专利名称：硬件元件的运作监控装置的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种硬件元件的运作监控装置，特别是用于根据响应硬件元件的运作的负载电流，而调控硬件元件所需的电压及核心频率。
背景技术：
随着科技的快速发展，人们越来越依赖信息处理装置的使用，大至国家政府、企业系统，小到家庭及个人，为了方便及提高工作的效率，相对的信息处理系统的工作频率亦日趋提升。
因此，通过计算机配件或接口设备的超/降频，使信息处理系统发挥出最佳的效能是目前最常用的方法之一。以显示卡为例，于显示卡上具有图形处理器(graphic processing unit；GPU)，其专门用于处理二维、三维图像，是通过时钟信号来进行指令执行和存储器的存取等操作的同步。因此，当通过人为地提高此些时钟信号的频率时，即可提高显示卡的性能。
已知对于显示卡的工作频率(clock frequency)的调整方法，也就是所谓的“超频”或“降频”，绝大部分都是由使用者利用手动操作方式来进行调整的。换句话说，对显示卡的超频通常是使用者通过应用软件来手动调整显示卡的核心(core)频率和显存频率。其中，调整核心频率即是对GPU的核心进行超频/降频，此方面类似于对中央处理器(central processing unit；CPU)的内部频率的超频/降频。而调整显存频率即是增加/减少图形缓存的存取速度，藉以减小存储器的瓶颈效应，此方面与对于主机板的外频进行调整以获得更大的存储器带宽是相同道理。
然而，每次人为调整工作频率前，使用者都必须要参考手册说明，并配合其它外围元件的设定，才能够顺利进行调频工作，不但操作程序相当繁琐，而且当使用者相关知识不足时则容易造成调频错误。当调频过当或不足时，往往会造成运作上的额外负担，进而造成相关硬件元件不必要的损耗，以致减少使用寿命。再者，当进行手动调频时，于超频后，若使用者未再进行降频动作之前，显示卡就必须一直处在超频的状态下使用，这样不仅耗费电力，也可能减短显示卡的寿命。
因此，目前许多从事相关研发领域人士们都致力于如何自动且在动态执行时调整硬件元件的运作参数，藉以避免人为介入，进而减少元件耗损的发生，并且使计算机配件或接口设备经常保持在最佳化的状态下，以发挥最大的运作效能。然而，由上述可知，在硬件元件运作参数的调整过程中，如何提供准确的参考设定值，将会是达成自动且动态调整的一大重点。因此，对于如何提供准确的设定值，亦是此相关研发领域的一极重要的研究课题。
发明内容
鉴于以上的问题，本发明的主要目的在于提供一种硬件元件的运作监控装置，解决于现有技术中无法提供自动且动态调整硬件元件运作时的参数及所需的参考设定值的问题，进而提升硬件元件的效能，并增加其保护机制的控制。
因此，为达上述目的，本发明所揭露的硬件元件的运作监控装置，用于调控提供给硬件元件的输出电压，其中硬件元件是运作在一系统内，此运作监控装置包括有脉宽调制模块、监控单元和控制单元。
于此，脉宽调制模块用于根据参考电压而产生输出电压/电流给硬件元件，并检测因硬件元件的运作而产生的负载电流变动，据以产生电压变化量给监控单元进行检测，藉以输出检测结果给系统，此系统会根据检测结果回传的监控信号给监控单元，而监控单元则响应此监控单元而产生调制信号，以致使控制单元根据此调制信号而产生新的参考电压，进而脉宽调制模块据以调制其输出电压。换言之，当硬件元件的负载增加时，相对其电流耗量亦会增加，因而脉宽调制模块输出的负载电流即会改变，以此做为参考以使控制单元调整产生的参考电压，而脉宽调制模块据以改变提供给硬件元件的输出电压，使其符合硬件元件的执行状态及提高性能(performance)。
其中，控制单元包括信号转换器和参考电压产生器；信号转换器可将调制信号转换成一组控制信号，而参考电压产生器根据此组控制信号产生新的参考电压。于此，各元件均可分别由集成电路而实现。再者，此信号转换器内建有转换表，依据此转换表而将调制信号转换成控制信号，以达到改变硬件元件所需的电压。此外，此参考电压产生器亦内建有参数表，依据此参数表和控制信号以调制其参考电压。
