TWI304941B - Method and apparatus for microprocessor temperature control - Google Patents

Description

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九、發明說明： 【相關申請案之交互參考】

本申請案優先權之申請係根據該美國專利臨時申請 案，案號：60/544214，申請日為2004年2月12日。本 申請案之優先權也根據本案之美國專利申請案第 10/825737號，申請曰為2004年4月16日，名稱為 「METHOD AND APPARATUS FOR MICROPROCESSOR TEMPERATURE CONTROL」。

【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一微處理器溫度控制，特別是關於運 作期間透過一微處理器内之邏輯電路對裝於此微處理器 外殼之一風扇進行直接控制，以提供微處理器晶粒（die) ^ 之精確温度控制。 【先前技術】 W 調整控制計算系統之溫度對現今設計者而言是一項 挑戰。以一熱觀點看一計算系統，微處理器通常是最關 鍵的元件。對計算系統的整體可靠度而言，微處理器晶 粒的操作溫度係為一顯著的影響因素。此微處理器所消 耗的功率係為其晶粒溫度之一函數。於一理想狀況中， 係根據可靠度、消耗功率與執行速度之一平衡值管理一 - 微處理器的操作溫度。 • 目前控制微處理器溫度的技術通常相當簡單，並且 不支援令微處理器有效率操作的狀況。散熱器可能與微 6 ,1304941

處理器外殼結合，風扇可能被擺在可確保產生足夠氣流 量以冷卻此元件的位置。於目前許多應用中，微處理器 之散熱器係與整合性風扇一起持續提供元件的冷卻效 果。更精密的系統可能包含不同的熱感應裝置，令感測 到極端溫度時可控制輔助性的風扇。上述現存的解決方 案係各具形色而缺乏標準，往往難以實作且不具效率。 【發明内容】 本發明一實施例提供之一具有溫度控制之微處理 器，包含具有一外置介面以接收外界所提供之一風扇控 制仏號之一微處理器晶粒，以及該微處理器晶粒所提供 之一風扇控制邏輯電路’該風扇控制邏輯電路係根據該 微處理器相關之一溫度資訊以提供該風扇控制信號。其 中’上述之風扇控制信號可令一外置風扇開啟或關閉或 控制其轉速。該微處理器可更包含該微處理器晶粒所提 供之一溫度感測邏輯電路’該溫度感測邏輯電路係编合 至該風扇控制邏輯電路並且提供該溫度資訊。其中，上 述之溫度感測邏輯電路包含至少一位於該微處理器晶粒 之溫度感測器，此外，該外置介面可自一外置來源接收 該溫度資訊，如外置溫度感測邏輯電路。 本發明另一實施例提供之一微處理器溫度控制系 統，包含具有位於晶片上之風扇控制邏輯電路之一微處 理器，一風扇與一溫度感測邏輯電路。其中，上述之風 扇控制邏輯電路接收一溫度資訊並且提供一風扇控制信 號以冷卻該微處理器，該風扇係外置安裝於該微處理器 J304941 [————j 年月日修&)止朁换冤! 、 1—-___----- f 並且具有一控制輸入以接收該風扇控制信號，該溫度感 測邏輯電路# & # 、鈇供該微處理器相關之該溫度資訊《上述 風扇控制邏輯電路可以控制該風扇之開啟與關閉，也 二、控制與調整該風扇之轉速。該溫度感測邏輯電路包 各至少一置於該微處理器之晶粒上的一溫度感測裝置， 諸如「熱電偶、一熱二極體、一熱敏電阻一熱磁裝置或 何適‘之,皿度量測裝置。此外，上述之溫度感測邏輯 電路係外置於該微處理器，並且透過該微處理器之一外 置介面提供該溫度資訊。 、尽發明另一實施例提供之一控制該微處理器溫度之 方法。包含感測該微處理器之溫度；由該微處理器決定 風扇控制參數以控制一用於冷卻該微處理器之外置風 扇；以及由該微處理器提供一外置風扇控制信號以表示 用於控制該風扇之該風扇控制參數。上述控制該微處理 器狐度之方法更包含利用該風扇控制信號令該風扇開啟 與關閉，或控制該風扇之轉速。上述之方法可包含利用 置於該微處理器之晶粒上之一溫度感測器量測溫度，亦 可更包含透過一外置介面提供外界量測之溫度資訊至該 微處理器。 【實施方式】 本發明在此所探討的方向為一種微處理器溫度控制 的裝置與方法。為了能徹底地瞭解本發明，將在下列的 描述中提出詳盡的步驟及其組成。顯然地，本發明的施 行並未限定於熟悉技藝者所熟習的特殊細節。另一方 .1304941

