电子装置内集成电路的热量控制系统及方法与流程

本发明有关于一种动态热量管理的方法及装置，更具体地，关于一种控制电子装置内集成电路的性能及温度的方法，以及相应装置。

背景技术：

一般来说，当便携式装置的表面温度超过40度时，便携式装置的使用者可能会遭受低温烫伤。因此，便携式装置性能加强之外，同时要将便携式装置的表面温度保持在40度以下。举例来说，便携式装置的处理器的操作频率与电压能被降低来降低移动装置的表面温度。

请参考图1，其显示手机的传统热量控制方法的时序图。如图1所示，传统的热量控制方法侦测手机SoC的当前温度，当SoC的温度达到90℃(即限制点)，传统的热量控制方法表明了一个众所周知的限制的情况(即要降低SoC的CPU频率)。因此，限制情况快速地降低CPU频率来降低SoC的温度，但是性能的降低很严重。

技术实现要素：

因此，本发明为了减少传统的热量控制方法所导致的性能降低，提出一种新的电子装置内集成电路的热量控制系统及方法。

本发明的一方面提供一种电子装置内集成电路的热量控制系统，该热量控制系统包含：传感单元，通过感知集成电路的温度提供第一温度信号，通过感知组件的温度提供第二温度信号；计算单元，根据该第二温度信号计算该集成电路的目标温度值；以及控制单元，根据该目标温度值与该第一温度信号来调整该集成电路的目标设定。

本发明另一方面提供一种电子装置内集成电路的热量控制方法，该热量控制方法包含：感知该集成电路的温度来提供第一温度信号；感知该电子装置的组件的温度来提供第二温度信号；根据该第二温度信号计算该集成电路的目标温度值；以及根据该目标温度值与该第一温度信号调整该集成电路的目标设定。

本发明所提出的电子装置内集成电路的热量控制系统及方法提供了一个更加灵活且具战略的方式来进行热量管理，使得电路性能基本不受影响，且集成电路与电子装置的温度维持在一个恰当的范围内。

本发明的这些及其他的目的对于本领域的技术人员来说，在阅读了下述优选实施例的详细说明以后是很容易理解和明白的，所述优选实施例通过多幅图予以揭示。

附图说明

图1显示手机的传统热量控制方法的时序图。

图2显示根据本发明一实施例的电子装置内的集成电路的热量控制系统的示意图。

图3显示根据本发明另一实施例的图2热量控制系统210的更细节示意图。

图4与图5显示根据本发明一实施例的如何计算集成电路的目标温度值的示意图。

图6显示根据本发明一实施例的电子装置内的集成电路的热量控制方法的流程图。

具体实施方式

本说明书及权利要求书使用了某些词语代指特定的组件。本领域的技术人员可理解的是，制造商可能使用不同的名称代指同一组件。本文件不通过名字的差别，而通过功能的差别来区分组件。在以下的说明书和权利要求书中，词语“包括”是开放式的，因此其应理解为“包括，但不限于...”。

根据本发明一实施例的电子装置可以由一个具有多核心的终端来实施，例如个人数字助理(PDA)，智能手机，平板电脑，便携式多媒体播放器，电子书，笔记本电脑，网络笔记本电脑，或者超级移动个人电脑(Ultra Mobile Personal Computer，U MPC)。

图2显示根据本发明一实施例的电子装置内的集成电路的热量控制系统的示意图。请参考2，根据本发明一实施例的电子装置200包含：热量控制系统210，集成电路230，以及组件250。集成电路230可以是系统上芯片(SoC)，而组件250可以是印刷电路板(PCB)。在一个实施例中，集成电路230加载或制造于组件250之上，且两者都完全被电子装置200的外壳(图未示)所覆盖。

热量控制系统210包含传感单元211，计算单元213以及控制单元215。传感单元211用于通过感知集成电路230的温度来提供第一温度信号TS1。传感单元211通过感知组件250的温度也提供一个第二温度信号TS2。计算单元213根据第二温度信号TS2来计算集成电路230的目标温度值。控制单元215根据目标温度值TTV(target temperature value)与第一温度信号TS1来调整集成电路230的目标设定TS。

图3显示根据本发明另一实施例的图2热量控制系统210的更细节示意图。在图3中，传感单元211包含第一传感器302与第二传感器304。第一传感器302可包含一个或多个芯片上热量传感器，用于通过感知集成电路230的温度来提供第一温度信号TS1。由第一传感器302感知的热量可来自于热源，包含但不限于，例如CPU，GPU，DSP或者移动计算单元(MCU)等处理器，例如GPS，WiFi，Bluetooth及调制解调器等的连接模块，以及充电电路，或者随机存取存储器(DRAM)。第二传感器304用于通过感知组件250的温度来提供第二温度信号TS2。当组件250是印刷电路板(PCB)，第二传感器304可以是一个或多个板上(On-board)热量传感器。请注意，在另一实施例中，第二传感器304并不限于“真正”传感器。换句话说，由第二传感器304提供的第二温度信号TS2从热量传感器计算得来。举例来说，第二温度信号TS2可以通过对一温度信号执行移动平均化操作来计算得到更稳定的温度值。

