动态电压裕度恢复制造技术

在一个实施方案中，集成电路包括部件(例如，处理器)和控制电路的多个实例。该实例可被配置为在各种模式中操作。该模式中的一些模式无法呈现电源上的最坏情况负荷。该控制电路可被配置为监测实例并检测实例正在其中操作的模式。基于该监测，该控制电路可请求恢复针对该实例中的最坏情况状况所创建的电压裕度的一部分。如果该实例要改变模式，则其可被配置为从控制电路请求模式变化。如果模式变化使得当前供电电压幅值增大(例如，使所恢复的电压裕度中的一些电压裕度复原)，则控制电路可导致复原并允许其在准许模式变化之前完成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及集成电路中的电源管理领域。
技术介绍
给定集成电路可包括多种部件，并且在某些情况下可包括相同部件的多个实例。例如，片上系统(SOC)可包括形成SOC的中央处理单元(CPU)的一个或多个处理器、一个或多个存储器控制器、各种外围电路(诸如图形设备、显示控制器、图像处理部件、音频处理部件、联网部件、外围接口控制器等)。每个部件被设计成以指定时钟频率(或简单地说频率)和对应的供电电压幅值进行操作。不同的部件可具有不同的操作点(频率/供电电压幅值对)，并且如果电压幅值在使用期间不同，则在集成电路中可能存在不同的供电电压层。在使用期间提供给部件的实际供电电压幅值大于设计该部件所针对的供电电压幅值。差值的显著的一部分(被称为电压裕度，或简称为裕度)考虑到可能的电压损耗(被称为电压降或下降)。具体地在使用期间供电电压变动的重要来源是由于向集成电路提供电力的电源管理单元和集成电路内的负载之间的电阻所导致的电流-电阻(IR)下降。电阻可包括电路板上的导体中的电阻、集成电路封装的引脚和集成电路内的负载(例如，集成电路的部件)之间的导体中的电阻等。部件消耗的电流越大，IR降越高。另外，电流的显著变化使得瞬态电压下降(被称为L*di/dt电压下降，由于系统中的电感和瞬态电流改变的组合导致压降)。为了确保部件在所有情况下适当地操作，假设针对部件的最坏情况的电流和di/dt状况并增大所需供电电压幅值以确保即使最坏情况的状况发生，部件所经受的供电电压幅值也足以正确操作。在包括部件的多个实例(例如，多个处理器)的情况下，假设所有实例同时在最坏情况下操作并且确定对应的电压裕度。保持比本来所需值更高的供电电压幅值消耗电力和高端性能。IR降和L*di/dt下降高度依赖于工作负荷，其随活动态实例的数量以及工作负荷是否正利用大多数耗电量大的实例而变化。因此，在实例不呈现电源的最坏情况负荷时，电压裕度大于所需值并且功率消耗高于必要值。
技术实现思路
在一个实施方案中，集成电路包括部件和控制电路的多个实例。该实例可被配置为在各种模式中操作，其中一些模式无法呈现电源上的最坏情况负荷。该控制电路可被配置为监测实例并检测实例正在其中操作的模式。基于该监测，该控制电路可请求恢复针对该实例中的最坏情况状况所创建的电压裕度的一部分。如果该实例要改变模式，则其可被配置为从控制电路请求模式变化。如果模式变化使得当前供电电压幅值增大(例如，使所恢复的电压裕度中的一些电压裕度复原)，则控制电路可导致复原并允许其在准许模式变化之前完成。在各种实施方案中，该电压裕度恢复可通过减小供电电压幅值或在相同供电电压幅值下增大频率而发生。在一些实施方案中，有效功率/性能比可更优化并且可随条件动态变化。在一个实施方案中，该部件可为SOC的处理器(CPU)。该处理器可包括用于执行各种类型的指令操作的指令执行管道。在某些模式中，该指令执行管道中的一个或多个指令执行管道可被禁用，这可确保最坏情况供电负荷被阻止。为了启用或禁用管道，该处理器可被配置为请求控制电路的许可，该控制电路可被配置为监测每个处理器实例的模式，以确定电压裕度恢复是否被复原(部分地或全部地)，并且在准许该请求之前之前使所恢复的电压裕度复原。