面，眾所周知的組成或步驟 造成本發明不必要之限制。 描述如下，然而除了這些詳 於在此所說明的特定實施例 則及新穎性之最廣的範圍。 並未描述於細節中，以避免 本發明的較佳實施例會詳細 細描述之外，本發明不受限 ’而是符合在此所揭露的原

本發月之發明人已認知到控制微處理器晶粒之溫度 可令此微處理器有效運作的需求。據此，本發明之發明 發展了帛裝置與方法，以令此微處理器本身控制於 此微處理器外殼上之風扇’進而獲得功率消耗、執行速 度與可靠度之一最佳平衡點。本發明將以第一圖與第二 圖為主’於稍後進行說明。 參考第一圖所示，其係為根據本發明一實施例之一 微處理器溫度控制系統100之一剖面示意圖。此溫度控 制系統100包含裝在一微處理器1〇4上之一冷卻風扇1〇1 與一散熱器102,此微處理器1〇4更包含封裝一微處理器 晶粒105之一微處理器外殼1〇3。其中，上述之散熱器 102係為選用（opti〇nal)裝置，但通常均會裝設至現代微 處理器上，以盡量散發此微處理器晶粒1〇5所產生的熱 罝。上述之外殼103係用於裝設在一主機板1〇7上，通 常係以今日業界最常用的一種安裝方式進行微處理器的 安裝。然而與現今所採用的冷卻方法不同之處在於，此 微處理器104包含一内置之風扇控制邏輯電路U1以控 制上述冷卻風扇101之操作。其中，上述之風扇控制邏 輯電路111包含邏輯電路、電路、裝置或微處理碼 (microcode)，或包含邏輯電路、電路、裝置或微處理碼 9 .1304941

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"4疋寻成上迷用於執行一風扇控制功能 的&件°於此心執行上述風扇控制功能的元件可能會 共同使用到其他電路、缝處理碼等元件，亦即此微處 4用於執行其他功能所需的其他電路、或微處理 碼等元件。根據本發明所涵蓋之範圍，於此所使用之微 處理碼係指至少一個以上的微指令㈤⑽。

