專利名稱：一種為圖形處理單元芯片提供動態(tài)核心電壓的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體器件，特別涉及一種為圖形處理單元芯片提供動態(tài)核心電 壓的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在計(jì)算機(jī)中，為了對大量圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行高速顯示，除了顯示器之外，顯示系統(tǒng)往往 還安裝有圖像處理器件。圖像處理器件往往由專用于圖像處理的運(yùn)算處理器件(以下稱為 GPU，即圖像處理單元)、作為存儲器件的用來存儲圖像數(shù)據(jù)的視頻隨機(jī)存取存儲器(以下 稱為VRAM)、顯示處理器件等構(gòu)成。此處，顯示系統(tǒng)表示一種系統(tǒng)，它具有對中央處理器中執(zhí) 行的運(yùn)算過程的結(jié)構(gòu)進(jìn)行解釋處理并在顯示部分顯示圖像的功能。而且，圖像處理器件表 示一種器件，它接收GPU中執(zhí)行的運(yùn)算的結(jié)構(gòu)，并形成要送到顯示系統(tǒng)中的顯示器件的圖 像數(shù)據(jù)。而且，顯示器件表示一種器件，它將圖像處理器件中形成的圖像數(shù)據(jù)顯示為顯示部 分中的圖像。顯示部分表示一個(gè)區(qū)域，它由多個(gè)像素組成，并在其中顯示圖像。GPU是相對于CPU的一個(gè)概念，它能夠從硬件上支持多邊形轉(zhuǎn)換與光源處理的圖 像顯示硬件。目前在GPU上進(jìn)行的主要運(yùn)算包括光罩計(jì)算、深度檢測、光柵化等。由于GPU 采用的是單指令多數(shù)據(jù)的處理器設(shè)計(jì)模式，而且它不需要進(jìn)行內(nèi)存管理、對系統(tǒng)的輸入輸 出做出響應(yīng)等，所以它在圖形處理方面的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于CPU。因此，GPU已經(jīng)逐漸成為組成 電腦不可缺少的一部分。諸如GPU的半導(dǎo)體芯片可運(yùn)行的最高速度由三個(gè)因素決定1、芯片的體質(zhì)，包括 芯片制造時(shí)個(gè)體差異以及使用一段時(shí)間之后芯片內(nèi)部的老化；2、芯片工作的電壓。電壓越 高，其極限頻率越高；3、芯片的結(jié)溫，其溫度越低，極限頻率越高。一般情況下，為了保證 GPU在正常狀態(tài)下工作，GPU的核心電壓和工作頻率的數(shù)值保持在一定的范圍內(nèi)。但是，這 有時(shí)會增加GPU的功耗。例如，GPU當(dāng)前的實(shí)時(shí)工作頻率為710兆赫茲，而實(shí)際上當(dāng)GPU的 使用率下降時(shí)，就不需要這么高的頻率，如果此時(shí)提供給GPU的核心電壓仍然是滿足710兆 赫茲的核心電壓，就會造成功耗過高的問題，進(jìn)一步地可能會導(dǎo)致燒毀GPU，從而縮短GPU 的使用壽命。因此，需要一種新的為GPU動態(tài)地提供核心電壓的系統(tǒng)，既能保證GPU正常工作又 能降低功耗，從而降低系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

實(shí)用新型內(nèi)容在實(shí)用新型內(nèi)容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實(shí)施方式
部分 中進(jìn)一步詳細(xì)說明。本實(shí)用新型的實(shí)用新型內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù) 的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保 護(hù)范圍。本實(shí)用新型提供了一種為圖形處理單元芯片提供動態(tài)核心電壓的系統(tǒng)，其特征在 于，包括所述圖形處理單元芯片和電壓調(diào)節(jié)模塊，所述圖形處理單元芯片包括實(shí)時(shí)檢測模塊、計(jì)算模塊和核心電源接口，所述實(shí)時(shí)檢測模塊的輸出端連接所述計(jì)算模塊的輸入端，將 檢測到的所述圖形處理單元芯片的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)參數(shù)發(fā)送到所述計(jì)算模塊；所述計(jì)算模塊 的輸出端連接所述電壓調(diào)節(jié)模塊的輸入端，將所述圖形處理單元芯片所需要的最小實(shí)時(shí)工 作電壓的值計(jì)算出來后發(fā)送到所述電壓調(diào)節(jié)模塊；所述電壓調(diào)節(jié)模塊的輸出端連接所述核 心電源接口，將所述最小實(shí)時(shí)工作電壓提供給所述核心電源接口?？蛇x地，所述計(jì)算模塊為數(shù)字信號處理模塊。可選地，所述計(jì)算模塊包括數(shù)字信號處理模塊和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊?？蛇x地，所述計(jì)算模塊將計(jì)算出所述圖形處理單元芯片所需要的最小實(shí)時(shí)工作電 壓的值直接發(fā)送到電壓調(diào)節(jié)模塊。可選地，所述計(jì)算模塊將計(jì)算出所述圖形處理單元芯片所需要的最小實(shí)時(shí)工作電 壓的值發(fā)送到所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)發(fā)送到所述電壓調(diào)節(jié) 模塊。可選地，所述電壓調(diào)節(jié)模塊包括反饋模塊、運(yùn)算放大器和參考電壓源?？蛇x地，所述實(shí)時(shí)工作狀態(tài)參數(shù)為實(shí)時(shí)工作頻率?？蛇x地，所述實(shí)時(shí)工作頻率為600 740兆赫茲。根據(jù)本實(shí)用新型，能夠?yàn)镚PU芯片動態(tài)地提供GPU芯片能夠正常工作的最小實(shí)時(shí) 工作電壓，減小了功耗，降低了系統(tǒng)的運(yùn)行成本。根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)確保了能夠在特點(diǎn) 的條件下，即特定的芯片體質(zhì)、結(jié)溫以及運(yùn)行頻率下動態(tài)調(diào)整使芯片電壓最低以達(dá)到最大 的節(jié)能，以及確保了在特定的條件下下盡量提高運(yùn)行頻率以達(dá)到最高性能。

