时脉调整装置与时脉调整方法
【技术领域】
[0001]本发明是有关于一种逻辑电路的适应性调整技术，且特别是有关于一种动态调整操作电压和/或工作时脉的调整装置及其方法。
【背景技术】
[0002]动态电压及频率调整(DynamicVoltage and Frequency Scaling ;DVFS)是通过动态调整电压与频率，以节省电脑系统或逻辑电路的功耗。由于各个集成电路的制程在技术上的不同以及受到环境温度的影响，所产生的集成电路在操作参数上会有一定程度的飘移。具备不同制程条件的集成电路在进行动态电压及频率的调整中，具有最佳制程条件的集成电路在向上调整操作电压的幅度不需如具有最差制程条件的集成电路，便可满足电路时序需求。
[0003]然而，由于需要让最佳制程条件的集成电路符合最差制程条件，将使得具有最佳制程条件的集成电路产生较大的漏电流，并在向上调整操作电压时容易造成高热及热杂讯，反而不利于集成电路的时脉上调。相反的，具有最差制程条件的集成电路的操作电压需要向上调整较大幅度，以使电路运作速度变快。并且，具有最差制程条件的集成电路的漏电流较小，在向上调整较大幅度的电压及时脉时较不会有发热等问题。因此，同一组参考电压及时脉的设定不适用在具备不同制程条件的集成电路上。
[0004]目前在集成电路内的DVFS技术中，是预先将数组预设的电压与频率制作成一个电压控制表格，并依据软件的运算需求来利用此电压控制表格调整电压与频率。此技术无法解决在不同制程条件情况下的参数调整，仅能考虑最差制程条件，造成调整工作时脉与操作电压的效率低落。因此，找寻可有效地调整集成电路的工作时脉与操作电压的相关技术是值得探讨的课题。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种时脉调整装置及时脉调整方法，其可通过时脉调整装置的性能调整模块依据时间关系与空间关系来获得多个对应于目前环境温度或操作情况的当前性能码，藉以判断是否需要调整逻辑电路的工作时脉以及其操作电压。时脉调整装置还能够平稳且顺利地调整逻辑电路的工作时脉及操作电压，避免逻辑电路因时脉及电压的调整而发生错误甚至损坏。
[0006]本发明提出一种时脉调整装置，包括第一硬件性能监控器与性能调整模块，第一硬件性能监控器在时间区间内依据逻辑电路的操作条件产生有关于传输门延迟的多个当前性能码，每个当前性能码对应位于时间区间内的每个时间点。性能调整模块耦接第一硬件性能监控器，接收当前性能码，依据当前性能码以判断是否调整逻辑电路的工作时脉以及操作电压，以使所述操作电压适用于所述工作时脉。其中，性能调整模块依据当前性能码中的最差值以判断是否向上调整操作电压，且依据当前性能码中的平均值以判断是否向下调整操作电压。
[0007]在本发明的一实施例中，上述的性能调整模块包括性能分析器、电压控制器与时脉调整器。性能分析器耦接第一硬件性能监控器，接收当前性能码以产生时脉调整信号以及电压调整信号。电压控制器耦接性能分析器，接收电压调整信号以控制外部电压调节器，以调整操作电压使其适用于所述工作时脉。时脉调整器耦接性能分析器，接收时脉调整信号以调整逻辑电路的工作时脉。
[0008]在本发明的一实施例中，时脉调整装置更包括时脉除法器，所述时脉除法器耦接于时脉调整器以及逻辑电路之间，时脉除法器接收时脉调整器所产生的回路时脉并产生逻辑电路的工作时脉。当工作时脉要被向上调整，电压控制器评估上调电压值并控制外部电压调节器以调升操作电压至该上调电压值，且性能分析器通过第一硬件性能监控器的当前性能码得知该上调电压值仍无法使逻辑电路达到所需的预定效能时，时脉调整器使能所述时脉除法器以对工作时脉进行降频，且将时脉调整器的回路时脉调升至上调频率值，通过电压控制器调整外部电压调整器藉以微幅调升操作电压，至性能分析器判断第一硬件性能监控器产生的当前性能码足以使逻辑电路达到预定效能时，时脉调整器禁能时脉除法器以使回路时脉的频率等同于工作时脉的频率。
[0009]在本发明的一实施例中，时脉调整装置更包括多个第二硬件性能监控器，其中第一硬件性能监控器以及多个第二硬件性能监控器分别设置于逻辑电路的硬件结构的不同位置。
[0010]在本发明的一实施例中，性能调整模块判断不调整工作时脉时，或是在调整工作时脉的频率之后，执行操作电压微调程序。
