TWI425350B - 利用電源供應子系統供電給繪圖處理單元的方法 - Google Patents

Description

利用電源供應子系統供電給繪圖處理單元的方法

本發明概略關於繪圖處理單元(GPU，“Graphics processing unit”)，尤指一種供應輸出電壓至一繪圖處理單元之方法與系統。

在一種典型的電腦系統中，一或多個電源供應子系統設定成供應電壓至該電腦系統中多個系統組件。例如，在該電腦系統內一繪圖子系統的一第一電源供應子系統可以供應一第一電壓至一第一處理單元(例如中央處理單元)，及一第二電源供應子系統可以供應一第二電壓至一第二處理單元(例如繪圖處理單元)。

脈衝寬度調變(PWM，“Pulse-width modulation”)為一繪圖處理單元(GPU)之第二電源供應子系統中的技術之一。特別是，此第二電源供應子系統可以基於一脈衝寬度調變信號調整一輸出電壓至該繪圖處理單元。為了調整該輸出電壓至該繪圖處理單元，該第二電源供應子系統亦可以包括具有一電壓分壓器之一反饋機制，以預備該輸出電壓的一預定百分比至該繪圖處理單元。然後該第二電源供應子系統在產生該脈衝寬度調變信號之前比較該輸出電壓的預定百分比與一基準電壓。而該第二電源供應子系統另可利用該脈衝寬度調變信號來調整該輸出電壓至該繪圖處理單元。藉由使用該電壓分壓器，該第二電源供應子系統可能引進不想要的電壓尖波或電壓下越。

第一圖所示為具有一脈衝寬度調變式電源供應子系統110來提供一輸出電壓至繪圖處理單元120之示例電腦系統100。電源供應子系統110包含電壓調節器130、錯誤放大器(EA，“Error amplifier”)140、具有閘極邏輯160之脈衝寬度調變電路150、及反饋(FB，“Feedback”)電路164。脈衝寬度調變電路150 可以供應第一電壓信號163做為一輸出電壓至繪圖處理單元120。反饋電路164另可包括電壓分壓器165。反饋電路164可設定成接收第一電壓信號163。利用電壓分壓器165，反饋電路164可以預備反饋電壓信號166，其為第一電壓信號163的一預定百分比。且反饋信號166可由錯誤放大器140接收。錯誤放大器140另設定成自電壓調節器130接收第二電壓信號168。錯誤放大器140可以產生差異信號172，根據第二電壓信號168與反饋信號166之間的差異代表一工作循環。脈衝寬度調變電路150另可在預備第一電壓信號163之前接收差異信號172。

關於電源供應子系統110，其至少有一個缺點，係於動態電壓變化期間有可能發生電壓尖波或電壓下越。如前所述，電源供應子系統110根據僅基於電壓分壓器165之運作所預備的反儲信號166輸出第一電壓信號163。因此，不論如何仔細地設計電壓分壓器165，反饋信號166可能因電壓分壓器165有尖波或下越。而且該尖波或下越可能錯誤地扭曲差異信號172，其另會影響第一電壓信號163之輸出。

如前所述，在本技術中需要一種提供一電壓至一繪圖處理單元的方法與設備，而降低經歷到電壓尖波或電壓下越之可能性，並能夠處理至少一種上面所述的問題。

一具體實施例提供一種方法來利用一電源供應子系統供電給一繪圖處理單元(GPU)。該方法包括因回應於該繪圖處理單元的一操作電壓需求而產生一偏置量；並應用該偏置量到關聯於該繪圖處理單元之一第一操作電壓的資訊；其中該偏置量使得該第一操作電壓改變成該繪圖處理單元的一第二操作電壓。

所揭示方法之一種優點為藉由利用該偏置電壓補償該反饋電壓來提供該繪圖處理單元電壓的穩定控制。因此，該反饋電壓與偏置電壓之加總與該基準電壓之間的差異在一次遞迴中僅會增加或減少一偏置電壓，在可以達到該繪圖處理單元電壓之一目標電壓位準之前將電壓尖波或下越之可能性最小化。

