电力传送系统及多核处理芯片的制作方法

本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种电力传送系统及多核处理芯片。

背景技术：

降压型转换器(buckconverter)由于具有高功率效率，因此有利于用于向多核处理器提供电力。但是，在传统设计中，多核处理器中的每个核心均由相同的降压调节器供电。不幸地是，由于在同一时间，并不是每个核心均工作在相同的负载状态中，因此这样的设计降低了整体的功率效率。一些核心所需的核心电压的期望电平可能高，同时其他核心所需的核心电压的期望电平可能低。通过相同的降压调节器来将相同的电压供应至不同的核心会导致不必要的功率浪费，并且降低了整体的功率效率。

另一方面，当多核处理器中的核心执行某些复杂任务时，电流需求可能会显著地提升。这种在电流汲取(currentdraw)中的快速变化会引起“电压下降”效应，意味着核心的核心电压水平被拉下来。如果核心电压的电平下降得太低，那么核心的性能将受到不利影响。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种电力传送系统及多核处理芯片，有助于维持核心的核心电压的电平。

本发明实施例提供了一种电力传送系统，用于多核处理芯片，包括：第一电力传送单元，耦接至第一电源设备，用于将来自该第一电源设备的电力供应至该多核处理芯片的第一核心；以及第二电力传送单元，耦接至第二电源设备，用于根据该第一核心所需的核心电压的电平，选择性地将来自该第二电源设备的电力供应至该第一核心。

其中，该第一电源设备提供给该第一电力传送单元的第一电源电压小于该第二电源设备提供给该第二电力传送单元的第二电源电压。

其中，该第一或第二电力传送单元包括：电压调节器或者多个电压调节器的组合。

其中，该电压调节器包括：低压差稳压器、开关电容电压调节器或者开关电源。

其中，该第一电力传送单元包括：电力开关；或者，该第一电力传送单元包括：电力开关和电压调节器，其中该电力开关和该电压调节器并联；或者，该第一电力传送单元包括：多个电压调节器的组合和电力开关，其中该多个电压调节器的组合与该电力开关并联。

其中，当该多核处理芯片的多个核心所需的核心电压实质相同时，旁路该第一电力传送单元中的电压调节器或者多个电压调节器组合。

其中，该第二电力传送单元包括：开关和比较器的组合，或者电流源和比较器的组合。

其中，该第二电力传送单元包括：暂态至时间控制器，用于确定是否将该第二电源设备的电力供应至该第一核心以及供应多长时间，以及相应地控制该第二电力传送单元通过提供升压电流至该第一核心，以拉高该第一核心所需的核心电压的电平。

其中，该暂态至时间控制器根据该核心电压的电平的变化率和电平阈值中的至少一个，来决定是否将该第二电源设备的电力供应至该第一核心。

其中，该第一和第二电源设备为设置在该多核处理芯片外部的降压调节器。

其中，该第一电源设备为设置在该多核处理芯片的外部的降压调节器，该第二电源设备为设置在该多核处理芯片的晶粒上的开关电容调节器。

本发明实施例提供了一种多核处理芯片，包括：多个核心，以及如上所述的电力传送系统。

本发明实施例的有益效果是：

本发明实施例，采用第一和第二电力传送单元来同时向核心供电，并且其中的第二电力传送单元能够选择性地将电力供应至核心，因此第二电力传送单元在核心的核心电压的电平由于突然的大量电流需求而降低时，可以有助于维持/调整核心电压的电平。

附图说明

图1为根据本发明一实施例的电力传送系统和多核处理芯片的原理示意图；

图2为根据本发明另一实施例的电力传送系统和多核处理芯片的原理示意图；

图3为根据本发明一实施例的电力传送装置的结构示意图；

图4a～4c为根据本发明实施例的在多核心的不同负载状态下应用的电力传送装置的配置图；

图5为根据本发明一实施例的第二电力传送单元的原理示意图；

图6为根据本发明一实施例的核心电压的波形示意图，用于示例性地解释第二电力传送单元是如何工作的。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本申请说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包括”、“包含”为一开放式的用语，故应解释成“包括(含)但不限定于”。另外，“耦接”一词在此为包括任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接至该第二装置，或透过其它装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。

首先参考图1，其为根据本发明实施例的电力传送系统的结构示意图。如图所示，该电力传送系统100将多个核心电压vdd1～vddn提供至多核处理芯片200的多个核心cr1～crn。该电力传送系统100包括：多个电力传送装置110_1～110_n，每个电力传送装置分别耦接至多核处理芯片200的核心cr1～crn之一，并且用来向对应的核心供应电力。每个电力传送装置110_1～110_n包括：第一电力传送单元(即112_1～112_n)和第二电力传送单元(即114_1～114_n)。但是，根据本发明的各种实施例，存在某些具有不同架构的电力传送装置(未示出)。例如，某些电力传送装置可能仅包含第一电力传送单元或仅包含第二电力传送单元。

