TWI760722B

TWI760722B - 自適性電壓定比量測方法及相關的電子裝置

Info

Publication number: TWI760722B
Application number: TW109111279A
Authority: TW
Inventors: 賴照民; 王鴻瑋; 張堂洪; 謝瀚頡; 郭俊儀
Original assignee: 瑞昱半導體股份有限公司
Priority date: 2019-11-10
Filing date: 2020-04-01
Publication date: 2022-04-11
Also published as: CN112782461B; CN112782461A; TW202119165A

Abstract

本發明揭露一種自適性電壓定比量測方法，其包含有以下步驟：將一系統晶片安裝至一印刷電路板上，並連接至一儲存元件；致能該系統晶片以自該儲存元件讀取一啟動程式碼，並執行該啟動程式碼以對該系統晶片進行自適性電壓定比量測，以決定出該系統晶片分別在多個操作頻率下的多個目標供應電壓值，並據以建立出一自適性電壓定比查找表；以及將該自適性電壓定比查找表儲存在該系統晶片或是該儲存元件中。

Description

自適性電壓定比量測方法及相關的電子裝置

本發明係有關於自適性電壓定比量測方法。

在一般的消費性電子產品中，系統晶片中的中央處理器(Central Processing Unit，CPU)以及圖形處理器(Graphics Processing Unit，GPU)通常是效能的重要指標，而中央處理器以及圖形處理器的最高操作頻率越高則代表性能越好。然而，操作頻率越高也需要越高的供應電壓，因而導致更高的功耗且也會影響到電子產品的壽命。此外，因為晶片的製程分布的問題，速度越快的晶片可以使用較低的供應電壓，而速度越慢的晶片則需要使用較高的供應電壓來完成操作。

然而，考慮到製程分布以及晶片的良率問題，傳統方法中決定供應電壓的方法是遷就速度最慢的晶片，亦即不管是速度慢或是速度快的晶片，在相同的操作頻率下都使用相同的供應電壓。然而，如此一來雖然速度較慢的晶片可以因此而正常的操作，但是速度較快的晶片則會因為操作在不需要的高供應電壓而導致漏電流的增加，而增加了功耗。因此，為了解決上述問題以讓晶片操作在適合的供應電壓，自適性電壓定比(Adaptive Voltage Scaling，AVS)技術被發展出來以針對每一個晶片建立出一個自適性電壓定比查找表(AVS查找表)，以供電子產品在實際操作過程中可以AVS查找表來決定出最適合的供應電壓。然而，由於在量產測試過程中進行AVS的量測會需要較多的時間而影響到了產線的運作，再加上在量產過程中晶片的測試機台與最終電子產品的環境差異很大(例如，印刷電路板上電路布局的差異)，且測試機台與最終電子產品要建立環境相關性上有困難，故在量產測試過程所建立的AVS查找表可能不適合最終電子產品的使用。

因此，本發明的目的之一在於提供一種AVS量測方法，其可以在系統晶片安裝至最終產品之印刷電路板上之後，再進行AVS量測以建立出AVS查找表，以解決先前技術中所述的問題。

在本發明的一個實施例中，揭露了一種自適性電壓定比量測方法，其包含有以下步驟：將一系統晶片安裝至一印刷電路板上，並連接至一儲存元件；致能該系統晶片以自該儲存元件讀取一啟動程式碼，並執行該啟動程式碼以對該系統晶片進行自適性電壓定比量測，以決定出該系統晶片分別在多個操作頻率下的多個目標供應電壓值，並據以建立出一自適性電壓定比查找表；以及將該自適性電壓定比查找表儲存在該系統晶片或是該儲存元件中。

在本發明的另一個實施例中，揭露了一種包含一系統晶片以及一儲存元件的電子裝置，其中當該系統晶片致能時，該系統晶片自該儲存元件讀取一啟動程式碼，並執行該啟動程式碼以對該系統晶片進行自適性電壓定比量測，以決定出該系統晶片分別在多個操作頻率下的多個目標供應電壓值，並據以建立出一自適性電壓定比查找表；以及該系統晶片將該自適性電壓定比查找表儲存在該系統晶片中的一記憶體或是該儲存元件中。