计算单元213包含第一处理电路306，第二处理电路308以及第三处理电路310。第一处理电路306接收第二温度信号TS2来相应计算基本温度值BTV。第二处理电路308接收第二温度信号TS2来相应计算调整温度值ATV。接着，第三处理电路310根据基本温度值BTV与调整温度值ATV计算目标温度值TTV。根据本发明的一个实施例，第三处理电路310将基本温度值BTV加上调整温度值ATV来得到目标温度值TTV。

控制单元215包含第四处理电路312与第五处理电路314。第四处理电路312基于集成电路230的当前功率预算(可储存在第四处理电路312内)、目标温度值TTV以及第一温度信号TS1的当前值来产生集成电路230的新功率预算NPB。第五处理电路314根据新功率预算NPB来产生集成电路230的目标设定TS。

图4与图5显示根据本发明一些实施例的如何计算集成电路230的目标温度值TTV。请在图3的基础上参考图4。第一处理电路306根据第二温度信号TS2的当前值以及数学函数来计算基本温度值BTV。数学函数由图4中的实线来表示(跨过点A，B与C)，显示出第二温度信号TS2的当前值与目标温度值TTV之间的映射。举例来说，当第二温度信号TS2的当前值是44℃，基本温度值BTV是60℃(点B)以及当第二温度信号TS2的当前值是41℃，基本温度值BTV是85℃(点A)。从这里可以看出，当第二温度信号TS2的当前值处于41℃到44℃之间，数学函数是对应第二温度信号TS2的当前值与基本温度值BTV的线性函数。

当第二温度信号TS2的当前值是42.5℃，第一处理电路306会计算出基本温度值BTV等于73.1℃(点C)。另外，第二处理电路308会根据第二温度信号TS2的之前值来计算调整温度值ATV。调整温度值ATV用来从基本温度值BTV增加或是降低目标温度值TTV。当调整温度值ATV是一个正值，第三处理电路310提供的目标温度值TTV会大于73.1℃(由虚线箭头401表示)。当调整温度值ATV是一个负值，由第三处理电路310提供的目标温度值TTV会小于73.1℃(由虚线箭头403表示)。

请参考图3与图5，其显示调整温度值ATV对目标温度值TTV的效果。图5显示两个不同的场景：第一场景显示与第二温度信号TS2-1相关的目标温度值TTV-1，而第二场景显示与第二温度信号TS2-2相关的目标温度值TTV-2。在一个稳定状态下(例如在500秒)，第二温度信号TS2-1很接近第二温度信号TS2-2；可是，目标温度值TTV-1(从TS2-1产生)很明显低于目标温度值TTV-2。这是因为第二处理电路308提供的调整温度值ATV比第一场景中的低。换句话说，即便在两个场景中由第一处理电路306提供的基本温度值BTV比较接近(因为TS2-1与TS2-2的当前值接近)，第二处理电路308计算的调整温度值ATV很不一样，使得结果目标温度值TTV在两个场景中大不相同。根据本发明的一个实施例，第二处理电路308在第二温度信号TS2的之前值的变化增大时减少调整温度值ATV。举例来说，在第二场景中，第二温度信号TS2-2的之前值具有更大的波动，特别是在150秒处。如此，相关的调整温度值ATV变低了，使得在500秒处获得的目标温度值TTV也低了。

请再参考图2，当第二温度信号TS2的之前值的变化更大(如TS2-2所示)，这表示电子装置200的表面温度更有可能超过一个可接收的范围，因为组件250的较大的温度波动；而且，目标温度值TTV应该被设得更低(如TTV-2所示)来确保电子装置200的表面温度在一个可接受范围内(例如<40℃)。

关于图2到图4，有一些需要注意的地方。首先，图4中的数学函数可基于试验或经验来获取。举例来说，第二温度信号TS2在点B的当前值是44℃；而44℃的值表示，在试验中，如果组件250的温度从长远来看会掉到44℃之下，那么电子装置200的表面温度是在可接受范围内。相反，如果组件250的温度超过44℃，电子装置200的表面温度可能会超出可接受范围，而用户会遭受低温烧伤。这样的话，44℃可能被认为是第二温度信号TS2的一个上限。同样，点B(60℃)的目标温度值TTV可通过试验得到；这个60℃的值表示集成电路230的目标温度值TTV在试验中长期固定在60℃，组件250的温度不会超过44℃。因此，电子装置200的热量管理的策略是将目标温度值TTV设定到一个期望值，这样会导致第二温度信号TS2低于上限，所以电子装置的表面温度在可接受范围内。

