基于事件计数器的热缓解的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年11月18日提交的题为“thermalmitigationbasedonpredicatedtemperatures(基于预测温度的热缓解)”的美国专利申请号14/546,836的权益，其通过援引全部明确纳入于此。

背景

领域

本公开涉及具有热管理功能的装置，尤其涉及具有基于预测温度和/或功率活动来调度的热缓解功能的电子装置和集成电路(ic)。

背景技术：

热管理越来越变成操作ic中的问题。例如，无线通信技术和设备(例如，蜂窝电话、平板、膝上型设备等)在过去若干年已在普及性和使用方面有所增长。这些电子装置已在复杂度方面有所增长并且现在通常包括多个处理器(例如，基带处理器和应用处理器)以及允许用户执行复杂且功率密集的软件应用(例如，音乐播放器、web浏览器、视频流送应用等)的其他资源。为了满足不断增加的性能需求，处理器已在复杂度方面有所增加并且以千兆赫范围中的频率操作。作为结果，在操作这些处理器时会产生相当大的热量。

由处理器生成的热量可能影响设备的性能和可靠性。例如，在高温下操作时ic的性能降级。由此，一个设计挑战是提供热缓解功能以管理热量问题。

概览

公开了用于调度热缓解功能的方法的各方面。该方法包括：对电活动切换事件进行计数；基于对该电活动切换事件的计数来预测一位置处的温度；以及基于预测温度来调度热缓解功能。

公开了一种装置的各方面。该装置包括：配置成对核的电活动切换事件进行计数的多个计数器；配置成基于该多个计数器中的至少一个计数器的计数来预测一位置处的温度的第一电路；以及配置成基于预测温度来调度热缓解功能的第二电路。

公开了另一设备的各方面。该设备包括：用于对电活动切换事件进行计数的装置；用于基于对该电活动切换事件的计数来预测一位置处的温度的装置；以及用于基于预测温度来调度热缓解功能的装置。

应理解，根据以下详细描述，装置(装备)和方法的其他方面对于本领域技术人员而言将变得容易明白，其中以解说方式示出和描述了装置(装备)和方法的各个方面。如将认识到的，这些方面可以按其他和不同的形式来实现并且其若干细节能够在各个其他方面进行修改。相应地，附图和详细描述应被认为在本质上是解说性的而非限制性的。

附图简述

图1是具有用于对电活动切换事件进行计数的计数器的示例性实施例处理器的示图。

图2是解说功率活动的占空比对管芯上温度的影响的示图。

图3是示例性热管理模块的框图。

图4是用于调度热缓解功能的示例性实施例的流程图。

图5是用于调度热缓解功能的示例性实施例的另一流程图。

详细描述

以下结合附图阐述的详细描述旨在作为各种配置的描述，而无意表示可实践本文所描述的概念的仅有配置。本详细描述包括具体细节以提供对各种概念的透彻理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节也可实践这些概念。在一些实例中，以框图形式示出众所周知的结构和组件以避免淡化此类概念。术语“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或解说”。本文中描述为“示例性”的任何设计不必被解释为优于或胜过其他设计。

现在将参照各种装置和方法给出本公开的若干方面。这些装置和方法将在以下详细描述中进行描述并在附图中由各种框、模块、组件、电路、步骤、过程、算法等(统称为“元素”)来解说。这些元素可使用电子硬件、计算机软件或其任何组合来实现。此类元素是实现成硬件还是软件取决于具体应用和加诸于整体系统上的设计约束。本公开中通篇所给出的各种装置和方法可以用各种形式的硬件来实现。作为示例，这些装置或方法中的任何装置或方法(单独地或组合地)可以被实现为集成电路、或实现为集成电路的一部分。集成电路可以是最终产品，诸如微处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、可编程逻辑、或任何其他合适的集成电路。替换地，集成电路可以集成有其他芯片、分立电路元件和/或其他组件，作为中间产品(诸如主板)或最终产品的一部分。

本文所公开的方法包括用于实现所描述的方法的一个或多个步骤或动作。这些方法步骤和/或动作可以彼此互换而不会脱离权利要求的范围。换言之，除非指定了步骤或动作的特定次序，否则具体步骤和/或动作的次序和/或使用可以修改而不会脱离权利要求的范围。

