专利名称：芯片频率调整的方法
技术领域：
本发明涉及一种频率调整的方法，尤其是指一种芯片频率调整的方法。
背景技术：
目前在电子领域中，大规模集成电路和超大规模集成电路的应用日益普遍，各种集成电路的重要性能参数之一是工作频率。工作频率规定了芯片工作时的运算速度，在芯片功能相同的情况下，芯片频率越高，运算能力就越强，以计算机领域的CPU为例，同样是奔腾4系列的CPU，有1.8GHz的，有2.0GHz的，他们的内部功能结构和生产工艺是完全一致的，是由同一片晶圆上切割下来的，所不同的只是它们能够稳定工作的频率。由于晶圆制作过程中晶体内部的微小差异，以及半导体制程工艺中的不确定因素，导致来自同一晶圆上的不同芯片能够稳定工作的频率是不同的。
由于存在这样的技术特点，目前电子领域业界通用的处理方法是将芯片切割后进行测试，，确定芯片能够长时间稳定工作的最大频率，比较最大工作频率，预留出10％-20％的余量保护，作为该芯片的最终频率。同样以CPU为例，在完成芯片切割后，通过专用频率测试设备，对芯片能够稳定工作的最大频率进行确定，如为2GHz，在预留10％的上限保护后，按照1.8GHz作为产品的出厂设定。
芯片工作频率在决定芯片运算速度的同时，对芯片的使用寿命也有很大的影响，因为同样的工作电压下，不同负荷的任务量需要的工作电流是不同的，产生的发热量也就不同，如果芯片总是满负荷工作就会需要较高的输入电流，整体发热量就会提高，大大缩短了芯片的使用寿命。
而在实际的使用当中，只有很少一部分应用需要芯片按照100％处理能力去工作，以CPU为例，大多数时间里各种应用只用到CPU50％-70％的处理能力，只有很少的应用是需要CPU长时间满负荷工作的。这样就造成了如下缺点一方面CPU在本来不需要提供很高处理能力的时候仍按照较高的频率工作，浪费了资源，缩短了芯片的使用寿命；另一方面，在需要最大处理能力的时候，又因为出厂设置中预留的保护设置限制了芯片没能发挥最大的处理能力，同样造成了浪费。
又以显示卡为例来说，在实际的应用当中，作为普通商用用户和家用用户，有70％以上的应用需要的图形处理能力都仅是简单的2D运算及很少一部分3D运算，以Nvidia公司的geforce2系列MX400的处理能力而言，只用到了不足40％。而对于少数的专业图形用户或3D游戏用户，系统中配置的显示卡又没有作到“物尽其用”。
这就像是一个最大功率150W的灯泡，厂家为了保险起见，设置成了100W，家里平时使用只需要50W就足够了，由于无法调节，只能白白浪费了许多电能；而有时又需要130W，虽然灯泡本身可以按照130W工作，但因为出厂设置的限制，没能发挥它最大的作用。
发明内容
本发明的主要目的在于，提供芯片频率调整的方法，能够当需要处理任务量较小的工作时候，芯片按照降低的频率工作，延长芯片寿命、节约能源。
本发明的次要目的在于，提供芯片频率调整的方法，能够当需要处理任务量较大的工作时候，芯片按照较高的频率工作，充分发挥芯片的处理能力。
为实现上述发明目的，本发明提供的芯片频率调整的方法，基本出发点是希望能够根据所需要处理的任务量，动态调节芯片的工作频率，达到充分发挥芯片处理能力和有效提高芯片使用寿命的目的，另外，在提高处理能力的控制上采取芯片温度上限保护，不能无限制的提高芯片频率。
一种芯片频率调整的方法，它包括如下步骤第一步骤设定芯片额定任务量，设定芯片安全温度；第二步骤一固定间隔时间后测量芯片温度，如果芯片温度不高于芯片安全温度，则进入第三步骤；否则，进入第六步骤；
第三步骤监测芯片的实际任务量；第四步骤比较实际任务量和芯片额定工作量，选择对应实际工作量的合适的频率P1；第五步骤修改已调入内存部分的芯片BIOS信息，调整芯片工作频率为P1，并返回第二步骤。
第六步骤将芯片实际工作频率保持在一固定频率值，保持一定时间间隔后再次测量芯片温度，如果芯片温度仍高于安全温度，则循环本步骤；否则，进入第三步骤。
另一种芯片频率调整的方法，它包括如下步骤第一步骤设定芯片额定任务量，设定芯片安全温度；第二步骤一固定间隔时间后测量芯片温度，如果芯片温度不高于芯片安全温度，则进入第三步骤；否则，进入第六步骤；第三步骤监测芯片的实际任务量；第四步骤比较实际任务量和芯片额定工作量，选择对应实际工作量的合适的频率P1；第五步骤修改已调入内存部分的芯片BIOS信息，调整芯片工作频率为P1，并返回第二步骤。