通常亦被稱為原生指令之一微指令係為一功能單元之層 級可執行之一指令，如上述之風扇控制邏輯電路U1所 靶執仃之指令係微指令。例如，一精簡指令集微處理器 可直接執行的指令係微指令；對一複雜指令集微處理器 而言，諸如一 x86相容之微處理器104, x86指令被轉譯 為相關的微指令，再由至少一個以上的複雜指令集微處 理器之功能單元加以直接執行。於此實施例巾，此微處 理器1〇4更包含一内置溫度感測邏輯電路109,其可用於 感測此微處理器晶粒1〇5之溫度，並且將此溫度資訊透 過一組仏號線113提供至上述之風扇控制邏輯電路丨丨i。 於本說明書中所使用之「溫度資訊」名詞包含任何已知 的方法可用於傳送一個或一個以上溫度量測值，諸如類 比信號（以電壓或電流信號表示）或數位信號等。於另一實 施範例中’可提供與此微處理器1〇4相結合之一外置溫 度感測邏輯電路115,並且透過一任何合適之微處理器介 面11 7以傳送溫度資訊。應注意的是，上述風扇控制邏 輯電路111所採用的溫度資訊可來自上述之内置溫度感 測邏輯電路1 09、外置溫度感測邏輯電路11 5，或來自兩 者之組合。 10 1304941 上述之内置溫度感測邏輯電路109係包含或連接至 少一個以上的内置溫度量測裝置或感測器，於此係以一 内置溫度感測器11 0表示。每一個内置溫度感測器i 1 〇 可以為任何適當形態，諸如為一熱電偶（therm〇_c〇uple)、 一熱敏電阻（thermistor)、一熱二極體（thermal di〇de)或一 熱磁（thermomagnetic)裝置等。於一實施例中，上述之内 置概度感測邏輯電路1 〇 9係採用至少一個以上擺放於此 微處理器晶粒105特定位置的内置溫度感測器丨丨〇，並且 包含可測量或偵測溫度值的電路或是邏輯電路。於另一 實施例中，上述之外置溫度感測邏輯電路丨丨5係與上述 内置溫度感測邏輯電路109相同之方式運作，並且包含 或連接至少一個以上的溫度感測器丨i 9與1 2 i。其中，上 述之溫度感測器11 9與12 1亦採用任何適當形態進行實 作’諸如為熱電偶、熱敏電阻、熱二極體或熱磁裝置等。 上述之外置溫度感測邏輯電路丨丨5可用於量測微處理器 溫度，如第一圖示出之溫度感測器121係安裝於此微處 ，理器外殼1 03上或附近處。此外置溫度感測邏輯電路u 5 亦可用於量測環境（ambient)溫度，如第一圖示出之溫度 感測器119所示。此外置溫度感測邏輯電路115係以任 何已知的方式實作，用於將由外置溫度感測器所得到之 至少一個以上溫度資訊傳送至上述之内置溫度感測邏輯 電路1 0 9 ’再經由此内置溫度感測邏輯電路^ 〇 9將溫度資 訊傳送至上述之風扇控制邏輯電路llh於另一實施方式 中，此外置溫度感測邏輯電路115可直接連接至上述之 風扇控制邏輯電路111。上述之微處理器介面117可能包 .1304941 年…月。曰修(芦)土替换頁 _圓 _廣： 含至少一個以上的微處理器針腳，或以任何熟悉此項技 藝者所知之任何可傳遞溫度資訊的方式實作。 上述之風扇控制邏輯電路^丨丨接收來自内置與/或外 置之溫度資訊，並且提供一風扇控制輸出以控制此風扇 101。於一實施例中’此風扇控制邏輯電路111提供一可 •變輸出，如以類比或數位形式輸出之一種控制上述風扇 ι〇1轉速的可變信號。於另一實施例中，上述之風扇控制 輸出包含一種二元功率信號或其他類似信號（數位位元或 • 類比伏特），以令上述之風扇控制邏輯電路111開關上述 風扇1〇1。於第一圖示出之實施例中，上述之風扇控制輸 出係為單向輸出，僅可命令上述風I 101之開關或以某 特疋速度旋轉。於另一實施例中，上述之風扇控制輸出 係為雙向輸出，並且具有更精確的風扇轉速控制能力， 與/或檢驗上述風扇101是否正常操作。 請參考第二圖所示，其係為根據本發明一實施例之 風扇控制邏輯電路U1操作之—流程示意圖。此風扇控 I 制邏輯電路U 1操作之流程係開始於一初始方塊201，例 如重設暫存器、清除旗標以及將上述風扇101置於一起 始已^狀態等。接著於方塊2〇3進行之作業係此風扇控 制邏輯電路U1接收此微處理器104之溫度資訊，諸如 根^特定需求以同時或分別僅接收上述之内置溫度感測 邏輯電路109與外置溫度感測邏輯電路U5之溫度資 訊於此處所指之溫度資訊可以任何形式提供，例如任 何熟悉此項技藝者所知之於至少一個以上暫存器（第二圖 未示出）所儲存的至少一個以上的位元。 12 1304941 * 接著進行決策方塊205,判斷上述之溫度資訊是否落 於所欲之適當操作區間内，若落於此區間内，則接著進 行方塊207判斷此風扇101是否處於一最佳設定之操作 狀態。雖然上述之風扇控制邏輯電路m可以讀取靜態 溫度值之方式操作’但熟悉此項技藝者了解到實作中可 以使用更複雜的機制’諸如監控追蹤溫度與時間關係之 演算法並據以判斷溫度之變化與/或變化率。例如，甚至 於此微處理器104之溫度仍處在決策方塊205之適當操 • 作區間内，但由於功率之近期提升（例如微處理器之操作 時脈與/或電壓提升）而導致溫度快速上升時，仍應令此風 扇101開啟或提升其轉速。否則，方塊207之判斷可能 令此風扇101關閉，或是於此微處理器1〇4之現行處理 情況下’此風扇1 〇 1之轉速應隨之減低。例如，此微處 理器104近期内減緩操作時脈與/或電壓降低時，此風扇 101應隨之關閉或轉速隨之減低。若此風扇1〇1之設定為 最佳值’則流程將回到方塊203以更新上述之溫度資訊。 _ 若方塊205判斷出上述資訊溫度並不落於所欲之適 當操作區間，或方塊207判斷此風扇1 〇丨之設定非為最 佳值時’接著便進行方塊209以調整此風扇1〇1之操作 設定。如前所述，根據特定之實作，此風扇1〇1可能被 開啟或關閉亦或其轉速可能增減。接著，流程亦將回到 方塊203以更新上述之溫度資訊。此範例流程示意圖係 描繪出此風扇控制邏輯電路111連續性地或周期性地接 收溫度資訊，並且調整此風扇1〇1的操作設定，據此依 可靠度、消耗功率與執行速度之一最佳平衡值動態地管 13

_D .1304941 理一微處理器的操作溫度。 雖然本發明已參考其某些較佳形式，而進行相 地說明，但是其他形式及變化是可行且可包細 雖然&本發明係顯示用於微處理器，但是可 ^ 3佳=項技術者應該了解到的是，上述僅為= 圍較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範 圍，凡其它未脫離本發明所揭 範 改變或修飾，均應包含在下述；神下所完成的等效 义申請專利範圍内。 1304941