措辞“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或解说”。本文中描述为“示例性”的任何实施例不必被解释为优于或胜过其他实施例。同样，术语装置或方法的“实施例”不要求本发明的所有实施例包括所描述的组件、结构、特征、功能性、过程、优点、益处、或操作模式。

术语“连接”、“耦合”或其任何变体意指在两个或更多个元件之间的直接或间接的任何连接或耦合，且可涵盖被“连接”或“耦合”在一起的两个元件之间存在一个或多个中间元件。元件之间的耦合或连接可为物理的、逻辑的或其组合。如本文中使用的，作为若干非限定和非穷尽性示例，两个元件可被认为通过使用一条或多条导线、电缆、和/或印刷电气连接，以及通过使用电磁能量(诸如具有射频区域、微波区域以及光学(可见和不可见两者)区域中的波长的电磁能量)来“连接”或“耦合”在一起。

本文中使用诸如“第一”、“第二”等指定对元素的任何引述一般并不限定那些元素的数量或次序。确切而言，这些指定在本文中用作区别两个或更多个元素或者元素实例的便捷方法。由此，对第一元素和第二元素的引述并不意味着仅能采用两个元素、或者第一元素必须位于第二元素之前。

如本文所使用的，单数形式的“一”、“某”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还将理解，术语“包括”、“具有”、“包含”和/或“含有”在本文中使用时指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元素、和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其群组的存在或添加。

针对用于无线通信的处理器给出了用于基于预测温度来调度热缓解功能的装置和方法的各个方面。然而，如本领域技术人员将容易领会的，本公开的各方面和应用可以并不限于此。例如，所给出的特征可适用于除处理器之外的其他ic并且可适用于处理无线通信之外的功能。因此，对所给出的装置或方法的具体应用的全部引用仅仅旨在解说该装置或方法的示例性方面，并且要理解这些方面可具有广泛的应用差异。

图1是具有用于对电活动切换事件进行计数的计数器的示例性实施例处理器的示图。在一种配置中，示例性实施例装置可以是纳入处理器100的蜂窝电话或者处理器100。处理器100可以是用于无线通信的处理器(诸如用于蜂窝电话的集成应用和基带处理器)。处理器100包括电路的各种核或块(诸如图形处理器单元(gpu)、数字信号处理器(dsp)、调制解调器、中央处理单元(cpu)、以及无线局域网或wlan块)。核可以是例如电路的集合。处理器100还包括各种计数器(1-10)。计数器中的每一者可与核相关联。例如，计数器1与dsp核相关联，而计数器9和10与gpu核相关联。计数器中的每一者被配置成对电活动切换事件进行计数。例如，电活动切换事件可以是核的操作(例如，开启或关闭)。在一个实现中，核(例如，dsp、gpu等)的功率活动占空比可对应于时间段中计数器(1-10)的计数。

图2是解说功率活动的占空比对管芯上温度的影响的示图。示图210解说了占空比为50％的情形。在时间段t中，功率活动包括一系列四个脉冲214。脉冲214中的每一者可以是电活动切换事件(例如，核打开和关闭)。脉冲214中的每一者处于电/功率活动时段e。在示图210中，脉冲214的on(开启)时段与off(关闭)时段相同(给定占空比为50％的情况下)。在电/功率活动时段e比热常数短的情形中，温度212因一系列脉冲214而平稳地上升。

示图220解说了占空比大于50％的情形。脉冲224中的每一者具有大于电/功率活动时段e的50％的开启时段。在此情形中，温度222比示图210的温度212更快速地上升，直至达到最大t最大(221)。

示图230解说了占空比小于50％的情形。脉冲224中的每一者具有小于电/功率活动时段e的50％的开启时段。在此情形中，温度232比温度212和温度222更缓慢地上升。在操作中，处理器100可在功率活动的这些和其他序列之间变化。在另一示例中，核的功率的幅值和占空比可针对每个电/功率活动时段e有所变化并且影响核的温度。由此，温度预测可考虑到这些因素以达到期望准确度。