第二圖為根據本發明一具體實施例之示例電腦系統200的一簡化方塊圖。電腦系統200包括一脈衝寬度調變式電源供應子系統210及繪圖處理單元(GPU)211。電源供應子系統210設定成提供電力給繪圖處理單元211。電源供應子系統210包括反饋(FB)電路212、電壓調節器213、錯誤放大器(EA)214、脈衝寬度調變(PWM)電路216及繪圖處理單元電壓調整機制217。反饋電路212包括電壓分壓器223。繪圖處理單元電壓調整機制217包括偏置(offset)邏輯222、轉換器224、開關225及偏置量設定機制226。

電壓調節器213設定成產生基準電壓227到錯誤放大器214。在一種實作中，錯誤放大器214於其一正終端(+)處接收基準電壓227。錯誤放大器214另在其一負終端(-)處接收偏置邏輯輸出234。錯誤放大器214設定成輸出差異信號236，其代表基準電壓227與偏置邏輯輸出234之間的差異。在一種實作中，差異信號236為一脈衝信號。脈衝信號236的工作比例可支配由脈衝寬度調變電路216輸出的繪圖處理單元電壓239。

在該開關開啟之前(即該繪圖處理單元在一第一操作狀態下運作)，開關225並未開啟，且偏置邏輯222設定成讓反饋電壓232通過，並使用反饋電壓232做為偏置邏輯輸出234。此外，偏置邏輯輸出234等於基準電壓227，且基準電壓227 與偏置邏輯輸出234之間的差異為零。因此，繪圖處理單元電壓239維持在一第一常數。

當該繪圖處理單元由一第一操作狀態切換到一第二操作狀態時，開關225被開啟，且繪圖處理單元電壓調整機制217設定成提供偏置電壓228到偏置邏輯222。在一種實作中，開關225透過軟體藉由一通用輸入/輸出(GPIO，“General purpose input/output”)信號而開啟。

偏置量設定機制226設定成接收反饋電壓232。反饋電壓232可與關聯於繪圖處理單元211之第二操作狀態的一目標值做比較，其中該目標值可被預定。偏置量設定機制輸出229係基於該比較。輸出229可由轉換器224轉換成偏置電壓228。轉換器224可為一數位到類比轉換器或一類比到數位轉換器。在一種實作中，偏置電壓228為反饋電壓232的一預定百分比。值得注意的是偏置電壓228可為正值或負值，其可被預定。

一第一工作比例的差異信號236可以增加繪圖處理單元電壓239到該繪圖處理單元。這種差異信號236可以對應於基準電壓227與偏置邏輯輸出234之間的一正差異。在一種實作中，該正差異代表基準電壓227大於偏置邏輯輸出234。另一方面，一第二工作比例的差異信號236可降低繪圖處理單元電壓239。該第二工作比例的差異信號236可在當偏置邏輯輸出234大於基準電壓227時產生。

繪圖處理單元電壓239可由電壓分壓器223接收。反饋電壓232可與繪圖處理單元電壓239成比例。

為了例示起見，該第一操作狀態可為一高效能操作狀態，且該第二操作狀態可為一正常操作狀態。開關225的開啟/關閉(on/off)可由軟體控制(例如電腦系統200的一作業系統)。該繪圖處理單元可需要一第一電源供應在高效能操作狀態下運作，以及可需要一第二電源供應在該正常操作狀態下運作。 例如，繪圖處理單元211需要1.5伏特的電源供應，藉以在該正常操作狀態下運作，而需要2.0伏特來在該高效能操作狀態下運作。