[0011]在本发明的一实施例中，当工作时脉要被向上调整时，性能调整模块将一预设性能码提升至上调预估值，调升操作电压至上调电压值，等待操作电压稳定，且在操作电压稳定后调升工作时脉的频率至上调频率值。
[0012]在本发明的一实施例中，性能调整模块比对第一硬件性能监控器的当前性能码与预设性能码，以判断操作电压是否稳定。
[0013]在本发明的一实施例中，当工作时脉要被向下调整时，性能调整模块将预设性能码降低至下调预估值，调降工作时脉的频率至下调频率值，且在调整工作时脉之后调降操作电压至下调电压值。
[0014]从另一角度来看，本发明提出一种时脉调整方法，适用于逻辑电路，所述时脉调整方法包括下列步骤:在时间区间内依据逻辑电路的操作条件产生有关于传输门延迟的多个当前性能码，每个当前性能码对应位于时间区间内的每个时间点。接收当前性能码，依据当前性能码以判断是否调整逻辑电路的工作时脉以及调整用以产生使逻辑电路符合该工作时脉的操作电压。依据当前性能码中的最差值来判断是否向上调整操作电压。以及，依据当前性能码中的平均值来判断是否向下调整操作电压。
[0015]在本发明的一实施例中，上述的时脉调整方法更包括下列步骤:当工作时脉要被向上调整、电压控制器评估上调电压值并控制外部电压调节器以调升操作电压至该上调电压值，且性能分析器通过第一硬件性能监控器的当前性能码得知该上调电压值仍无法使逻辑电路达到预定效能时，使能时脉除法器以对工作时脉进行降频，并将锁相回路的回路时脉的频率调升至上调频率值，并通过电压控制器调整外部电压调整器以微幅调升操作电压，藉以持续依据该些当前性能码来判断该逻辑电路是否达到该预定效能。当性能分析器判断第一硬件性能监控器产生的当前性能码足以使逻辑电路达到预定效能，也就是回路时脉的频率稳定在上调频率值时，时脉调整器禁能时脉除法器以使回路时脉的频率等同于工作时脉的频率。
[0016]在本发明的一实施例中，上述的时脉调整方法更包括下列步骤:当不调整工作时脉时、或是在调整工作时脉的频率之后，执行操作电压微调程序。
[0017]在本发明的一实施例中，上述的时脉调整方法，其中操作电压微调程序包括下列步骤:判断当前性能码中的最差值与预设性能码之间的差值是否小于第一门槛值。若当前性能码中的最差值与预设性能码之间的差值小于第一门槛值，则调升操作电压。若当前性能码中的最差值与预设性能码之间的差值大于第一门槛值，则判断当前性能码中的平均值与预设性能码之间的差值是否小于第二门槛值。若当前性能码中的平均值与预设性能码之间的差值不小于第二门槛值，则调降操作电压并更新预设性能码。
[0018]在本发明的一实施例中，向上调整操作电压包括下列步骤:将预设性能码提升至上调预估值。调升操作电压至上调电压值；等待操作电压稳定。以及，在操作电压稳定后，比对当前性能码中的最差值及预设性能码之间的差值，若符合需求则调升工作时脉的频率至上调频率值。
[0019]在本发明的一实施例中，向下调整操作电压包括下列步骤:将预设性能码降低至下调预估值。调降工作时脉的频率至下调频率值。以及，在调整工作时脉之后，调降操作电压至下调电压值。
[0020]基于上述，本发明可通过时脉调整装置的性能调整模块依据时间关系(如，每隔一段时间进行多次侦测)与空间关系(如，在多个可能造成较差制程或电压条件的位置上设置硬件性能监控器)来获得多个对于目前环境温度或操作情况的当前性能码，并通过这些当前性能码来判断是否需要调整逻辑电路的工作时脉以及其操作电压。并且，在欲调升工作时脉的情况下，由于会先行调升操作电压，且当所量测得到的当前性能码并未达到预定效能的话，时脉调整装置将通过时脉除法器来先行减缓工作时脉的频率，藉以将提供给逻辑电路的工作时脉与回路时脉暂时性地进行区隔，并通过微幅调升操作电压的方式使得逻辑电路的性能能够适用该回路时脉所产生的的频率，以避免逻辑电路在时脉调整器(锁相回路)升频时发生误动作的情况而使其故障或损毁。此外，本发明实施例的硬件性能监控器可顾及集成电路电压衰退与电压不均等问题，进而针对不同制程条件的集成电路提供适合的标准，不须迁就具有最差制程条件的集成电路。藉此，时脉调整装置能够平稳地且顺利地调整逻辑电路的工作时脉及操作电压，避免逻辑电路因时脉及电压的调整而发生错误。
[0021]为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
【附图说明】
[0022]图1为本发明一示范性实施例的