第六步骤将芯片实际工作频率保持在一固定频率值，保持一定时间间隔后进入第二步骤。
再一种芯片频率调整的方法，它包括如下步骤第一步骤设定芯片额定任务量，设定芯片安全温度；第二步骤一固定间隔时间后测量芯片温度和监测芯片的实际任务量；第三步骤如果芯片温度高于芯片安全温度，并且芯片的实际任务量大于额定任务量时，则返回第二步骤；否则，进入第四步骤；第四步骤比较实际任务量和芯片额定工作量，选择对应实际工作量的合适的频率P1；第五步骤修改已调入内存部分的芯片BIOS信息，调整芯片工作频率为P1，并返回第二步骤。
所述的芯片频率调整的方法，其中上述方法中第二步骤中的固定间隔时间根据不同的芯片可以设计为100秒，也可以设计为0.1秒；第六步骤中的一定时间间隔可以设计为30分钟，也可以设计为0.1秒；第六步骤中的固定频率值可以设计为额定频率的80％，也可以设计为额定频率的90％。上述时间间隔和固定频率的设定，根据不同的芯片实际工作中任务量变化的情况和芯片自身的特点，可以灵活设定。
上述三种芯片频率调整的方法，其中选择对应实际工作量的合适的频率P1的步骤如下a、如果T1小于T0*0.8，则进入步骤d，否则进入步骤b；b、如果T1小于T0，则不调整芯片频率，结束流程，否则进入步骤c；c、如果T1小于T0*1.1，则调整芯片频率为额定频率的105％，结束流程，否则调整芯片频率为额定频率的110％，结束流程；d、如果T1小于T0％*0.6，则进入步骤e，否则调整芯片频率为额定频率的80％，结束流程；e、如果T1小于T0*0.4，则调整芯片频率为额定频率的40％，否则调整芯片频率为额定频率的60％。
本发明所指的芯片，必须满足以下几个条件1、芯片频率可以通过外部程序动态调整；2、芯片的任务量，可以通过软件进行测试；3、芯片的任务量是在一定范围内波动变化的，但相对较稳定，变化不是非常快。
满足上述要求的芯片，包括但不限于如下种类显示卡，网卡，声卡和CPU。
通过以上发明，可以作到有多大的任务，提供多大的处理能力，物尽其用，实现了当需要处理任务量较小的时候，芯片本身按照较低的频率工作，一方面节约能源、另一方面延长芯片寿命；当需要处理任务量较大的时候，芯片按照较高的频率工作，当然，是在确保不会对芯片造成损坏的情况下充分发挥芯片的处理能力。
推广开来，以上发明的思路还可以应用到其他处理器产品上。计算机领域的芯片基本都可以满足以上要求，可以采取类似的控制和调节方式；在单片机及工控机上因为应用的任务量较单一固定，就不适于此方法了。
图1是本发明第一较佳实施例流程频率调整流程图；图2是本发明第一较佳实施例流程频率上限保护模块流程图；图3是本发明第二较佳实施例流程图；图4是本发明第三较佳实施例流程图；图5是本发明的设定频率的判断流程图。
具体实施例方式
在本实施例中，以显示卡芯片为例。
本发明提供的芯片频率调整的方法，其核心步骤就是监测芯片的实际工作量，在限制芯片温度的情况下，调整芯片频率以适合芯片的实际工作量。
在第一较佳实施例中，本发明设计成两个可以互相调用的程序，一个主程序，即调整频率程序，该程序随着系统启动，常驻内存，实时监控芯片的任务量变化情况，并执行相应的调节功能；另外一个辅助程序，即温度上限保护模块程序，由于芯片在长期超过额定频率工作时会有较大的发热量，为了避免由于常时间超频导致的芯片温度过高对芯片造成损害，需要一个芯片温度监控装置，在芯片温度高于初试设定的芯片最高工作温度后，调用保护程序，将芯片频率降低到合理范围，并将驻留内存的主程序暂时挂起，在一定时间后，芯片可以在这个时间内依靠自身散热装置降低到正常的工作温度，再次激活原有主程序。
需要说明的是当系统正常运行时，此信息被调到系统内存的特定区域，所以，以上的参数修改只针对内存中信息修改，并不会修改芯片自身的BIOS信息。
如图1、图2所示，T0是初始化时对芯片工作量的确定，即芯片任务量为100％时的状态。TT0是根据芯片工作特点和散热条件设定的最大安全工作温度。P0是芯片的出厂设置的额定频率。为了保证对芯片的频率调节是实时自动进行的，需要一个常驻内存的检测软件，定期检测芯片的工作负荷。在本例中为每间隔100S测试一次，该时间间隔可以根据不同的芯片应用需求自行设置。