電源供應子系統210可設定成當繪圖處理單元211自該正常操作狀態切換到該高效能操作狀態時，增加繪圖處理單元電壓239(例如由1.5伏特到2.0伏特)。電源供應子系統210亦可設定成當繪圖處理單元211自該高效能操作狀態切換到該正常操作狀態時，降低該繪圖處理單元電壓239(例如由2.0伏特到1.5伏特)。使用上述的示例，當繪圖處理單元211在該正常操作狀態下運作時，繪圖處理單元211可要求繪圖處理單元電壓239的電源供應為1.5伏特。假設繪圖處理單元211在供電時被設定成以該正常操作狀態開始運作。當繪圖處理單元211切換到該高效能操作狀態時，開關225可被開啟。僅為了例示起見，當開關225被開啟時，繪圖處理單元電壓239可在1.5伏特，反饋電壓232可以在0.75伏特，偏置電壓228可以在0.2伏特，而基準電壓227可在0.75伏特。值得注意的是，基準電壓227在開關225被開啟之前，實質上等同於反饋電壓232。此外，在該開關被開啟之前，偏置邏輯222可設定成儲存原始反饋電壓232的數值。在一種實作中，偏置邏輯222在該開關被開啟且偏置電壓228被施加到偏置邏輯222之後，可以不儲存反饋電壓232的數值。在該開關開啟之後，偏置邏輯222亦可設定成儲存偏置電壓228之數值，偏置邏輯輸出234可為反饋電壓232及偏置電壓228之總和。

一旦開關225被開啟，偏置邏輯222可以施加一負偏置電壓228(例如-0.2伏特)到儲存的反饋電壓232(0.75伏特)。因此，偏置邏輯輸出234可變成+0.55伏特。因此，差異信號236可為一工作比例，此比例由於基準電壓227與偏置邏輯輸出234之間的正差異而可以增加繪圖處理單元電壓239。繪圖處理單元電壓239可以持續增加到一目標電壓(例如2伏特)。此 時，反饋電壓232由於電壓分壓器223可以變成1伏特。如上所述，偏置電壓228可為反饋電壓232的一預定百分比。僅為了例示起見，在一種實作中，偏置電壓228在當反饋電壓232為1伏特時可為-0.25伏特。所得到的偏置邏輯輸出234為0.75伏特。因此，不會產生差異信號236來另外增加繪圖處理單元電壓239。

因為有可能繪圖處理單元電壓239不會在一單一遞迴中到達一目標位準(例如2.0伏特)，其需要多重遞迴。例如，當該第一遞迴造成繪圖處理單元電壓239為1.8伏特，及反饋電壓232為0.9伏特，電壓供應子系統210可以應用該負偏置電壓(例如-0.225伏特)到0.9伏特的反饋電壓。因此，偏置邏輯輸出234可以變成0.675伏特，且差異信號236另可增加繪圖處理單元電壓239到2.0伏特。

值得注意的是，偏置邏輯輸出234在任何遞迴期間可能會超過基準電壓227。在這種狀況下，差異信號236會使得繪圖處理單元電壓239降低。降低的繪圖處理單元電壓239可以降低反饋電壓232，而降低的反饋電壓232依次可以降低偏置電壓228。透過多次遞迴，邏輯輸出234與差異信號236可實質相同。因此，差異信號236可返回到零，代表降低的繪圖處理單元電壓239位在該目標電壓位準。偏置電壓228在當GPU電壓239位在該目標電壓位準時可以維持不變。

繼續使用在先前段落中討論的示例，當繪圖處理單元211由該高效能操作狀態切換到該正常操作狀態，偏置量設定機制226可以產生一新輸出229，其可由轉換器224轉換到新的偏置電壓228。新的偏置電壓228可為正值，其相反於當繪圖處理單元211由該正常操作狀態切換到該高效能操作狀態時產生的偏置電壓228。

第三圖為根據本發明一具體實施例之示例電腦系統300的一簡化方塊圖。電腦系統300包括脈衝寬度調變式電源供應 子系統310及繪圖處理單元(GPU)311。電源供應子系統310設定成提供電源供應給繪圖處理單元311。電源供應子系統310另包括反饋(FB)電路312、電壓調節器313、錯誤放大器(EA)314、脈衝寬度調變(PWM)電路316及繪圖處理單元電壓調整機制317。FB電路312包括電壓分壓器323。繪圖處理單元電壓調整機制317包括偏置邏輯322、轉換器324、開關325及偏置量設定機制326。

電壓調節器313設定成產生基準電壓327。錯誤放大器314設定成接收基準電壓327。在一種實作中，錯誤放大器314於其一正終端(+)處接收基準電壓327。繪圖處理單元電壓調整機制317設定成當開關325被開啟時提供偏置電壓328到偏置邏輯322。偏置電壓328可為正值或負值，並可被預定。偏置電壓328可以基於繪圖處理單元電壓339產生。偏置量設定機制326的輸出329可由轉換器324轉換成偏置電壓328。在一種實作中，轉換器324為一數位到類比轉換器。在另一種實作中，轉換器324為一類比到數位轉換器。

