处理设备的基于电压的热控制制造技术

本文中呈现了用于计算系统和处理设备的热减少和电压调整技术。在第一示例中，一种操作用于处理设备的电压控制系统的方法包括：以所选择的性能水平操作计算组件中的处理设备，该处理设备被供应有第一电压电平处的至少一个输入电压。该方法包括监视与计算组件相关联的热信息，并且当该热信息指示与计算组件相关联的温度超过阈值温度时，将被供应给处理设备的该至少一个输入电压电平调整到低于第一电压电平的第二电压电平，并且继续以所选择的性能水平操作处理设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】处理设备的基于电压的热控制背景集成电路(诸如计算系统和相关联的处理器设备中所采用的那些集成电路)通常消耗与电源电压、工作频率、性能水平相关的电功率或根据各种泄漏和寄生元件的特性消耗电功率。计算设备(诸如计算机、笔记本电脑、台式电脑、服务器、智能电话、游戏机等等)中的功率消耗可具有被分配给主处理器、图形处理器或片上系统(SoC)元件的大量功率预算。这些处理器可包括将集成电路器件的特定部分之间的功率消耗隔离(诸如到各自具有对应电源电压要求的特定处理或图形核)的一个以上的域。概览本文中呈现了用于计算系统和各种设备的热减少和电压调整技术。在第一示例中，一种操作用于处理设备的电压控制系统的方法包括：以所选择的性能水平操作计算组件中的处理设备，该处理设备被供应有第一电压电平处的至少一个输入电压。该方法包括监视与计算组件相关联的热信息，并且当该热信息指示与计算组件相关联的温度超过阈值温度时，将被供应给处理设备的该至少一个输入电压电平调整到低于第一电压电平的第二电压电平，并且继续以所选择的性能水平操作处理设备。提供本概览以便以简化的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的概念的选集。可以理解，本概览并不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。附图简述参考以下附图可更好地理解本公开的许多方面。尽管结合这些附图描述了若干实现，但是本公开不局限于本文中所公开的这些实现。相反，意图是要覆盖所有的替代方案、修改和等价物。图1解说了一种实施方式中的电压调整环境。图2解说了一种实施方式中的操作电压调整环境的方法。图3包括解说一种实施方式中的电压和功率降低的曲线图。图4解说了一种实施方式中的电压调整环境。图5解说了一种实施方式中的电压调整环境的操作。图6解说了一种实施方式中的热电压调整的操作。图7解说了适用于实现本文中所公开的任何架构、平台、过程、方法和操作场景的示例计算系统。图8解说了一种实施方式中的操作安全电压过程的方法。详细描述计算设备(诸如计算机、笔记本电脑、台式电脑、服务器、智能电话、游戏机等等)中的功率消耗可具有被分配给主处理器或片上系统(SoC)元件的大量功率预算。随着处理诉求在计算设备中的增加，相关联的功率消耗已成比例地升高，从而导致设备封装、电池寿命、散热、风扇噪声和相关联的计算设备的速度限制方面的各种困难。当制造集成电路器件(诸如处理器或处理设备)时，大量的电压裕度被包括在内以计及各部件间变化、系统集成裕度和寿命终止(EoL)裕度以及其他裕度。这些裕度允许均匀性且易于制造测试，但具有更高的电压和功耗。在集成电路和相关联的装备中以较高的电压和功耗工作可导致增加的组件应力和较低的组件长期可靠性。处理设备也可以使用微制造工艺来被制造，该微制造工艺缩小特征几何形状并产生设备电容中的相关联的减小和工作电压要求中的减小，这可导致功率消耗的降低。然而，设备泄漏对于这些较小的几何形状而言可能变为更严重的问题。这些处理设备还可包括将特定部分之间的功率消耗隔离(诸如到各自具有对应电源电压要求的特定处理核或图形核)的一个以上的功率域。诸如通过降低/减慢工作频率或使选择性功率域掉电等对处理设备进行扼流可被采用以降低功率消耗并降低计算设备的相关联的温度。扼流或选择性掉电的一些示例包括通过禁用时钟或特定逻辑功能来仅限制AC功率，同时保持DC功率消耗不受影响。DC功率消耗可以通过使处理设备的各部分或整个处理设备掉电来被降低。然而，处理设备的能力和性能通常在这些扼流操作期间被削减。其他功率节省技术涉及提供具有改进的操作效率的系统级电压调节器和电源。本文中所描述的各种示例和实现有利地提供处理设备和相关联的计算系统中的较低功率消耗，而不改变处理设备和相关联的计算系统的性能水平。讨论了用于计算系统和处理设备的电压降低技术，以确定低于制造商指定的电压的经降低的工作电压。这些经降低的工作电压可导致功耗中的相关联的降低。而且，各技术和实现解说了一旦被确定就采用这些经降低的工作电压(诸如在具有安全特征的系统中)以限制工作电压的改变或在热管理方面进行辅助的各种方式。本文中的电压调整技术在计算组件的各种系统组件的上下文中运行处理设备，诸如片上系统(SoC)设备。这些系统组件可包括在处理设备的功能测试期间运行的一个或多个外壳、热管理元件(诸如冷却风扇、散热器或热管)、存储器元件(诸如随机存取存储器或高速缓冲存储器)、数据存储元件(诸如大容量存储设备)以及功率电子元件(诸如电压调节或电转换电路系统)等等。而且，本文中的电压调整技术在操作上运行处理设备的内部组件或各部分，诸如处理核心元件、图形核心元件、北桥(northbridge)元件、输入/输出元件或处理设备的其他集成特征。在处理设备的制造期间，制造测试可以针对制造商指定的工作电压来调整各种电压设置，以用于处理设备的各种相关联的电压域或电压轨。当被放置到计算装置(诸如计算机、服务器、游戏系统或其他计算设备)中时，电压调节元件使用这些制造商指定的工作电压来向处理设备提供合适的输入电压。电压表(voltagetable)可被采用，该电压表将处理设备的各部分与制造商指定的工作电压以及这些部分的特定时钟频率相关联。