本发明实施例包括如下步骤第一步骤设定芯片额定任务量为T0，设定芯片安全温度为TT0；第二步骤100S后测量芯片温度TT1，如果温度TT1不高于芯片安全温度TT0，则进入第三步骤；如果温度TT1高于芯片安全温度TT0，则进入第六步骤，上限保护模块流程。
第三步骤监测芯片的实际任务量T1。
第四步骤比较实际任务量T1和芯片额定工作量T0，选择对应实际工作量T1的合适的频率P1；第五步骤修改已调入内存部分的芯片BIOS信息，调整芯片工作频率为P1，并返回第二步骤。
第六步骤上限保护模块流程将芯片实际工作频率下降到额定频率P0的80％，保持30分钟，30分钟后再次测量芯片温度TT1，如果芯片温度TT1仍高于安全温度TT0，则循环本步骤；如果芯片温度TT1不高于安全温度TT0，则进入第三步骤。
在本实施例中，第四步骤中P1和P0的对应关系如下
本实施例中，设置了提高芯片频率模块和降低频率模块。当监测到芯片的任务量大于额定任务量的时候(即T1＞T0)时，程序启动升高芯片频率模块，提高芯片工作频率；当发现芯片的任务量已经低于额定任务量的20％，即T1≤T0*0.8时，程序启动降低芯片频率模块，降低芯片工作频率；否则，即T0*0.8＜T1≤T时，不调整芯片工作频率，跳转到等待时间间隔指令，等待下一次判断。当然，也可以选择其他频率分级方式。
从以上对应关系可以看出，对芯片频率的提升被限制在原有频率的10％以内，这样设置的原因是芯片本身的性能余量一般在15％-20％的范围内，为了保证关键应用时系统的稳定性以及考虑到芯片颗粒的个体情况有所不同，在本发明中保留了10％左右的安全余量。
如图5所示，下面说明设定频率的判断流程如下a、如果T1小于T0*0.8，则进入步骤d，否则进入步骤b；b、如果T1小于T0，则不调整芯片频率，结束流程，否则进入步骤c；c、如T1小于T0*1.1，则调整芯片频率为额定频率的105％，结束流程，否则调整芯片频率为额定频率的110％，结束流程；d、如果T1小于T0％*0.6，则进入步骤e，否则调整芯片频率为额定频率的80％，结束流程；e、如果T1小于T0*0.4则调整芯片频率为额定频率的40％，否则调整芯片频率为额定频率的60％；当然，也可以采取其他判断流程，实现芯片频率的设定。
如图3所示，本发明的第二较佳实施例。
一种芯片频率调整的方法，它包括如下步骤第一步骤设定芯片额定任务量，设定芯片安全温度；第二步骤一固定间隔时间后测量芯片温度，如果芯片温度不高于芯片安全温度，则进入第三步骤；否则，进入第六步骤；第三步骤监测芯片的实际任务量；第四步骤比较实际任务量和芯片额定工作量，选择对应实际工作量的合适的频率P1；第五步骤修改已调入内存部分的芯片BIOS信息，调整芯片工作频率为P1，并返回第二步骤。
第六步骤将芯片实际工作频率保持在一固定频率值，保持一定时间间隔后进入第二步骤。
第二较佳实施例与第一较佳实施例的区别在于，将上限保护模块流程与频率调整流程融合在一起，不单独设计上限保护模块流程。
如图4所示，本发明的第三较佳实施例。
一种芯片频率调整的方法，它包括如下步骤第一步骤设定芯片额定任务量T0，设定芯片安全温度TT0；第二步骤100秒后测量芯片温度TT1和监测芯片的实际任务量T1；第三步骤如果芯片温度TT1高于芯片安全温度TT0，并且芯片的实际任务量T1大于额定任务量T0时，则返回第二步骤；否则，进入第四步骤；第四步骤比较实际任务量T1和芯片额定工作量T0，选择对应实际工作量T1的合适的频率P1；第五步骤修改已调入内存部分的芯片BIOS信息，调整芯片工作频率为P1，并返回第二步骤。
本实施例与第一较佳实施例的区别在于，不单独设计温度上限保护模块流程。
当第一次测量，芯片温度TT1高于芯片安全温度TT0，并且芯片的实际任务量T1大于额定任务量T0时，由于未调整芯片的频率，因此芯片维持原来的额定频率，芯片可以利用固定间隔时间100秒进行散热。