【圖式簡單說明】 本發明的好處、特性、以及優點將會會配合以下的 說明，以及附圖而變成更加了解，其中： 第一圖係為根據本發明一實施例之一微處理器溫度 控制系統之一剖面示意圖；以及 第二圖係為根據本發明一實施例之第一圖示出之風 扇控制邏輯電路操作之一流程示意圖。

【主要元件符號說明】 I 00微處理器溫度控制系統 102散熱器 104微處理器 107主機板 II 0内置溫度感測器 10 1 風扇 103 外殼 1 0 5晶粒 1 09内置溫度感測邏輯電路 111風扇控制邏輯電路 113信號線

117介面 1 2 1溫度感測器 203接收微處理器溫度資 207風扇是否已被最佳設 11 5 外置溫度感測邏輯電路 11 9溫度感測器 2 0 1初始方塊 訊 205溫度是否落於適當區間 定 209調整風扇操作設定 15

Claims (1)

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案號094102819 97年9月17日申請專利範圍： 修正本91 °1 7 r 1. 一種具有溫度控制功能之微處理器，包含： 一微處理器晶粒，具有一外置介面以對外提供一風扇控制信 號並自一外置來源接收一微處理器外之溫度資訊，並且該微處理 器晶粒係被封裝於該微處理器内；

一溫度感測邏輯電路，該感測邏輯電路係由該微處理器晶粒 所提供且該溫度感測邏輯電路包含至少一位於該微處理器晶粒上 之溫度感測器以提供該微處理器晶粒上之溫度資訊；以及 一位於該微處理器晶粒上的風扇控制邏輯電路，該風扇控制 邏輯電路係與該溫度感測邏輯電路相耦合以接收該溫度感測邏輯 電路所提供的該微處理器晶粒上之溫度資訊，且該風扇控制邏輯 電路係根據該微處理器晶粒上之溫度資訊與該微處理器外之溫度 資訊以提供該風扇控制信號，並且該風扇控制邏輯電路係被封裝 於該微處理器内。

2. 如申請專利範圍第1項所述之微處理器，其中該風扇控制 信號令一外置風扇開啟與關閉。 3. 如申請專利範圍第1項所述之微處理器，該風扇控制信號 控制一外置風扇之轉速。 4. 一種微處理器溫度控制系統，包含： 一微處理器，包含一位於晶片上之風扇控制邏輯電路以及一 由該微處理器之晶片所提供的第一溫度感測邏輯電路，其中，該 第一溫度感測邏輯電路包含至少一置於該微處理器之晶粒上的溫 16 1304941 V 度感測裝置以提供該微處理器晶粒上之溫度資訊，該風扇控制邏 輯電路接收該微處理器晶粒上之溫度資訊以及一該微處理器外之 溫度資訊並且提供一風扇控制信號以冷卻該微處理器； 一風扇，外置安裝於該微處理器，該風扇具有一控制輸入以 接收該風扇控制信號；以及 一第二溫度感測邏輯電路，該第二溫度感測邏輯電路係外置 於該微處理器並透過一外置介面提供該微處理器外之溫度資訊。 5. 如申請專利範圍第4項所述之系統，該風扇控制邏輯電路 0 令該風扇開啟與關閉。 6. 如申請專利範圍第4項所述之系統，該風扇控制邏輯電路 控制該風扇之轉速。 7. 如申請專利範圍第4項所述之系統，該至少一溫度感測裝 置係選自下列之一及其組合：一熱電偶與一熱敏電阻。 8. 如申請專利範圍第4項所述之系統，該至少一溫度感測裝 置係選自下列之一及其組合：一熱二極體與一熱磁裝置。 ® 9. 一種控制微處理器溫度之方法，包含： 感測該微處理器溫度，包含利用置於該微處理器之晶粒上之 一溫度感測器量測該微處理器晶粒上之溫度資訊，與量測該微處 理器外之溫度資訊並透過一外置介面提供該微處理器外之溫度資 訊至該微處理器； ’由該微處理器依據該微處理器晶粒上之溫度資訊與該微處理 17 1304941 态外之溫度資訊決定一風扇控制參數 理器之外置風扇；以及 以控制一用於冷卻該微處 由該微處理器提供一 扇之該風扇控制參數。 外置風扇控制信號以表示用於控制該風 ι〇·如申請專利範圍第9 控制信號令該風扇開啟與關閉。 項所述之方法，更包含利用該風扇 11.如申請專利範圍第9 控制信號控制該風扇之轉速。 項所述之方法，更包含利用該風扇

18 1304941 〆 七、指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為：第（一）圖。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 100 微處理器溫度控制系 101 風扇 統 102散熱器 104微處理器 107 主機板

11 0内置溫度感測器 113信號線 117介面 1 2 1 溫度感測器 103外殼 10 5晶粒 109内置溫度感測邏輯電 路 111風扇控制邏輯電路 115外置溫度感測邏輯電路 119溫度感測器 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：