另一个实施例中，在A点的第二温度信号TS2的当前值是41℃。41℃的物理意义是第二温度信号TS2的当前值不超过41℃，这样就没有需要控制集成电路230的温度。也就是说，当第二温度信号TS2的当前值小于或等于41℃，没有必要来调整集成电路230的目标温度值TTV。这个41℃的边界可根据试验结果来获取。对于A点的目标温度值TTV(85℃)来说，这个85℃是从集成电路230的最大可接受温度减去一个正值来得到。在一个实施例中，集成电路230的最大可接受温度表示，如果集成电路230的温度超过了最大可接受温度，集成电路230会出问题或遭受永久物理损害。用最大可接受温度(例如100℃)减去一个正值(例如15℃)，集成电路230的目标温度值TTV最多在85℃，这样就保证了电路的安全运行。

请注意，组件250的第二温度信号TS2与集成电路230的目标温度TTV之间的温度映射是与每个设备有关的。也就是说，不同的电子装置可展现出不同的第二温度信号TS2的当前值与目标温度TTV之间特性。举例来说，点A与点B的特定温度值可每个设备都不同(即设备特定值)。根据本发明的实施例，当第二温度信号TS2的当前值是在一个设备特定范围内(例如41℃到44℃)，第二温度信号TS2当前值与基本温度值BTV之间所对应的数学函数是线性函数。根据本发明的另一实施例，设备特定范围(device-specific range)据有一个下限(41℃)，且当第二温度信号TS2的当前值小于下限的时候计算单元213不计算目标温度值TTV。

当第二温度信号TS2的当前值超过上限(44℃)时，目标温度TTV可能要尽量下调。举例来说，基本温度值BTV被第一处理电路306设定为下界值(lower bound value)，例如60℃。第二处理电路308计算调整温度值ATV，使得第三处理电路310能获取目标温度值TTV。这样，调整温度值ATV可为负值而目标温度值TTV可比下界值60℃更低。因此，在一个实施例中，当第二温度信号TS2的当前值超过上限时，计算单元213设定基本温度值BTV为下界值并计算调整值ATV，来获取目标温度值TTV。

其次，除了第二温度信号TS2的之前值，第二处理电路308根据第二温度信号TS2的当前值与上限(44℃)来计算调整温度值ATV。举例来说，当第二温度信号TS2的当前值是41.1℃时，调整温度值ATV可以是3.1℃；当第二温度信号TS2的当前值是43℃时，调整温度值ATV可以是-9℃。这表示当第二温度信号TS2的当前值下降(即降低离开上限)，目标温度值TTV相对于基本温度值BTV实际是上升。当第二温度信号TS2的当前值接近上限时，目标温度值TTV相对于基本温度值BTV实际是下降。因此，根据本发明一实施例，计算单元213根据第二温度信号TS2的当前值与上限计算调整温度值。

再参考图3。一旦计算单元213提供了目标温度值TTV，控制单元215根据目标温度值TTV与第一温度信号TS1(即集成电路230的当前温度)调整集成电路230的目标设定TS。这可以通过两步来执行。首先，第四处理电路312基于当前功率预算，目标温度值TTV以及第二温度信号TS1的当前值产生集成电路230的新功率预算NPB。举例来说，当第二温度信号TS1的当前值超过目标温度值TTV有10℃，第四处理电路312可决定新功率预算NPB应该比当前功率预算低1200mW。当第二温度信号TS1的当前值超过目标温度值TTV有20℃，第四处理电路312可决定新功率预算NPB应该比当前功率预算低1800mW。换句话说，如果当前功率预算是3600mW，当集成电路230的当前温度超过目标温度值TTV有10℃时，新功率预算NPB会是2400mW；当集成电路230的当前温度超过目标温度值TTV有20℃时，新功率预算NPB会是1800mW。

产生新功率预算NPB的另一个方法还考虑了除了当前功率预算、目标温度值TTV及第二温度信号TS1的当前值以外的信息。根据一个实施例，传感单元211通过感知集成电路230的第一特定区域的温度来提供第一温度信号TS1；而传感单元211(虽然图3中未显示)更用来通过(例如通过图未示的第三传感器)感知集成电路230的第二特定区域的温度来提供第三温度信号。接着，控制单元215更基于第三温度信号的当前值(除了当前功率预算，集成电路的目标温度值及第二温度信号TS1的当前值)来产生集成电路230的新功率预算NPB。举例来说，第一特定区域可被集成电路230的CPU所占据而第二特定区域可被集成电路的GPU所占据。换句话说，第二温度信号TS1的当前值很好反映出CPU的温度，而第三温度信号的当前值很好反映出GPU的温度。当CPU的温度保持不变，新功率预算NPB可在GPU的温度上升时设定得更低。在一些情况下，CPU与GPU的温度耐受度可能不同，控制单元215可在CPU为60℃而GPU为70℃时，设定新功率预算为PX(例如1000mW)，并可在CPU为70℃而GPU为60℃时，设定新功率预算为PY(例如1200mW)。如果PX小于PY，这意味着，控制单元215“更愿意”让CPU在比GPU更高的温度下运行。