再者，监控单元可通过I2C(Inter-Integrated Circuit；内部集成电路)总线而与控制单元、硬件元件和/或系统沟通。其中，此监控单元可为硬件监控器。
另外，脉宽调制模块可具有集成电路、电源开关、输出电路、第一阻抗元件和第二阻抗元件；于此，集成电路系根据控制单元产生的控制信号而改变产生的参考电压，进而调控电源开关的导通，以使输入电源输入至输出电路，并由输出电路据以提供输出电压给硬件元件；此时，第一阻抗元件可依据硬件元件的负载状态而产生负载电流给集成电路，且集成电路自电源开关的输出取得参考电流而进行比较，据以得知电流变化量，再经由第二阻抗元件转换成电压变化量后而提供给监控单元进行检测。其中，电源开关可由金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field effecttransistor；MOSFET)而组成。并且，此输入电源可由一电源(power source)提供。
此外，当硬件元件具有散热元件时，监控单元还可根据监控信号而调控散热元件的运作。
于此，硬件元件可为处理器(例如图形处理器(graphic processingunit；GPU)或中央处理器(central processing unit；CPU)等)、存储器等。而散热元件可为风扇。
有关本发明的特征与实作，兹配合图示作最佳实施例详细说明如下。
图1是显示根据本发明第一实施例的硬件元件的运作监控装置的概要结构；图2是显示根据本发明第二实施例的硬件元件的运作监控装置的概要结构；图3是显示根据本发明第三实施例的硬件元件的运作监控装置的概要结构；图4是显示根据本发明的脉宽调制(PWM)模块的一实施例的概要结构；以及图5是显示根据本发明第四实施例的硬件元件的运作监控装置的概要结构。
100 硬件元件的运作监控装置110 脉宽调制模块112 集成电路114 电源开关116 输出电路118 第一阻抗元件119 第二阻抗元件120 监控单元122 硬件监控器130 控制单元132 信号转换器134 参考电压产生器200 电源300 硬件元件310 电力模块320 散热元件400 系统500 图形处理器(GPU)510 电力模块520 风扇Vi 输入电源Vr 参考电压Vd 电压变化量Vo 脉宽调制信号Il 负载电流interface 高速传输接口I2C 内部集成电路(I2C)接口具体实施方式
以下举出具体实施例以详细说明本发明的内容，并以图示作为辅助说明。说明中提及的标号是参照图式标号。
参照图1，是显示根据本发明一实施例的硬件元件的运作监控装置的概要结构；此硬件元件的运作监控装置100具有脉宽调制(pulse widthmodulation；PWM)模块110、监控单元120和控制单元130。
此PWM模块110连接电源(power source)200和硬件元件300的电力模块310，以接收来自电源200的输入电源，并根据参考电压而提供输出电压/电流给电力模块310，以提供硬件元件300所需的电力。
当硬件元件300的负载增加时，相对会增加PWM模块110供应给电力模块310的电流。此时，负载电流会反馈至PWM模块110，并根据此负载电流而得知电流变化量，再将此电流变化量转换成电压变化量而提供给监控单元120进行检测，据以产生检测结果。系统400的应用程序可将此检测结果转换为实际的电流值，根据此实际的电流值对应于应用程序既定的调制项目而回传监控信号，以控制监控单元120进行硬件元件300的各项运作参数的调整。
其中，监控单元120会响应监控信号而产生调制信号，控制单元130则根据此调制信号而产生新的参考电压，以使PWM模块110根据此参考电压调制供给硬件元件300的输出电压，进而使其符合硬件元件300的执行状态。于此，各元件可分别由一个或多个集成电路而实现。
其中，控制单元130可包括信号转换器132和参考电压产生器134，如图2所示；信号转换器132可将调制信号转换成一组控制信号，以使参考电压产生器134根据此组控制信号而产生新的参考电压。于此，各元件均可分别由集成电路而实现。