第一电力传送单元112_1～112_n进一步耦接至第一电源设备120，该第一电源设备120提供第一电源电压vcc1至第一电力传送单元112_1～112_n。该第二电力传送单元114_1～114_n进一步耦接至第二电源设备140，该第二电源设备提供第二电源电压vcc2至第二电力传送单元114_1～114_n。第一电力传送单元112_1～112_n是可操作的，以分别将第一电源电压vcc1转换为核心cr1～crn所需的核心电压vdd1～vddn，并且调节核心电压vdd1～vddn的电平。一般地，核心cr1～crn所需的电力大部分由第一电源设备120提供并且由第一电力传送单元112_1～112_n传送。

第二电力传送单元114_1～114_n是可操作的，以分别将第二电源电压vcc2转换为升压电流(boostcurrent)，作为对核心cr1～crn突然的大电流需求的响应。当升压电流供给至核心时，可以维持或拉高核心电压的电平，从而避免电压降效率和核心性能的衰减。第二电力传送单元114_1～114_n一般是非激活的，并且仅在需要时激活。例如，如果发现核心电压vdd1的电平突然下降，那么将激活对应的第二电力传送单元114_1以提供升压电流至核心cr1。此举有助于第一电力传送单元112_1维持核心cr1所需的核心电压vdd1的电平。

由于第二电力传送单元114_1～114_n在需要时，可能需要提供大的升压电流，因此施加至第二电力传送单元114_1～114_n的电源电压vcc2应该足够的高。另一方面，为了保证电力传送系统100的整体功率效率，第一电源设备120提供的第一电源电压vdd1应该尽可能的低，并且仅需提供充足的电力，以允许第一电力传送单元112_1～112_n在一般状态下维持核心电压vdd1～vddn的电平。从此点而言，第一电源电压vcc1可以低于第二电源电压vcc2。

如图1所示，第一电源设备120和第二电源设备140均设置在多核处理芯片200的外部，并且优选地使用降压调节器来实现(为了更佳的功率效率)。但是，在图2所示的另一实施例中，第一电源设备120可以设置在多核处理芯片200的外部，而第二电源设备140可以设置在多核处理芯片200的内部。在本实施例中，第二电源设备140可以为在晶粒210上的开关电容升压转换器，其中多核处理器芯片200的核心cr1～crn被布置在该晶粒210上。在本实施例中，使用设置在晶粒210外部的输出电容c1来提供该第二电源电压vcc2。

请注意，根据本发明的各种实施例，多核处理芯片200中存在某些核心(未示出)直接由第一电源设备120和/或第二电源设备140供电，而无需电力传送装置110_1～110_n。

图3示出了根据本发明一个实施例的电力传送装置之一的详细原理示意图。请注意，所示意的架构并非限制，并且可以进一步应用在每一个电力传送装置中。在图3中，电力传送装置110_1将核心电压vdd1提供至多核处理芯片200的核心cr1。第一电力传送单元112_1可以包括：电力开关131_1或电压调节器/电压调节器组合132_1。可选地，第一电力传送单元112_1可以包括：电力开关131_1和电压调节器/电压调节器组合132_1。一般地，电力传送装置110_1使用电力开关131_1和电压调节器/电压调节器组合132_1来向核心cr1提供核心电压vdd1。但是，如果核心cr1的电流需求显著地升高，从而引起核心电压vdd1显著地下降，那么第二电力传送单元114_1将被激活以补救核心cr1的电流需求，以有助于将核心电压vdd1调节在核心cr1期望的电平处。

电压调节器/电压调节器组合132_1可以为单个电压调节器或多个电压调节器的组合(即电压调节器组合)。在优选的实施例中，电压调节器132_1可以为ldo(low-dropoutregulator，低压差稳压器)，scvr(switched-capacitorvoltageregulator，开关电容电压调节器)或者smps(switched-modepowersupply，开关电源)。在优选实施例中，电压调节器组合132_1可以至少包括ldo，scvr或smps。

根据一个实施例，第二电力传送单元114_1可以为电压调节器或多个电压调节器组合。优选地，第二电力传送单元114_1可以为ldo、scvr或smps，或者多个电压调节器组合可以至少包括：ldo、scvr或smps。根据另一实施例，第二电力传送单元114_1可以包括：开关和电流的组合，或者开关和比较器的组合。

图4a～4c示意了根据本发明一个实施例的电力传送系统如何操作，以向不同负载状态下的核心cr1和cr2供电。在图4a所示的状态(a)中，假设核心cr1和cr2均处于重负载状态，并且核心电压vdd1和vdd2的期望电平相同的高(如1.0v)，那么电力开关131_1和131_2均导通以将第一电源电压vcc1提供至核心cr1和cr2。第一电源设备120可以直接向核心cr1和cr2输出大致等于1.0v的电源电压vcc1。另外，如果电流要求突然升高，那么第二电力传送单元114_1和114_2将被激活。由于核心cr1和cr2的期望电平相同的高，因此没有必要独立地调整核心电压vdd1和vdd2。因此，电压调节器/电压调节器组合132_1和132_2将不会激活或者旁路(bypass)以达到较高的整体效率。