在第二步骤，第五处理电路314根据新功率预算NPB产生集成电路230的目标设定TS。在一个实施例中，第五处理电路314储存新功率预算NPB与目标设定TS之间的映射。目标设定TS可建议集成电路230中多少个处理器核心应被开启且操作于什么工作频率。举例来说，如果集成电路230有8个处理器核心，新功率预算NPB为2400mW时，对应所有8处理器核心都开启且工作在1.5GHz操作频率下，而新功率预算NPB为1800mW时，开启4个处理器核心且工作在1.9GHz操作频率下。

在一个实施例中，第五处理电路314通过循环(iteration)对集成电路230采用目标设定TS，来调整集成电路213的设定(例如处理器核心的工作频率)，其中在每个循环中，执行调整的一部分。举例来说，假设集成电路203的当前功率预算为3600mW；在这样的功率预算下，8个处理器核心工作在1.9GHz。如果新功率预算NPB被确定为1800mW，那么目标设定TS会建议关闭8个处理器核心中的4个。除了同时关闭4个处理器核心的做法，第五处理电路314可以渐进地对集成电路230设定目标设定TS：先关闭2个处理器核心再等待一段时间再关闭另外2个处理器核心。

而且，第四处理电路312还可根据第二温度信号TS1的当前值与集成电路230的最大可接受温度(例如100℃)来产生新功率预算NPB。举例来说，如果集成电路230的当前温度为90℃，新功率预算NPB可以比集成电路230的当前温度为70℃的情况低，即便集成电路230的当前温度与目标温度值TTV的差别在两种情况下是一样的。

与集成电路的设定会突然变化的传统的热量管理方法比，本发明的上述实施例提供了一个更加灵活且具战略的方式来进行热量管理，使得性能基本不受影响，且集成电路与电子装置的温度维持在一个恰当的范围内。

图6显示根据本发明一实施例的电子装置内的集成电路的热量控制方法的流程图。在步骤S601中，通过感知集成电路的温度来提供第一温度信号。在步骤S603中，通过感知电子装置的组件的温度来提供第二温度信号。请注意，步骤S601与步骤S603可同时执行。在步骤S605中，根据第二温度信号计算集成电路的目标温度值。在步骤S607中，集成电路的目标设定根据目标温度值与第一温度信号来调整。

图6中的方法可以用硬件来执行(例如电路，专用逻辑电路，可编程逻辑电路，微代码(microcode)，专用集成电路(ASIC)，场可编程逻辑门电路(FPGA)等等)，也可以用软件执行(例如处理装置上运行的指令)，或者两者的结合。在一个实施例中，方法是由图2的电子装置200的热量控制系统210中执行。在另一实施例中，方法是由图3的热量控制系统210中执行。

图6的流程图中的操作的叙述是参考了图2-图5的实施例。可是，应该了解到，图6的流程图中的操作可以由图2-图5中讨论的实施例以外的其他实施例来实施。而且图2-图5中的实施例也可实施除了图6的流程图以外的操作。虽然图6的流程图显示了一个本发明实施例操作的特定顺序，但应该理解这样的顺序仅仅是为了展示本发明(例如其他的实施例可用不同顺序执行这些操作，或者将几个操作合并或是取消某些操作等等)。

本发明的说明采用了不同的功能组件或区块。本领域的技术人员应该了解，功能区块可通过热量传感器或电路来实施(或者通过专用电路，或者通过通用电路，其在一个或多个的处理器及编码指令下工作)。这些电路通常会包含晶体管，用于根据所述的功能和操作来控制电路的操作。需要了解的是，晶体管的具体架构或连接一般由一个编译器来决定，例如是寄存器传输语言(register transfer language，RTL)编译器。RTL编译器能够用接近汇编语言的脚本来操作，从而将脚本编译为最终电路的布局所使用的形式。实际上，RTL在电子与数字系统的制造及设计业界是非常熟知的技术。

本领域的技术人员将注意到，在获得本发明的指导之后，可对所述装置和方法进行大量的修改和变换。相应地，上述公开内容应该理解为，仅通过所附加的权利要求的界限来限定。