因此，硬编码的频率/电压(F/V)表在许多处理设备中被采用，其可经由熔丝元件来被设置以指示支持用于不同电压域和工作频率的电路系统优选的电压。在一些示例中，这些熔丝元件包括电压标识符(VID)，其指示制造商指定的工作电压的标准化表示。内建系统测试(BIST)电路系统可被采用以测试处理设备的各部分，但是该BIST电路系统通常仅激活处理设备的一小部分并且仅经由专用和预定的测试路径。尽管BIST电路系统可针对处理设备测试制造的正确性/验证，但是BIST电路系统经常无法捕捉仍然满足BIST阈值的设备之间的制造变化。设备之间的制造变化包括金属宽度、金属厚度、金属层之间的绝缘材料厚度、接触和通孔电阻的变化、或跨多晶体管类型的晶体管电气特性的变化，并且所有变化都对功能操作中的功率消耗的实际结果具有影响。这些结构不仅因处理设备而异，而且它们基于计及所有这些结构中甚至微妙的属性差异的正常的工艺变化和光刻差异而在处理设备内变化。作为结果，经降低的工作电压可以变化，并且实际上在每个处理设备上可以是唯一的。BIST通常还在特定测试条件下产生通过/失败结果。该测试条件通常与用于性能(和功率)的实际系统操作显著不同，使得它无法准确地表示设备的系统功率和性能能力。由于BIST结果和功能结果之间存在大量可变性，因此可以发现BIST所采用的电压足以进行操作，但可能采用大量的电压裕度。与BIST测试相反，本文中所描述的功能测试采用功能模式，该功能模式不仅激活整个处理设备而且还激活可以与处理设备共享功率域或其他元件的上下文环境系统的其他组件。在本文中的示例中，功能测试被采用以确定处理设备的经降低的工作电压(Vmin)，所述处理设备诸如片上系统(SoC)设备、图形处理单元(GPU)或中央处理单元(CPU)。这些功能测试运行系统级程序，该系统级程序不仅测试处理设备，而且测试其中处理设备被安装的整个计算系统。有针对性的应用可被采用，该应用运行计算系统和处理设备以确保处理设备内的特定处理单元被适当地激本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种操作用于处理设备的电压控制系统的方法，所述方法包括：以所选择的性能水平操作计算组件中的所述处理设备，所述处理设备被供应第一电压电平处的至少一个输入电压；监视与所述计算组件相关联的热信息；当所述热信息指示与所述计算组件相关联的温度超过阈值温度时，将被供应给所述处理设备的所述至少一个输入电压电平调整到低于所述第一电压电平的第二电压电平，并且继续以所选择的性能水平操作所述处理设备。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.10 US 15/178,9121.一种操作用于处理设备的电压控制系统的方法，所述方法包括：以所选择的性能水平操作计算组件中的所述处理设备，所述处理设备被供应第一电压电平处的至少一个输入电压；监视与所述计算组件相关联的热信息；当所述热信息指示与所述计算组件相关联的温度超过阈值温度时，将被供应给所述处理设备的所述至少一个输入电压电平调整到低于所述第一电压电平的第二电压电平，并且继续以所选择的性能水平操作所述处理设备。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述第一电压电平包括针对所述处理设备的制造商指定的工作电压，并且其中所述第二电压电平包括低于所述制造商指定的工作电压的电压，其中低于所述制造商指定的工作电压的所述电压使用电压调整过程来被确定，所述电压调整过程标识所述处理设备在所述计算组件中以所选择的性能水平操作时的至少一个最小工作电压。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电压调整过程包括将经递增地调整的输入电压施加到所述处理设备、根据在所述计算组件的相关联的系统元件的上下文中运行所述处理设备的功能测试来操作所述处理设备，以及在施加每个所述经递增地调整的输入电压期间监视至少所述处理设备的操作故障以确定所述至少一个最小工作电压。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所选择的性能水平包括与所述至少一个输入电压电平相关联的所述处理设备的逻辑部分的所选择的工作频率。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：当所述热信息指示与所述计算组件相关联的所述温度超过第二阈值温度时，调整所述计算组件的热管理元件以降低所述温度并继续以所选择的性能水平操作所述处理设备。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：当所述热信息指示与所述计算组件相关联的所述温度超过所述阈值温度并且所述至少一个输入电压电平已被降低到所述处理器设备的预定最小工作电压时，将所述处理设备的性能降低到比所选择的性能水平更低的性能水平。7.一种装置，包括：一个或多个计算机可读存储介质；被储存在所述一个或多个计算机可读存储介质上的程序指令，所述指令在由计算系统执行时指示所述计算系统至少：以所选择的性能水平操作所述计算系统的处理器设备，所述处理器设备被供应有第一电压电平处的至少一个输入电压；监视与所述计算系统相关联的热信息；当所述热信息指示与所述计算系统相关联的温度超过阈值温度时，将被供应给所述处理器设备的所述至少一个输入电压电平调整到低于所述第一电压电平的第二电压电平，同时继续以所选择的性能水平操作所述处理器设备。8.根据权利要求7所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·P·霍维斯，G·D·布兰肯伯格，P·A·阿特金森，R·J·雷，A·F·埃尔南德斯莫伊察，S·博什拉利雅得，ES·威，B·K·朗根多夫，
申请(专利权)人：微软技术许可有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US