偏置邏輯322設定成基於繪圖處理單元電壓339來接收反饋電壓332，及當開關325被開啟時接收偏置電壓328。開關325可透過軟體藉由一通用輸入/輸出信號來開啟。偏置邏輯輸出334可為偏置電壓328與反饋電壓332之總和。如上所述，偏置電壓328可為正值或負值。產生正偏置電壓328或負偏置電壓328之決定可基於繪圖處理單元電壓339、反饋電壓332及一目標電壓。該偏置量可為與反饋電壓332及基準電壓327-之間差異的比例變數。

錯誤放大器314可設定成於其一負終端(-)處接收偏置邏輯輸出334。錯誤放大器314設定成輸出差異信號336，代表基準電壓327與偏置邏輯輸出334之間的差異。在一種實作中，差異信號336為一脈衝信號。而該脈衝信號的一工作比例 另可支配由脈衝寬度調變電路316輸出的繪圖處理單元電壓339。

繪圖處理單元311可設定成在需要由電源供應子系統310供應不同電力的不同操作狀態下運作。在一種實作中，繪圖處理單元311可在一正常操作狀態下運作。在另一種實作中，繪圖處理單元311可在一高效能操作狀態下運作。假設繪圖處理單元311在開始時於該正常操作狀態下運作。當繪圖處理單元311要在該高效能操作狀態下運作時，電源供應子系統310可以提供一相對大的繪圖處理單元電壓339到繪圖處理單元311。為此目的，電源供應子系統310可以開啟開關325。當開關325被開啟時，偏置邏輯322可以接收偏置電壓328及反饋電壓332。偏置邏輯322可將偏置電壓328及反饋電壓332加總在一起做為輸出334。偏置電壓328在當繪圖處理單元電壓339小於該目標電壓時可為負值。另一方面，偏置電壓328在當繪圖處理單元電壓339大於該目標值時可為正值。

繪圖處理單元電壓339與反饋電壓332因為基準電壓327及偏置邏輯輸出334之間的差異而可改變。但是，偏置邏輯輸出334亦基於該反饋電壓而改變。透過一或多次遞迴，繪圖處理單元電壓339可以等於反饋電壓332，而繪圖處理單元電壓339維持不變。

第四圖為根據本發明一具體實施例之示例電腦系統400的一簡化方塊圖。電腦系統400包括脈衝寬度調變式電源供應子系統410及繪圖處理單元(GPU)411。電源供應子系統410設定成提供電源供應給繪圖處理單元411。電源供應子系統410另包括反饋(FB)電路412、電壓調節器413、錯誤放大器(EA)414、脈衝寬度調變(PWM)電路416、繪圖處理單元電壓調整機制417、第一電壓源418。反饋電路412包括電壓分壓器423。GPU電壓調整機制417包括偏置邏輯422、轉換器424、開關425及耦合至第一電壓源418的偏置量設定機制 426。在一種實作中，轉換器424為一數位到類比轉換器。在另一種實作中，轉換器424為一類比到數位轉換器。

電壓調節器413設定成產生基準電壓427。錯誤放大器414設定成接收基準電壓427。在一種實作中，錯誤放大器414於其一正終端(+)處接收基準電壓427。繪圖處理單元電壓調整機制417設定成提供一偏置工作比例428之資訊到脈衝寬度調變電路416。因此，脈衝寬度調變電路416可以產生一繪圖處理單元電壓429到繪圖處理單元411。繪圖處理單元電壓429另可由反饋電路412接收，且因此反饋電路412可以基於繪圖處理單元電壓429利用電壓分壓器423產生一反饋電壓432。在一種實作中，反饋電壓432為繪圖處理單元電壓429的一預定百分比。反饋電壓432可由錯誤放大器414接收。在一種實作中，反饋電壓432於錯誤放大器414的一負終端(-)處接收。