附图说明现在对附图进行简要说明，下面的具体说明将参照附图进行描述。图1为示出电压和可能电压裕度恢复的图示。图2为片上系统(SOC)的一个实施方案的框图。图3为图2所示的自动功率状态控制器(APSC)的一个实施方案的框图。图4为示出APSC执行电压裕度恢复的一个实施方案的操作的流程图。图5为示出APSC执行频率恢复的一个实施方案的操作的流程图。图6为在图2中所示的处理器的一个实施方案的框图。图7为示出在图6中所示的操作监视器和管道控制电路的一个实施方案的操作的框图。图8为系统的一个实施方案的框图。图9为在图3中所示的电压调节电路的一个实施方案的框图。尽管本专利技术易受各种修改形式和替代形式的影响，但附图中以举例的方式示出了其具体实施方案并将在本文详细描述。然而，应当理解，附图及对附图的详细描述并非旨在将本专利技术限制于所公开的特定形式，而正相反，其目的在于覆盖落在由所附权利要求所限定的本专利技术的实质和范围内的所有修改形式、等同形式和替代形式。本文所使用的标题仅用于组织的目的，并非意在用于限制说明书的范围。如在整个专利申请中所使用的那样，以允许的意义(即，意味着具有可能性)而不是强制的意义(即，意味着必须)来使用字词“可能”。类似地，字词“包括”(“include”，“including”，和“includes”)是指包括但不限于。各种单元、电路或其他部件可被描述为“被配置为”执行一项或多项任务。在此类上下文中，“被配置为”是对通常意味着“具有”在操作期间执行这一项或多项任务的“电路”的结构的宽泛表述。因此，单元/电路/部件可被配置为即使在单元/电路/部件当前未接通时也执行该任务。通常，形成与“被配置为”对应的结构的电路可包括硬件电路。类似地，为了描述中方便，可将各种单元/电路/部件描述为执行一项或多项任务。此类描述应被解释成包括短语“被配置为”。表述被配置为执行一个或多个任务的单元/电路/部件意在明确地不援引35U.S.C.§112，第六段对该单元/电路/部件的解释。本说明书包括参考“一个实施方案”(“one embodiment”或“an embodiment”)。短语“在一个实施方案中”或“在实施方案中”的出现不一定指相同的实施方案，尽管通常设想包括特征的任何组合的实施方案，除非在此明确地否认。特定特征、结构或特性可以与本公开一致的任何适当的方式结合。具体实施方式现在转向图1，其示出描述了将安全用于SOC中的处理器的不同操作模式的最小供电电压幅值，诸如图2所示并在下文详细论述的。线2表示最小供电电压幅值，该处理器在该最小供电电压幅值处被设计为正确地操作。即，在不存在由IR降、L*di/dt电压下降以及其他此类因素所导致的供电电压变动的情况下，由线2所表示的供电电压幅值将足以确保处理器的正确操作。以另一种方式来看，线2为针对理想电源(无阻抗和无穷大载流量)的足以向处理器直接提供电力的供电电压幅值。线6表示在所有处理器处于活动态、在高性能模式中执行的情况下的最小安全供电电压幅值，该高性能模式允许来自每个处理器的最坏情况供电负荷。由线6所表示的供电电压幅值包括超过理想供电最小值的裕度(由线7表示)，以确保在由“实际”因素诸如供电分布层中阻抗(例如，电阻和电感)、互连至封装引脚、L*di/dt瞬态效应等引起的任何供电电压变动下正确操作。线4表示中间供电电压幅值。在无法从处理器(或至少一些处理器)得到最坏情况的供电负荷的情况下，中间水平使用起来将是安全的。例如，可执行少于所有的处理器(例如，可对一些处理器进行时钟门控或功率门控)。如果并非所有处理器在执行，则即使所执行的处理器处于高性能模式中，电源上的总负荷也可能小于在所有处理器在高性能模式中执行的情况下的最坏情况的可能负荷。除此之外或另选地，处理器中的一个或多个处理器可在低性能状态下执行，该低性能状态不允许那些处理器呈现供电负荷上的最坏情况负荷。