100:電子裝置

102:印刷電路板

110:電源管理晶片

120:系統晶片

122:中央處理器

123:感測器

124:圖形處理器

125:感測器

130:儲存元件

132:作業系統

134:啟動程式碼

210:時脈與測試資料產生電路

220:可程式化延遲電路

230:判斷電路

310_1~310_4:核心電路

312_1~312_5:感測器

400~406:步驟

CLK,CLK’:時脈訊號

DATA,DATA’:測試資料

VDD_1~VDD_N:供應電壓

第1圖為根據本發明一實施例之電子裝置的示意圖。

第2圖為感測器的示意圖。

第3圖為根據本發明一實施例之中央處理器的示意圖。

第4圖為根據本發明一實施例之一種AVS量測方法的流程圖。

第1圖為根據本發明一實施例之電子裝置100的示意圖。如第1圖所示，電子裝置100包含了一印刷電路板102，印刷電路板102包含了一電源管理晶片110、一系統晶片120以及一儲存元件130，其中系統晶片120包含了一中央處理器122以及一圖形處理器124，中央處理器122以及圖形處理器124分別包含了感測器123、125以供AVS量測，且儲存元件130包含了一作業系統132以及一啟動程式碼134。在一實施例中，系統晶片120及儲存元件130可整合在同一個系統晶片中。在本實施例中，電子裝置100可以是任何電子產品，例如機上盒(set-top box)、行動電話、平板電腦、筆記型電腦、桌上型電腦、電視....等等，且電子裝置100可以是上述電子產品的最終產品或是半成品(例如，尚未安裝上外殼)。

在本實施例中，系統晶片120係在安裝至印刷電路板102上之後才開始進行AVS量測，例如印刷電路板102於工廠內的一測試階段進行AVS量測，以建立出AVS查找表。因此，由於系統晶片120是在電子產品100的最終產品或是半成品上才進行AVS量測，故可以反映出系統晶片120在操作時受到印刷電路板102上其他元件布局的影響，故決定出的AVS查找表可以確實反映出系統晶片120的真實操作狀態，具有較高的準確性。

具體來說，假設系統晶片120已安裝至印刷電路板102上並與電源管理晶片110及儲存元件130連結，且儲存元件130上已寫入了作業系統132以及啟動程式碼134，此時，當電子裝置100第一次開機時，系統晶片120中的中央處理器122會自儲存元件130中讀取啟動程式碼134，並執行啟動程式碼134以控制/指示電源管理晶片110產生多個不同的供應電壓值至系統晶片120，以供中央處理器122透過感測器123來進行AVS量測以決定出中央處理器122分別在多個第一操作頻率下的多個第一目標供應電壓值；此外，圖形處理器124也透過感測器125來進行AVS量測以決定出圖形處理器124分別在多個第二操作頻率下的多個第二目標供應電壓值；最後，再分別根據所決定出之中央處理器122分別在多個第一操作頻率下的多個第一目標供應電壓值、以及所決定出之圖形處理器124分別在多個第二操作頻率下的多個第二目標供應電壓值，來建立出AVS查找表，並將AVS查找表儲存至系統晶片120內的記憶體或是儲存元件130中，以供後續使用。其中，記憶體及儲存元件130可以是但不限於非揮發性記憶體，例如：一次可編程記憶體(One-time programmable memory，OTP memory)、電子熔斷金屬熔絲(eFUSE)、快閃記憶體(flash)等。

詳細來說，參考第2圖所示之感測器200的示意圖，其中感測器200可以用來實現第1圖所示之感測器123、125中的任一者，且感測器200包含了一時脈與測試資料產生電路210、一可程式化延遲電路220以及一判斷電路230。以感測器200作為中央處理器122內的感測器123來做為說明，首先，中央處理器122 可以控制時脈與測試資料產生電路210產生具有第一操作頻率(例如，1GHz)的時脈訊號CLK及測試資料DATA，時脈與測試資料產生電路210輸出時脈訊號CLK及測試資料DATA至可程式化延遲電路220。且此時中央處理器122通知電源管理晶片110以依序產生由低至高的多個供應電壓VDD_1~VDD_N至中央處理器122，以使得可程式化延遲電路220輸出分別對應到多個供應電壓VDD_1~VDD_N的多筆時脈訊號CLK’以及測試資料DATA’，其中每一筆時脈訊號CLK’可以是時脈訊號CLK經過可程式化延遲電路220所產生的一延遲後時脈訊號，同樣的，每一筆測試資料DATA’可以是測試資料DATA經過可程式化延遲電路220所產生的一延遲後測試資料。接著，判斷電路230根據多筆測試資料DATA’、及/或多筆時脈訊號CLK’來判斷出在1GHz操作頻率下之目標供應電壓(最適合供應電壓)，例如判斷電路230可以先判斷出多筆測試資料DATA’中具有合格訊號品質之部分測試資料DATA’，並選擇部分測試資料DATA’所對應到之供應電壓中的最小供應電壓來做為最適合的供應電壓，舉例來說，假設在可程式化延遲電路220具有供應電壓VDD_4~VDD_N時所產生的測試資料DATA’都具有合格的訊號品質(例如，測試資料DATA’的型樣符合一預期型樣)，則判斷電路230會選擇VDD_4來做為目標供應電壓。接著，中央處理器122可以控制時脈與測試資料產生電路210產生具有另一第一操作頻率(例如，1.1GHz)的時脈訊號CLK及測試資料DATA，且透過上述操作來決定出在1.1GHz操作頻率下之目標供應電壓，....以此類推可以得到分別對應到多個第一操作頻率的多個第一目標供應電壓。同理，圖像處理器124也可以透過上述操作來得到分別對應到多個第二操作頻率的多個第二目標供應電壓。

