單元 ' 120和控制單元130。 此PWM模組11〇連接電源（p〇wers〇urce) 2〇〇和硬體元件 Φ 300的電力模組310 ’以接收來自電源2〇〇的輸入電源，並根據一 參考電壓而提供輸出電壓/電流給電力模組310，以提供硬體元件 300所需之電力。 當硬體元件300的負載增加時，相對會增加pWM模組11〇 仏應、、、口電力模組310的電流。此時，負載電流會回授至模 組11〇，並根據此負載電流而得知電流變化量，再將此電流變化 里轉換成電壓變化量而提供給監控單元12〇進行偵測，據以產生 修-偵測結果。系統4〇〇的應用程式可將此細結果轉換為實際的 電流值，根據此實際之電流值對應於應餘式既定之調變項目而 :回傳監控訊號，啸制監控單元120進行硬體元件的各項運 • 作參數的調整。 ' 其中，監控單元12〇會響應監控訊號而產生調變訊號，控制 單元130麻據此調變訊號而產生新的參考電壓，以使p侧模 組110根據此參考電壓調變供給硬體元件3〇〇之輪出電壓，進而 使其符合硬體元件300的執行狀態。於此，各元件可分別由一個 9 1289744 或多個積體電路而實現。 :、 制單元130可包括訊號轉換器I32和參考電磨產生 裔134 ’如厂繁9同 一. θ」斤不’·訊號轉換器132可將調變訊號轉換 號，以使參考電黯生器134根據此組控制訊號而 產生新的參考電麗。於此，各元件均可分別由一積體電路而實現。 卜由於大部分的硬體元件300於運作時都會產生大量的 熱，因此需透過一散熱元件320來協助硬體元件300散熱，於此， 根據本U之【控|置亦可對此相應硬體元件之散熱元件 =的運作進行調控；換言之，系統彻的應用程式可將來自監 工早凡120的偵測結果轉換為實際的電流值，並對應於應用程式 既定調變項目而回傳監控訊號，此時，監控單元12〇除了可響應 監控訊號而產生調變訊號給控制單元13〇之外，更可依據此調變 訊號調整相應硬體元件姻之散熱树32()的運作，如 所示。 」 中此硬體兀件可為處理器（例如··圖形處理器（抑邮c processing unit ； GPU)1 E ( central pr〇cessing unit ； cpu} 等）、錄料。而減硬體元件之散航件可為一風扇。 “、、第4圖」’係為卩侧模組一實施例；此模組 110具有積體電路m、電源開關114、輸出電路116、第一阻抗 元件118和第二阻抗元件119。於此，積體電路m根據控制單元 (圖中未顯示）產生之參考電錢，而控制電源開關ιΐ4的導通， 以致使電源（B巾未_)所提供之輸人電源M輸人至輪出電路 10 1289744 ii6，並據以產生-輪出傾/電流，以提供硬體元件3〇〇所需之 電力。此時’因硬體元件的運作而產生之負載電流，經過第一 阻抗几件118，因而產生一電位差，進而回授至積體電路112，根 據此電位差而得知電流變化量。此電流變化量經由第二阻抗元件 119轉換成電壓變化量Vd，以提供給監控單元（圖巾未顯示）進 '行偵測。其中，電源開關可利用金屬氧化半導體場效應電晶體 (metal-oxide-semiconductor field effect transistor ; MOSFET)而組 Φ 成。 此Iel控單元可為一硬體監控器（hardware m〇nit〇r ; ^八^ monitor)。於此，由於監控單元之結構與運作原理係為本領域之技 術人員所熟知，故於此不再贅述。 