图3是示例性热管理模块的框图。热管理模块300包括温度预测模块310和热缓解功能模块320。这些模块可包括电路、处理器系统、在处理器系统上执行的软件、或者其组合。这些模块可包括用于生成下文所描述的功能的信号的电路或者携带那些信号的信号线。这些模块可以是处理器100的一部分或者在处理器100的外部。在一个示例中，这些模块可包括由处理器100的cpu执行的指令。

作为示例，模块、或模块的任何部分、或模块的任何组合可用包括一个或多个处理器的“处理系统”来实现。处理器的示例包括：微处理器、微控制器、数字信号处理器(dsp)、现场可编程门阵列(fpga)、可编程逻辑器件(pld)、状态机、门控逻辑、分立的硬件电路以及其他配置成执行本公开中通篇描述的各种功能性的合适硬件。处理系统中的一个或多个处理器可以执行软件。软件应当被宽泛地解释成意为指令、指令集、代码、代码段、程序代码、程序、子程序、软件模块、应用、软件应用、软件包、例程、子例程、对象、可执行件、执行的线程、规程、函数等，无论其是用软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言、还是其他术语来述及皆是如此。

在一个实现中，温度预测模块310评估来自计数器1-10的计数并确定核在连续区间中的多个功率脉冲。温度预测模块310可进一步跨感兴趣的时间区间t成对地处理功率脉冲。时间段t可以是例如热缓解功能模块320抵消热点所需的时段。在每个成对处理处，乘法因子m基于脉冲区间和幅值来累积地修改。在时间区间t结束时，所计算的能量使用m来修改并随后在t上取平均以计算热曲线。

在一个示例中，温度预测模块310可利用以下算法来确定核的多个功率脉冲：

(1)设置计数器j＝1。分别设置对功能块域和时钟域的索引i、k。设置索引n：

n×(1/fk)＜＝t，其中t是用于评估功率以用于温度预测的时段且fk是时钟频率。索引n可以是用户提供的或者被设为默认值。

(2)如果k×n＜t，则行进至步骤3，否则行进至步骤10。步骤10计算功率以用于温度预测。

(3)设置时钟计数器r2＝n。将活动计数器r1设为0。

(4)将r2倒计数至0。每次注册电切换事件都递增活动计数器r1。

(5)如果r2＝0，则读取活动计数器r1。该步骤为每n个时钟计数设立计算。

(6)计算α＝r1值/n。该步骤计算n个时钟循环上的平均活动计数。

(7)计算pi,j＝ci×vi²×αi×fk。电容值可以来自设备上的非易失性存储器(例如，熔丝集或只读存储器(rom))。电压v可以来自电压传感器。下标i表示第i个子块或功能单元，而j表示在如由n限定的第j个区间中所收集的功率的样本数。下标k表示时钟域。

(8)计算(n/f)×pi,j并将其存储在寄存器中。该步骤计算每n个活动的能量计数。

(9)如果j＝1，则行进至步骤2，否则递增j。设置调节因子m＝1。

(10)基于以下方法来计算调节因子m以计及输入功率占空比：

其中δtn＝tn–tn-1，且t0＝0。

调节因子m如下计算：

如果pn+1＝pn；则mn+1＝mn；

如果pn+1＜pn；则

如果pn+1＜pn；则

在一个实现中，处理器100可包括芯片上的各个温度传感器，并且温度tn可以基于测得的温度或预测的温度。算法可例如由处理器100上的rom过滤器来实现。在另一实现中，算法可通过将活动计数用作变量作为查找表存储在处理器100。算法的这些实现可减少预测温度的时间。

在一个实现中，所确定的功率p(t)可与漏泄功率求和。该漏泄功率可基于工艺参数和电压来确定。该工艺参数可被表征并且保存在处理器100上的非易失性存储器中。该电压可从电压传感器确定。温度预测模块310可基于所确定的功率p(t)和漏泄功率之和来预测温度。

以下给出了例如根据以上算法流动的示例性实施例的各个特征。计数器1-10被配置成对多个核(例如，dsp、gpu等)的电活动切换事件进行计数。第一电路(诸如温度预测模块310)被配置成基于计数器(1-10)中的至少一者(算法中的活动计数器r1)的计数来预测一位置处的温度。