此外，由于大部分的硬件元件300于运作时都会产生大量的热，因此需通过散热元件320来协助硬件元件300散热，于此，根据本发明的监控装置亦可对此相应硬件元件300的散热元件320的运作进行调控；换言之，系统400的应用程序可将来自监控单元120的检测结果转换为实际的电流值，并对应于应用程序既定调制项目而回传监控信号，此时，监控单元120除了可响应监控信号而产生调制信号给控制单元130之外，更可依据此调制信号调整相应硬件元件300的散热元件320的运作，如图3所示。
其中，此硬件元件可为处理器(例如图形处理器(graphic processingunit；GPU)或中央处理器(central processing unit；CPU)等)、存储器等。而相应硬件元件的散热元件可为风扇。
参照图4，为PWM模块I实施例；此PWM模块110具有集成电路112、电源开关114、输出电路116、第一阻抗元件118和第二阻抗元件119。于此，集成电路112根据控制单元(图中未显示)产生的参考电压Vr，而控制电源开关114的导通，以致使电源(图中未显示)所提供的输入电源Vi输入至输出电路116，并据以产生输出电压/电流，以提供硬件元件300所需的电力。此时，因硬件元件的运作而产生的负载电流Il，经过第一阻抗元件118，因而产生电位差，进而反馈至集成电路112，根据此电位差而得知电流变化量。此电流变化量经由第二阻抗元件119转换成电压变化量Vd，以提供给监控单元(图中未显示)进行检测。其中，电源开关可利用金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field effect transistor；MOSFET)而组成。
此监控单元可为硬件监控器(hardware monitor；H/W monitor)。于此，由于监控单元的结构与运作原理为本领域技术人员所熟知，故于此不再赘述。
举例来说，假设将根据本发明的一实施例应用于显示卡上，此时，硬件元件可为图形处理器(graphic processing unit；GPU)500，且此GPU 500具有风扇520，以协助GPU 500散热，如图5所示；其中，此显示卡是通过GPU500上的高速传输接口interface，例如外围元件连接高速传输接口(Peripheral Component Interconnect Express interface；PCI-Einterface)、AGP(Accelerated Graphics Port/Advanced Graphics Port；加速图形接口/高级图形接口)等，与系统的执行单元(其可为中央处理器)沟通，因此硬件监控器122(即上述的监控单元)、信号转换器132和GPU 500通过I2C(Inter-Integrated Circuit；内部集成电路)总线而相互沟通，换言之，硬件监控器122经由I2C总线连接至GPU 500上的I2C接口，再经由GPU 500上的高速传输接口interface与系统沟通；换言之，硬件监控器122经由I2C总线连接至GPU 500上的I2C接口，再经由GPU 500上的高速传输接口interface而与系统沟通。于此，当系统自一般运作环境(例如上网、文书处理或影片播放等状态)转换成三维(three-dimensional；3D)运作环境(例如3D游戏或图像处理等状态)时，显示卡上的GPU 500的负载量即会增加，而相对会增加其电流消耗量，PWM模块110利用电流感测的方式，而取得负载电流并藉以得知电流变化量，进而将此电流变化量转换为微量电压，以提供给硬件监控器122进行检测，此时硬件监控器122所检测到的数值，会通过I2C总线经由GPU 500而传送给系统的应用程序，经由应用程序将其转换为实际的电流值，并利用此实际的电流值由应用程序所设定的执行程序，而回传监控信号给硬件监控器122，因而硬件监控器122即可根据此监控信号来执行一些监控动作，例如电流显示、GPU 500/存储器的工作电压调整、过载保护机制、风扇520转速显示及控制、GPU 500/存储器的工作频率显示与改变，及GPU 500/存储器的温度显示等；其中，硬件监控器122会响应监控信号而产生调制信号，并通过I2C总线而传送给信号转换器132，此信号转换器132依据其中内建的转换表而将调制信号转换成一组或多组GPIO(General-Purpose Input/Output；通用输入输出)信号(即，上述的控制信号)，接着，参考电压产生器134则依据内建的参数表变提供给PWM模块110的参考电压，进而改变PWM模块110提供给GPU 500的电力模块510的电压。如此一来，通过上述各元件的反复执行即可达到提高效能及监控。