第一偏置工作比例428可由偏置邏輯422預備，其接收差異工作比例信號434，代表當開關425被開啟時，反饋電壓432及基準電壓427及第二偏置工作比例438之間的差異。開關425在當繪圖處理單元電壓429由於繪圖處理單元411需要在一不同操作狀態下運作而有必要做任何調整時可被開啟。第一偏置工作比例428可為該第二偏置工作比例與差異工作比例信號434之總和。第二偏置工作比例438由轉換器424自偏置量設定機制426之輸出436轉換。在一種實作中，差異信號434為一脈衝信號，而該脈衝信號之一工作循環代表一第一工作比例。脈衝寬度調變電路416可以耦合於第一電壓源418。利用第一偏置工作比例428，脈衝寬度調變電路416亦可以計算關聯於繪圖處理單元電壓429之一第二工作比例。脈衝寬度調變電路416可設定成基於該收到的偏置工作比例調整該第二工作比例。在一種實作中，該偏置工作比例可被加入到關聯於差異信號434之該第一工作比例。在另一種實作中，該第一 工作比例可由該偏置工作比例減少。該調整的第二工作比例依次可調整繪圖處理單元電壓429。

在一種實作中，繪圖處理單元電壓調整機制217、317、及417可以分別位於基準電壓227、327、及427之路徑上。該繪圖處理單元電壓調整機制可以施加一偏置量到該基準電壓。基於該基準電壓與該反饋電壓之間的差異，其中該基準電壓已經施加到該偏置電壓。該繪圖處理單元電壓可由一第一電壓切換到一第二電壓。

第五圖所示為根據本發明一具體實施例中由一繪圖處理單元之一脈衝寬度調變式電源供應子系統所執行的示例作業500之流程圖。在步驟502中，回應於該繪圖處理單元的一操作電壓需求而產生一偏置量。該繪圖處理單元可設定成自一第一操作狀態切換到一第二操作狀態。該第一操作狀態需要一第一操作電壓，而該第二操作狀態需要一第二操作電壓。

在步驟504中，該偏置量被施加到關聯於該第一操作狀態之資訊。該資訊可為一電壓或一工作循環比例。如前所述，該偏置量可以造成由該第一操作電壓到該第二操作電壓之一電壓變化。

以上的說明例示了本發明之多種具體實施例，以及如何實作本發明之態樣的範例。上面的範例、具體實施例、指令語意以及圖式都不應該看待為唯一的具體實施例，而是用來說明下列申請專利範圍所定義的本發明彈性與優點。