温度预测模块310可基于所确定的功率p(t)来预测温度，所确定的功率p(t)通过卷积函数来确定(例如，参见以上算法的步骤10)。一旦功率被确定，从功率预测温度的方案在本领域中是已知的。此类方案的示例是利用线性标度和热耗散常数。在另一配置中，温度预测模块310可基于核的占空比来预测温度。如由算法演示的，占空比可以基于计数器(活动计数器r1)的计数。在另一配置中，温度预测模块310可基于功率序列(pn序列)来预测温度。此外，该序列中的每个pn可由因子m来调制，因子m基于该序列中的前一功率(例如，用于功率pn+1的调制因子mn+1基于该序列中的前一功率pn)。

在一个实现中，温度预测模块310可基于其他预测温度来预测各位置处的温度。参照图1，温度预测模块310可预测位置110处的温度，位置110位于离计数器3一距离处(图1)。例如，温度预测模块310可基于预测温度(其基于计数器3)或来自温度传感器的测得温度并且基于热电阻器-电容器(rc)电路模型(120)来预测位置110处的温度。在一个示例中，热rc电路模型120可类似于电rc模型，并且包括热电容器c1和c2以及热电阻器r1和r2。在一个示例中，处理器100的热电阻和热电容可以是硅、封装材料的固有属性以及ic的尺寸。在一种实现中，热电容器c1和c2以及热电阻器r1和r2可从管芯级仿真或系统测量获得。此类模型可被存储在处理器100上或者片外的非易失性存储器(诸如rom)中。在一个示例中，热rc电路模型120可被存储为运行处理器100的操作系统的一部分。在一种实现中，温度预测模块310可通过热rc模型120、计数器1-10和/或温度传感器来预测处理器100上的任何位置(包括位置110)的管芯上温度。

在一个示例中，除了基于计数器3预测的温度(或来自温度传感器的测得温度)之外，温度预测模块310还可通过热rc电路模型121基于预测温度(其基于计数器4)或者来自温度传感器的测得温度来预测位置110处的温度。在一种实现中，位置110处的热曲线可以是来自各个热源的预测或测得温度(诸如基于计数器3和4预测的温度或者来自温度传感器的测得温度)的线性叠加。例如，位置110处的预测温度可以是基于计数器3(通过热rc电路模型120)预测的温度和基于计数器4(通过热rc电路模型121)预测的温度之和。

第二电路(诸如热缓解功能模块320)被配置成基于预测温度来调度热缓解功能。热缓解功能模块320可使处理器100基于由温度预测模块310确定的预测温度来执行各种热缓解功能。热缓解功能可包括例如降低核的操作电压、扼流或降低核的操作频率、和/或使核的功率塌陷。

本公开的各方面提供了温度预测模块310在前向环路中预测位置110的温度。对温度的此类预测性确定允许热缓解功能模块320提前数百个或者甚至数千个时钟循环调度热缓解功能模块，并且因此，更多测得且有效的热缓解功能可被执行以解决热点(例如，热曲线被预计超过阈值的位置)。

在一种实现中，热点信息(例如，超过某些温度限制的预测温度)被存储在热点位置存储器340中。热点位置存储器340可包括寄存器或者其他类型的存储器。此外，热点信息可存储预测温度以及位置信息(例如，处理器100的x和y坐标)。在一种实现中，温度预测模块310可被配置成响应于预测温度的更新而修改或更新预测温度以及存储在热点位置存储器340中的热点信息。

在一种实现中，热缓解功能模块320可基于来自温度预测模块310的预测温度和/或来自热点位置存储器340的热点信息来针对所预测的将来热点调度和执行前述热缓解措施(电压缩放、频率调节等)。在一个示例中，热缓解功能模块320可包括被配置成基于预测温度来调度热缓解功能的电路。在一个示例中，热缓解功能模块320可在被调度的时间执行被调度的热缓解功能。