舉例來說，假設將根據本發明之一實施例應用於顯示卡上， 此日$ ’硬體元件可為圖形處理器（graphiCpr〇Cessingunit ; QPU) 500 ’且此GPU 500具有一風扇520，以協助GPU 500散熱，如 • 「第5圖」所示；其中，此顯示卡係透過GPU500上之高速傳輸 介面interface，例如··週邊元件連接高速傳輸介面（peripheral Component Interconnect Express interface ； PCI-E interface) > AGP - (Accelerated Graphics Port/Advanced Graphics Port;力口速圖形介面 /高級圖形介面）等，與系統的執行單元（其可為中央處理器）溝 通，因此硬體監控器122 (即上述之監控單元）、訊號轉換器132 和 GPU 500 透過 I2C (Inter-Integrated Circuit ;内部積體電路）匯 流排而相互溝通，換言之，硬體監控器122經由I2C匯流排連接 1289744 至GPU 500上之I2C介面，再經由Gpu 5〇〇上之高逮傳輪介面 interface與系統溝通；換言之，硬體監控器122經由12匚匯漭為 連接至GPU500上的I2C介面，再經由GpU5〇〇上的高逮傳 面interface而與系統溝通。於此，當系統自一般運作環境（例二;ι· 上網、文書處理或影片播放等狀態）轉換%成1維 -(three-dimensi_ ;犯）運作環境（例如：沁遊戲或影像處理 -等狀態）時，顯示卡上之GPU500的負載量即會增加，而相對會 •增加其電流消耗量，PWM模組110利用電流感測的方式，而取^ -負載電流並藉以得知錢變化量，進而將此電流變化量轉換為 微量電壓’以提供給硬體監控器122進行该測，此時硬體監控器 122所偵測到之數值，會透過I2C匯流排經由Gpu 5〇〇而傳送ς 系統的應練式，經域雜式將其轉換騎際的電流值，並利 用此實際之電流值由應用程式所設定之執行程序，而回傳監控訊 號給硬體監控器122 ’因而硬體監控器122即可根據此監控訊號 • 來執行一些監控動作，例如：電流顯示、GPU 500/記憶體的工作 電蜃調整、過載保護機制、風扇520轉速顯示及控制、Gpu 5〇〇/ '記憶體的工作頻率顯示與改變，及咖500/記憶體的溫度顯示 等；其中，硬體監控器122會響應監控訊號而產生調變訊號，並 透過I2C匯流排而傳送給訊號轉換器132，此訊號轉換器132依 據其中内建的轉換表而將調變訊號轉換成一組或多組GpI〇 (General-PUrp0se Input/〇utput ;通用輸入輸出）訊號（即，上述 之控制訊號），接著，參考電壓產生器134則依據内建的參數表變 12 1289744 提供給PWM模虹110之參考電壓，進而改變 供給_⑼的電力模組51G之糕。如此—來，透^^ 件的反覆執行β卩可達顺高效能及監控。 ^ 發似前述之触_齡如上，财麟用以限 ==何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍 田了作4之更動朗飾，耻本發明之專利保護範圍須視 本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示根據本發明第一實施例之硬體元件的運作監控 裝置之概要結構； ""二 第2圖係顯示根據本發明第二實施例之硬體元件的運作監控 裝置之概要結構； 第3圖係顯示根據本發明第三實施例之硬體元件的運作監控 裝置之概要結構； 第4圖係顯示根據本發明之脈寬調變（PWM)模組之—實施 例的概要結構；以及 第5圖係顯示根據本發明第四實施例之硬體元件的運作監控 裝置之概要結構。 【主要元件符號說明】 100..............................硬體元件的運作監控裝置 H0..............................脈寬調變模組 U2..............................積體電路 13