在图4b所示的状态(b)中，假设核心cr1和cr2均处于低负载状态，并且核心电压vdd1和vdd2的期望电平同样的低(如0.5v)，那么电力开关131_1和131_2将导通以提供第一电源电压vcc1至核心cr1和cr2。第一电源设备120直接将大致等于0.5v的电源电压vcc1输出给每个核心。另外，如果电流要求突然升高，那么第二电力传送单元114_1和114_2将被激活。由于核心cr1和cr2的期望电平同样的低，因此没有必要独立地调整核心电压vdd1和vdd2。因此，电压调节器/电压调节器组合132_1和132_2将不会被激活或者旁路(bypass)。

在图4c所示的状态(c)中，假设核心cr1处于重负载状态，同时核心cr2处于轻负载状态，并且核心电压vdd1和vdd2的期望电平不同(如分别为1.0v和0.5v)。由于第一电源设备120不可能同时提供不同电平的核心电压vdd1和vdd2，因此电压调节器/电压调节器组合132_1和132_2中的至少一个不会被旁路，其中旁路例如是指利用开关短路起来。在本实施例中，电力开关131_1和131_2可以导通或者不导通。但是，如果电流要求突然升高，那么第二电力传送单元114_1和114_2将被激活。一般地，当电压调节器/电压调节器组合132_1或132_2工作时，对应的电力开关131_1或131_2断开。

图5是根据本发明一个实施例的第二电力传送单元114_1之一的操作示意图。请注意，根据本发明的各种实施例，在另一第二电力传送单元中可能存在类似的电路。该第二电力传送单元114_1包括：t2t控制器(transient-to-timecontroller，暂态至时间控制器)1141_1，电流源1142_1和开关1143_1。该t2t控制器1141_1旨在监视核心cr1的核心电压vdd1的电平，并且确定是否激活第二电力传送单元114_1来供应升压电流i_b以及供应升压电流i_b所需持续的时间。该t2t控制器1141_1可以控制开关1143_1导通，以允许电流源1142_1提供升压电流i_b至核心cr1。

图6为核心电压的波形示意图，用来示例性地解释t2t控制器如何操作的。如图所示，核心cr1所需的核心电压vdd1的期望电平为vdd_期望。在时间t0处，核心cr1汲取大量电流，从而导致在时间t1处的第一电压下垂(firstvoltagedroop)。从时间t0至t1，该t2t控制器1141_1可以侦测到核心电压vdd1的电平变化率超过阈值th1。因此，该t2t控制器1141_1确定控制第二电力传送单元114_1来提供升压电流i_b至核心cr1，从而拉高核心电压vdd1的电平并且减轻电压降效率。如上所述，第二电力传送单元114_1可以具有低的功率效率，因此该t2t控制器1141_1仅在在短期内控制第二电力传送单元114_1提供升压电流i_b。另外，该t2t控制器1141_1可以根据电平阈值th2来确定是否提供升压电流i_b。例如，由于核心电压vdd1的电平低于电压电平阈值th2，因此该t2t控制器1141_1确定控制第二电力传送单元114_1提供升压电流i_b。但是，由于在时间t3处的核心电压vdd1没有低于电压电平阈值th2(既使电平变化率仍然高)，因此该t2t控制器1141_1没有控制第二电力传送单元114_1提供升压电流i_b。在这样的条件下，核心电压vdd1的电平仅由第一电源设备120和第二电力传送单元112_1来维持，第二电力传送单元112_1提供更高的电源电压vcc1。基于各种阈值和激活周期，存在广泛的机会来平衡第二电力传送单元114_1～114_n的整体功率效率以及多核心处理芯片200的整体性能。

说明书中对“一个实施例”或“实施例”的参考意味着结合实施例描述的特定特征，结构或特性被包括在至少一个实现中。在说明书中的各个地方出现的短语“在一个实施例中”不一定都指代相同的实施例。因此，虽然已经以结构特征和/或方法动作特有的语言描述了实施例，但是应当理解，所要求保护的主题可以不限于所描述的特定特征或动作。相反，具体特征和行为被公开为实现所要求保护的主题的示例形式。

总之，电力传送系统的第一电力传送单元允许核心电压的电平可以被独立地调整，从而保证整体的功率效率。电力传送系统的第二电力传送单元在当核心电压的电平仅仅由于突然的大量电流需求而降落时，可以有助于维持/调节核心电压的电平。因此，电力传送系统有效地平衡了多核处理器芯片的性能和功率消耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。