100‧‧‧電腦系統

110‧‧‧脈衝寬度調變式電源供應子系統

120‧‧‧繪圖處理單元

130‧‧‧電壓調節器

140‧‧‧錯誤放大器

150‧‧‧脈衝寬度調變電路

160‧‧‧閘極邏輯

163‧‧‧第一電壓信號

164‧‧‧反饋電路

165‧‧‧電壓分壓器

166‧‧‧反饋電壓信號

168‧‧‧第二電壓信號

172‧‧‧差異信號

200‧‧‧電腦系統

210‧‧‧脈衝寬度調變式電源供應子系統

211‧‧‧繪圖處理單元

212‧‧‧反饋電路

213‧‧‧電壓調節器

214‧‧‧錯誤放大器

216‧‧‧脈衝寬度調變電路

217‧‧‧繪圖處理單元電壓調整機制

222‧‧‧偏置邏輯

223‧‧‧電壓分壓器

224‧‧‧轉換器

225‧‧‧開關

226‧‧‧偏置量設定機制

227‧‧‧基準電壓

228‧‧‧偏置電壓

229‧‧‧偏置量設定機制輸出

232‧‧‧反饋電壓

234‧‧‧偏置邏輯輸出

236‧‧‧差異信號

236‧‧‧脈衝信號

239‧‧‧繪圖處理單元電壓

300‧‧‧電腦系統

310‧‧‧脈衝寬度調變式電源供應子系統

311‧‧‧繪圖處理單元

312‧‧‧反饋電路

313‧‧‧電壓調節器

314‧‧‧錯誤放大器

316‧‧‧脈衝寬度調變電路

317‧‧‧繪圖處理單元電壓調整機制

322‧‧‧偏置邏輯

323‧‧‧電壓分壓器

324‧‧‧轉換器

325‧‧‧開關

326‧‧‧偏置量設定機制

327‧‧‧基準電壓

328‧‧‧偏置電壓

329‧‧‧輸出

332‧‧‧反饋電壓

334‧‧‧偏置邏輯輸出

336‧‧‧差異信號

339‧‧‧繪圖處理單元電壓

400‧‧‧電腦系統

410‧‧‧脈衝寬度調變式電源供應子系統

411‧‧‧繪圖處理單元

412‧‧‧反饋電路

413‧‧‧電壓調節器

414‧‧‧錯誤放大器

416‧‧‧脈衝寬度調變電路

417‧‧‧繪圖處理單元電壓調整機制

418‧‧‧第一電壓源

422‧‧‧偏置邏輯

423‧‧‧電壓分壓器

424‧‧‧轉換器

425‧‧‧開關

426‧‧‧偏置量設定機制

427‧‧‧基準電壓

428‧‧‧偏置工作比例電壓

428‧‧‧第一偏置工作比例

429‧‧‧繪圖處理單元電壓

432‧‧‧反饋電壓

434‧‧‧差異工作比例信號

436‧‧‧輸出

438‧‧‧第二偏置工作比例

500‧‧‧作業

所以，可以詳細瞭解本發明上述特徵之方式中，本發明的一更為特定的說明簡述如上，其可藉由參照到實作例來進行，其中一些例示於所附圖式中。但應注意所附屬圖式僅例示本發明的典型實作例，因此其並非要做為本發明之範圍的限制，本發明自可包含其它同等有效的實作例。

第一圖為根據先前技術中具有使用一脈衝寬度調變電路以提供一電壓輸出至一繪圖處理單元的一繪圖處理子系統之一示例電腦系統；第二圖為根據本發明一具體實施例之一示例電腦系統的一簡化方塊圖；第三圖為根據本發明一具體實施例之一示例電腦系統的一簡化方塊圖；第四圖為根據本發明一具體實施例之一示例電腦系統的一簡化方塊圖；及第五圖為根據本發明一具體實施例中由一繪圖處理單元之一脈衝寬度調變式電源供應子系統所執行的示例作業之流程圖。

200‧‧‧電腦系統

210‧‧‧脈衝寬度調變式電源供應子系統

211‧‧‧繪圖處理單元

212‧‧‧反饋電路

213‧‧‧電壓調節器

214‧‧‧錯誤放大器

216‧‧‧脈衝寬度調變電路

217‧‧‧繪圖處理單元電壓調整機制

222‧‧‧偏置邏輯

223‧‧‧電壓分壓器

224‧‧‧轉換器

225‧‧‧開關

226‧‧‧偏置量設定機制

227‧‧‧基準電壓

228‧‧‧偏置電壓

229‧‧‧偏置量設定機制輸出

232‧‧‧反饋電壓

234‧‧‧偏置邏輯輸出

236‧‧‧差異信號

236‧‧‧脈衝信號

239‧‧‧繪圖處理單元電壓

Claims (10)

1. 一種利用一電源供應子系統供電給一繪圖處理單元(GPU)的方法，包含：根據一反饋電壓，而產生一偏置量，該反饋電壓指示該繪圖處理單元的一目前電壓；將該偏置量加上該反饋電壓，以產生一加總電壓；及根據該加總電壓和一基準電壓的差距，決定該繪圖處理單元的一操作電壓需要由該目前電壓變為一第二電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該偏置量可為正值或負值。
3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，另包含產生該基準電壓。
4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該偏置量基於該反饋電壓和該第二電壓而產生。
5. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該偏置量為該反饋電壓的一百分比。
6. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該偏置量為與該反饋電壓的一百分比及該基準電壓之間的差異成比例的一變數。
7. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該偏置量為該第二操作電壓的一百分比及該基準電壓之間的差異。
8. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該偏置量為基於該反饋電壓的一百分比及該基準電壓的一比例而產生。
9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該偏置量係關聯於一工作循環信號。
10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該工作循環由一脈衝寬度調變電路所使用。