图4是用于调度热缓解功能的示例性实施例的流程图。以点线示出的步骤可以是可任选的。这些步骤可由诸如纳入处理器100的蜂窝电话或处理器100之类的装置来执行。在410，对电活动切换事件进行计数。例如，参照图1，计数器1-10之一对核在时间段中的on或off事件进行计数。在420，基于对该电活动切换事件的计数来确定功率。温度是基于所确定的功率来预测的。例如，温度预测模块310可利用以上给出的算法来确定功率p(t)，并基于该功率p(t)来预测温度。

在430，基于对该电活动切换事件的计数来确定功率序列。温度是基于该功率序列来预测的。例如，温度预测模块310可利用以上给出的算法来确定功率pn序列，并基于该功率pn序列来预测温度。在440，基于该序列中的前一功率来调制该功率序列中的功率。例如，温度预测模块310可针对序列中的pn来确定调制因子m。调制因子m可以基于序列中的前一pn。

在450，基于对该电活动切换事件的计数来预测一位置处的温度。例如，参照图1，温度预测模块310可基于来自计数器3的计数来预测计数器3的位置处的温度。在一个实现中，该流程可行进至图5的510。在460，基于占空比来预测温度，该占空比基于对该电活动切换事件的计数。例如，温度预测模块310可利用以上给出的算法来预测温度，该算法基于对电活动切换事件的计数(例如，算法中的活动计数器r1，其对应于计数器1-10)来纳入核的占空比。

在470，存储预测温度。热缓解功能是基于所存储的预测温度来调度的。在480处，基于预测温度来调度热缓解功能。例如，热点位置存储器340可存储预测热点(例如，相关联的预测温度超过温度阈值的位置)和位置信息。热缓解功能模块可基于所存储的热点信息来调度和执行热缓解功能。

图5是用于调度热缓解功能的示例性实施例的另一流程图。在510(其可以来自步骤450)，对第二电活动切换事件集进行计数。在520，基于对该第二电活动切换事件集的计数来预测第二位置处的第二温度。例如，参照图1，计数器4对相关联的核的电活动切换事件进行计数。温度预测模块310可利用以上给出的算法来预测与计数器4的核相关联的温度。在530，基于该温度和该第二温度之和来预测第三位置处的第三温度。例如，参照图1，温度预测模块310可通过热rc电路模型120和121基于计数器3的温度和计数器的温度的线性和来预测位置处的温度。

此外，以上给出的示例性实施例提供了用于图4和5的流程图的步骤中的每一者的装置。例如，计数器1-10之一提供了用于对电活动切换事件进行计数的装置。温度预测模块310提供了用于基于电活动切换事件的计数来预测一位置处的温度的装置。热缓解功能模块提供了用于基于预测温度来调度热缓解功能的装置。热点位置存储器340提供了存储预测温度的装置。计数器1-10中的第二计数器提供了用于对第二电活动切换事件集进行计数的装置。

应理解，所公开的过程中各步骤的具体次序或层次是示例性办法的解说。应理解，基于设计偏好，可以重新编排这些过程中各步骤的具体次序或层次。此外，一些步骤可被组合或被略去。所附方法权利要求以示例次序呈现各种步骤的要素，且并不意味着被限定于所给出的具体次序或层次。

提供先前描述是为了使本领域任何技术人员均能够实践本文中所述的各个方面。对这些方面的各种改动将容易为本领域技术人员所明白，并且在本文中所定义的普适原理可被应用于其他方面。因此，权利要求并非旨在被限定于本文中所示的方面，而是应被授予与语言上的权利要求相一致的全部范围，其中对要素的单数形式的引述除非特别声明，否则并非旨在表示“有且仅有一个”，而是“一个或多个”。除非特别另外声明，否则术语“一些”指的是一个或多个。本公开通篇描述的各个方面的要素为本领域普通技术人员当前或今后所知的所有结构上和功能上的等效方案通过引述被明确纳入于此，且旨在被权利要求所涵盖。此外，本文中所公开的任何内容都并非旨在贡献给公众，无论这样的公开是否在权利要求书中被显式地叙述。没有任何权利要求元素应被解释为装置加功能，除非该元素是使用短语“用于……的装置”来明确叙述的。