虽然本发明以前述的较佳实施例揭露如上，然其并非用于限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明所要求的保护范围须视本说明书所附的权利要求范围所界定者为准。
权利要求
1.一种硬件元件的运作监控装置，用于调控该硬件元件所需的输出电压，其中该硬件元件是运作在一系统内，包括有脉宽调制模块，用于根据参考电压而产生该输出电压，并检测因该硬件元件的运作而产生的负载电流据以产生电压变化量；监控单元，用于检测该电压变化量以输出检测结果给该系统，并接收该系统响应该检测结果而回传的监控信号，据以产生调制信号；以及控制单元，用于根据该调制信号而调整所产生的该参考电压。
2.根据权利要求1所述的硬件元件的运作监控装置，其中该控制单元，包括有信号转换器，用于将该调制信号转换成一组控制信号；以及参考电压产生器，用于依据该组控制信号而产生该参考电压。
3.根据权利要求2所述的硬件元件的运作监控装置，其中该信号转换器为集成电路。
4.根据权利要求3所述的硬件元件的运作监控装置，其中该集成电路内建有转换表，以依据该转换表而将该调制信号转换成该组控制信号。
5.根据权利要求2所述的硬件元件的运作监控装置，其中该组控制信号为一组以上的通用输入输出信号。
6.根据权利要求2所述的硬件元件的运作监控装置，其中该参考电压产生器为集成电路。
7.根据权利要求6所述的硬件元件的运作监控装置，其中该集成电路内建有参数表，以依据该参数表和该组控制信号而产生该参考电压。
8.根据权利要求1所述的硬件元件的运作监控装置，其中该监控单元是通过内部集成电路总线而与该控制单元沟通。
9.根据权利要求1所述的硬件元件的运作监控装置，其中该监控单元是通过内部集成电路总线而与该硬件元件沟通。
10.根据权利要求1所述的硬件元件的运作监控装置，其中该监控单元是通过内部集成电路总线而与该系统沟通。
11.根据权利要求1所述的硬件元件的运作监控装置，其中该脉宽调制模块，包括有电源开关，用于接收输入电源；输出电路，用于根据流经该电源开关的该输入电源产生该输出电压，藉以驱动该硬件元件的运作；第一阻抗元件，接收该负载电流据以产生电位差；集成电路，用于根据该参考电压而控制该电源开关的导通，并通过该电位差而得知电流变化量；以及第二阻抗元件，用于将该电流变化量转换成该电压变化量。
12.根据权利要求11所述的硬件元件的运作监控装置，其中该电源开关包括有至少一个金属氧化物半导体场效应晶体管。
13.根据权利要求11所述的硬件元件的运作监控装置，其中该输入电源是来自一电源。
14.根据权利要求1所述的硬件元件的运作监控装置，其中该监控单元为集成电路。
15.根据权利要求14所述的硬件元件的运作监控装置，其中该集成电路为硬件监控器。
16.根据权利要求1所述的硬件元件的运作监控装置，其中当该硬件元件具有散热元件时，该监控单元用于根据该监控信号调控该散热元件的运作。
全文摘要
一种硬件元件的运作监控装置，是通过脉宽调制模块检测因硬件元件的运作而产生的负载电流变化，据以产生电压变化量，监控单元通过检测此电压变化量而输出检测结果给系统，并响应系统根据检测结果而回传的监控信号，产生调制信号，以致使控制单元根据此调制信号而产生参考电压改变。如此一来，当硬件元件的负载增加时，负载电流亦会随之改变，以使控制单元改变所产生的参考电压，进而调制脉宽调制模块供给硬件元件的输出电压，使其符合硬件元件的执行状态及提高性能(performance)。
文档编号G06F11/30GK1979442SQ20051012779
公开日2007年6月13日 申请日期2005年12月7日 优先权日2005年12月7日
发明者李清泓, 刘腾龙 申请人:微星科技股份有限公司