如果100秒后第二次测量，芯片温度TT1仍高于芯片安全温度TT0，并且芯片的实际任务量T1仍大于额定任务量T0时，则仍维持额定频率；如果100秒后第二次测量，芯片温度TT1仍高于芯片安全温度TT0，但芯片的实际任务量T1小于额定任务量T0时，就可以下调芯片频率；如果100秒后第二次测量，芯片温度TT1低于芯片安全温度TT0，就可以按照实际任务量T1调整芯片频率，不论上调或下调都可以。
权利要求
1.一种芯片频率调整的方法，其特征在于它包括如下步骤第一步骤设定芯片额定任务量，设定芯片安全温度；第二步骤一固定间隔时间后测量芯片温度，如果芯片温度不高于芯片安全温度，则进入第三步骤；否则，进入第六步骤；第三步骤监测芯片的实际任务量；第四步骤比较实际任务量和芯片额定工作量，选择对应实际工作量的合适的频率P1；第五步骤修改已调入内存部分的芯片BIOS信息，调整芯片工作频率为P1，并返回第二步骤；第六步骤将芯片实际工作频率保持在一固定频率值，保持一定时间间隔后再次测量芯片温度，如果芯片温度仍高于安全温度，则循环本步骤；否则，进入第三步骤。
2.一种芯片频率调整的方法，其特征在于它包括如下步骤第一步骤设定芯片额定任务量，设定芯片安全温度；第二步骤一固定间隔时间后测量芯片温度，如果芯片温度不高于芯片安全温度，则进入第三步骤；否则，进入第六步骤；第三步骤监测芯片的实际任务量；第四步骤比较实际任务量和芯片额定工作量，选择对应实际工作量的合适的频率P1；第五步骤修改已调入内存部分的芯片BIOS信息，调整芯片工作频率为P1，并返回第二步骤；第六步骤将芯片实际工作频率保持在一固定频率值，保持一定时间间隔后进入第二步骤。
3.一种芯片频率调整的方法，其特征在于它包括如下步骤第一步骤设定芯片额定任务量，设定芯片安全温度；第二步骤一固定间隔时间后测量芯片温度和监测芯片的实际任务量；第三步骤如果芯片温度高于芯片安全温度，并且芯片的实际任务量大于额定任务量时，则返回第二步骤；否则，进入第四步骤；第四步骤比较实际任务量和芯片额定工作量，选择对应实际工作量的合适的频率P1；第五步骤修改已调入内存部分的芯片BIOS信息，调整芯片工作频率为P1，并返回第二步骤。
4.根据权利要求1或2或3所述的芯片频率调整的方法，其特征在于其中第二步骤中的固定间隔时间为100秒。
5.根据权利要求1或2或3所述的芯片频率调整的方法，其特征在于其中第二步骤中的固定间隔时间为0.1秒。
6.根据权利要求1或2所述的芯片频率调整的方法，其特征在于其中第六步骤中的一定时间间隔为30分钟。
7.根据权利要求1或2所述的芯片频率调整的方法，其特征在于其中第六步骤中的一定时间间隔为5分钟。
8.根据权利要求1或2所述的芯片频率调整的方法，其特征在于其中第六步骤中的固定频率值为额定频率的80％。
9.根据权利要求1或2或3所述的芯片频率调整的方法，其特征在于其中第四步骤中选择对应实际工作量的合适的频率P1的步骤如下a、如果T1小于T0*0.8，则进入步骤d，否则进入步骤b；b、如果T1小于T0，则不调整芯片频率，否则进入步骤c；c、如果T1小于T0*1.1，则调整芯片频率为额定频率的105％，否则调整芯片频率为额定频率的110％；d、如果T1小于T0％*0.6，则进入步骤e，否则调整芯片频率为额定频率的80％；e、如果T1小于T0*0.4，则调整芯片频率为额定频率的40％，否则调整芯片频率为额定频率的60％。
10.根据权利要求1或2或3所述的芯片频率调整的方法，其特征在于其中芯片是指显示卡，网卡，声卡或CPU中的一种。
全文摘要
本发明提供芯片频率调整的方法，定期测量芯片温度，能够根据所需要处理的任务量，修改已调入内存部分的芯片BIOS信息，动态调节芯片的工作频率，调整芯片工作频率为适合实际工作的频率，达到充分发挥芯片处理能力和有效提高芯片使用寿命的目的，另外，在提高处理能力的控制上采取芯片温度上限保护，不能无限制的提高芯片频率。可以作到有多大的任务，提供多大的处理能力，实现了当需要处理任务量较小的时候，芯片本身按照较低的频率工作，一方面节约能源、另一方面延长芯片寿命；当需要处理任务量较大的时候，芯片按照较高的频率工作。
文档编号H01L21/00GK1501463SQ0215051
公开日2004年6月2日 申请日期2002年11月12日 优先权日2002年11月12日
发明者刘江, 刘 江 申请人:联想(北京)有限公司