非活动态处理器和低性能状态处理器可为安全供电电压降低的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，包括：部件的多个实例，其中每个实例能够在多种模式中操作；控制电路，所述控制电路耦接至所述多个实例，其中所述控制电路被配置为检测所述多个实例中的一个或多个实例正在所述多种模式中的第一模式中操作，其中所述第一模式排除最坏情况供电负荷，针对所述最坏情况供电负荷在编程到所述系统中的用于向所述多个实例供电的供电电压幅值中创建电压裕度，并且其中所述控制电路被配置为响应于检测到所述多个实例中的所述一个或多个实例正在所述第一模式中操作而请求减小的供电电压幅值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.07 US 14/200,2161.一种系统，包括：部件的多个实例，其中每个实例能够在多种模式中操作；控制电路，所述控制电路耦接至所述多个实例，其中所述控制电路被配置为检测所述多个实例中的一个或多个实例正在所述多种模式中的第一模式中操作，其中所述第一模式排除最坏情况供电负荷，针对所述最坏情况供电负荷在编程到所述系统中的用于向所述多个实例供电的供电电压幅值中创建电压裕度，并且其中所述控制电路被配置为响应于检测到所述多个实例中的所述一个或多个实例正在所述第一模式中操作而请求减小的供电电压幅值。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述部件为处理器，并且其中所述处理器包括被配置为执行第一类型的操作的多个执行管道，并且其中所述第一模式包括禁用所述多个执行管道中的一个或多个执行管道。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述部件的第一实例被配置为请求转换到第二模式，在所述第二模式中，所述最坏情况供电负荷被允许，并且其中所述控制电路被配置为在准许该请求之前增大所述供电电压幅值。4.根据权利要求3所述的系统，其中所述第一实例被配置为请求转换到所述第一模式，并且其中所述控制电路被配置为准许该请求，并且其中控制单元被配置为确定转换到所述第一模式允许所述供电电压幅值减小，并且其中所述控制电路被配置为响应于所述确定而减小所述供电电压幅值。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制电路包括针对所述多个部件可允许的供电电压幅值和频率设置的表，并且其中所述表的每个条目进一步包括基于所述多个实例的模式可允许的一个或多个电压幅值减小，并且其中所述控制电路被配置为响应于所述供电电压幅值和来自所述表的当前选择的条目的所述一个或多个电压幅值减小而确定所述减小的供电电压幅值。6.根据权利要求5所述的系统，其中所述控制电路被配置为保持用于表示所述多个实例正在其中操作的所述多种模式的组合的值，其中所述多个实例中的不同实例能够在所述多种模式中的不同模式中同时操作，并且其中所述值控制所述一个或多个电压幅值减小中的哪一个电压幅值减小被选择以生成所请求的供电电压幅值。7.根据权利要求6所述的系统，其中所述表中的每个条目进一步包括针对所述值的最大值，并且其中所述控制电路被配置为响应于所述值达到所述最大值而不允许转换到所述多种模式中的一种或多种模式。8.根据权利要求7所述的系统，其中所述表的第一条目包括超过可允许极限的供电电压幅值和频率组合，其中所述控制电路被配置为响应于对于所述多个实例中的一个实例的所述多种模式之间的请求的变化所述最大值...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·H·米里尔斯，C·H·齐格勒，D·C·穆雷，JS·李，R·库马，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：美国;US