1289744 114..............................電源開關 116..............................輸出電路 118 ..............................第一阻抗元件 119 ..............................第二阻抗元件 120 ..............................監控單元 122..............................硬體監控器 130..............................控制單元 132..............................訊號轉換器 134..............................參考電壓產生器 200..............................電源 300..............................硬體元件 310..............................電力模組 320..............................散熱元件 400..............................系統 500..............................圖形處理器（GPU) 510..............................電力模組 520..............................風扇

Vi................................輸入電源

Vr................................參考電壓

Vd...............................電壓變化量

Vo...............................脈寬調變訊號 II.................................負載電流 14 1289744 interface......................高速傳輸介面 I2C..............................内部積體電路（I2C)介面

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Claims (1)

1289744 十、申請專利範圍： L 一種硬體元件的運作監控裝置，用以調控該硬體元件所需之一 輸出電壓，其中該硬體元件係運作在一系統内，包括有： 一脈寬調變模組，用以根據一參考電壓而產生該輸出電 壓，並偵測因該硬體元件的運作而產生之一負載電流據以產生 一電壓變化量； 一監控單元，用以偵測該電壓變化量以輸出一偵測結果給 該系統，並接收該系統響應該偵測結果而回傳之一監控訊號， 據以產生一調變訊號；以及 一控制單元，用以根據該調變訊號而調整所產生之該參考 電壓。 2·如申請專利範圍第1項所述之硬體元件的運作監控裝置，其中 该控制單元，包括有： 一訊號轉換器，用以將該調變訊號轉換成一組控制訊號； 以及 一參考電壓產生器，用以依據該組控制訊號而產生該參考 電壓。 3 、1 •如申清專利範圍第2項所述之硬體元件的運作監控裝置，其中 4該訊號轉換器係為-積體電路。 •如申明專利範圍第3項所述之硬體元件的運作監控裝置，其中 吞亥 '建有一轉換表，以依據該轉換表而將該調變訊號 轉換成該組控制訊號。 16 1289744 5. 如申請專利範圍第2項所述之硬體元件的運作監控裝置，其中 該組控制訊號係為一組以上之通用輪入輸出（GPI〇)訊號。 6. 如申請專利範圍第2項所述之硬體元件的運作監控裝置，其中 該參考電壓產生器係為一積體電路。 7·如申請專利範圍第6項所述之硬體元件的運作監控裝置，其中 ； 該積體電路内建有一參數表，以依據該參數表和該組控制訊號 ' 而產生該參考電壓。 _ 8.如中請專利麵項所述之硬體树的運作監控裝置，其中 該監控單元係透過- I2C (Inter_IntegratedCkcuit;内部積體電 路）匯流排而與該控制單元溝通。 9·如申請專利範圍® 1項所述之硬體元件的運作監控裝置，其中 該監控單元係透過—I2C匯流排而與該硬體元件溝通。 10·如申請專利範圍第i項所述之硬體元件的運作監控裝置，其中 該監控單元係透過一 I2C匯流排而與該系統溝通。 • Π·如申請專利範圍第1項所述之硬體元件的運作監控裝置，其中 該脈寬調變模組，包括有： , 一電源開關，用以接收一輸入電源； : —輸出電路，肋根據流經該電闕關之該輸人電源產生 该輸出電壓’藉以驅動該硬體元件的運作； 第阻抗元件，接收該負載電流據以產生一電位差； -積體電路，㈣根據該參考輕而控繼電源開關的導 通，並藉甴该電位差而得知一電流變化量；以及 17 1289744 一第二阻抗元件，用以將該電流變化量轉換成該電壓變化 量。 12.如申請專利範圍第u項所述之硬體元件的運作監控裝置，其 中該電源開關包括有至少一金屬氧化半導體場效應電晶體 (MOSFET) 〇 - I3·如申請專利範圍第11項所述之硬體元件的運作監控裝置，其 ’ 中該輸入電源係來自一電源（power source)。 • Μ·如申請專利範圍第1項所述之硬體元件的運作監控裝置，其中 該監控單元係為一積體電路。 15·如申請專利範圍第14項所述之硬體元件的運作監控裝置，其 中該積體電路係為一硬體監控器。 16·如申請專利範圍第丨項所述之硬體元件的運作監控裝置，其中 當该硬體tl件具有-散熱元件時，該監鮮元用錄據該監控 訊號調控該散熱元件的運作。

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