需注意的是，第2圖所示之感測器200的電路架構以及操作細節僅是作為範例說明，而非是本發明的限制。在其他的實施例中，感測器200亦可有其他的設計與不同的操作方式，只要中央處理器122以及圖形處理器125可以分別透過感測器123、125來得到對應到不同操作頻率的最適合供應電壓即可。

在AVS查找表建立完成並儲存在系統晶片120內部或是儲存元件130之後，後續當使用者使用電子產品100時，中央處理器122及圖形處理器124便可以根據本身的操作頻率以自AVS查找表得到相關資訊，並將此資訊傳送至電源管理晶片110，以使得電源管理晶片110可以提供對應到中央處理器122及圖形處理器124之操作頻率的供應電壓。

在上述實施例中，系統晶片120可以只建立一個AVS查找表來同時供中央處理器122及圖形處理器124使用，或是可以建立兩個AVS查找表以分別供中央處理器122及圖形處理器124使用，亦即其中一個AVS查找表包含了中央處理器122之多個第一操作頻率及對應的多個第一目標供應電壓，且另一個AVS查找表包含了圖形處理器124之多個第二操作頻率及對應的多個第二目標供應電壓。

在第1圖所示的實施例中，系統晶片120係包含了中央處理器122以及圖形處理器124，然而，在其他的實施例中，系統晶片120可以僅包含一個處理器，例如僅包含中央處理器122。

在第1圖所示的實施例中，電源管理晶片110係位於系統晶片120之外，然而，在其他的實施例中，電源管理晶片110與系統晶片120可以整合在同一個封裝內，或是電源管理晶片110可以被整合為系統晶片120的一部分。

在第1圖所示的實施例中，中央處理器122以及圖形處理器124都只包含一個感測器，然而，在其他實施例中，中央處理器122以及圖形處理器124可以包含多個感測器以供產生AVS查找表。舉例來說，參考第3圖所示之中央處理器122的示意圖，其中中央處理器122包含了四個核心電路310_1~310_4，核心電路310_1~310_4分別包含了感測器312_1~312_4，且中央處理器122另外在四個核心電路310_1~310_4的中間設置了一個感測器312_5。在第3圖所示的實施例中，當電子裝置100第一次開機時，每一個感測器312_1~312_5都會根據上述感測器200的操作來到多個操作頻率的多個目標供應電壓，而由於每一個感測器312_1~312_5所對應到的核心電路並不相同，且所在的位置並不相同，因此所決定出之多個目標供應電壓也不一定相同。此時，為了確保中央處理器122可以順利操作，當感測器312_1~312_5針對一操作頻率得到兩個或以上的目標供應電壓時，中央處理器122在這些目標供應電壓中選擇最高目標供應電壓，以供建立AVS查找表。舉例來說，假設在1.1GHz的操作頻率下，感測器312_1~312_5所決定出的目標供應電壓分別是VDD_2、VDD_2、VDD_3、VDD_2、VDD_2，則中央處理器122會選擇目標供應電壓VDD_3，以供在AVS查找表中對應到1.1GHz的操作頻率。

需注意的是，在以上的實施例中，系統晶片120係在電子裝置100第一次開機時進行AVS量測以建立AVS查找表，以供後續使用者使用電子裝置100時使用。然而，考慮到內部電路元件老化以及其他系統問題，AVS查找表可能隨著時間而變得不再適用。因此，在本實施例中，中央處理器122及/或圖形處理器124可以週期性地或是根據一排程來進行AVS量測，以更新儲存在系統晶片120或是儲存元件130內的AVS查找表。

第4圖為根據本發明一實施例之一種AVS量測方法的流程圖。參考以上實施例所述的內容，AVS量測方法的流程如下所述。

步驟400：流程開始。

步驟402：將一系統晶片安裝至一印刷電路板上，並連接至一儲存元件。

步驟404：致能該系統晶片以自該儲存元件讀取一啟動程式碼，並執行該啟動程式碼以對該系統晶片進行AVS量測，以決定出該系統晶片分別在多個操作頻率下的多個目標供應電壓值，並據以建立出一AVS查找表。

步驟406：將該AVS查找表儲存在該系統晶片或是該儲存元件中。

簡要歸納本發明，在本發明之AVS量測方法中，係在系統晶片安裝至最終產品之印刷電路板上之後，再進行AVS量測以建立出AVS查找表以供使用者後續操作電子產品時使用。因此，AVS量測時由於系統晶片已經位於最終產品中，且其周邊元件也不會再有變動，因此所決定出的AVS查找表最有效地供系統晶片得到最適合的供應電壓。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。