本實(shí)用新型的下列附圖在此作為本實(shí)用新型的一部分用于理解本實(shí)用新型。附圖 中示出了本實(shí)用新型的實(shí)施例及其描述，用來解釋本實(shí)用新型的原理。在附圖中，圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；圖2是關(guān)于為GPU芯片提供能保證GPU正常工作的動態(tài)核心電壓的系統(tǒng)一個(gè)具體 實(shí)施例。
具體實(shí)施方式
在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對本實(shí)用新型更為徹底的理 解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，本實(shí)用新型可以無需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì) 節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本實(shí)用新型發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些 技術(shù)特征未進(jìn)行描述。為了徹底了解本實(shí)用新型，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟，以便說明本實(shí)用 新型中的為GPU提供能保證GPU正常工作的動態(tài)核心電壓的系統(tǒng)。顯然，本實(shí)用新型的施 行并不限定于半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例詳細(xì)描 述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本實(shí)用新型還可以具有其他實(shí)施方式。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺圖1展示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100描繪根據(jù)本發(fā) 明實(shí)施例的基本計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組件，其提供執(zhí)行平臺以獲得某種基于硬件的和基于軟件的功能性。大體上來說，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100包括至少一個(gè)CPU 101、系統(tǒng)存儲器115，和至少一個(gè) 圖形處理器單元(GPU) 110。CPU 101可經(jīng)由橋接器組件/存儲器控制器(未圖示)耦合到 系統(tǒng)存儲器115，或可經(jīng)由CPU 101內(nèi)部的存儲器控制器(未圖示)直接耦合到系統(tǒng)存儲器 115。GPU 110耦合到顯示器112。一個(gè)或一個(gè)以上額外GPU可視需要耦合到系統(tǒng)100以進(jìn) 一步增加其計(jì)算能力。GPUllO耦合到CPU 101和系統(tǒng)存儲器115。系統(tǒng)100可實(shí)施為(例 如)臺式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或服務(wù)器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其具有耦合到專門圖形渲染GPUllO的功能強(qiáng)大 的通用CPU 101。在此實(shí)施例中，可包含添加外圍總線、專門圖形存儲器、IO裝置等的組件。 類似地，系統(tǒng)100可實(shí)施為手提式裝置(例如，手機(jī)等)或視頻游戲控制臺裝置，例如美國 華盛頓州雷蒙德市Microsoft公司的Xbox ,或日本東京的Sony ComputerEntertainment 公司的 PlayStation3 。應(yīng)了解，GPU 110可實(shí)施為單獨(dú)的組件、經(jīng)設(shè)計(jì)以經(jīng)由連接器(例如，AGP插槽、 PCI-Express插槽等)耦合到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100的單獨(dú)的圖形卡、單獨(dú)的集成電路芯片(例 如，直接安裝在母板上)，或作為包含在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)芯片集組件(未圖示)的集成電路芯片 內(nèi)的集成GPU。另外，可為GPU 110包含本地圖形存儲器114以實(shí)現(xiàn)高帶寬圖形數(shù)據(jù)存儲。圖2是關(guān)于為GPU芯片提供能保證GPU正常工作的動態(tài)核心電壓的系統(tǒng)一個(gè)具體 實(shí)施例。本實(shí)用新型的供壓系統(tǒng)由GPU芯片210和外接的電壓調(diào)節(jié)模塊204組成GPU芯片210包括實(shí)時(shí)檢測模塊201、計(jì)算模塊202和GPU芯片210的核心電源接 口 203。其中，實(shí)時(shí)檢測模塊201的輸出端連接計(jì)算模塊202的輸入端，計(jì)算模塊202的輸 出端連接外部的電壓調(diào)節(jié)模塊204的輸入端，電壓調(diào)節(jié)模塊204的輸出端連接核心電源接 Π 203。實(shí)時(shí)檢測模塊201檢測GPU芯片210的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)參數(shù)，例如實(shí)時(shí)工作頻率、工
作電壓、溫度等。計(jì)算模塊202可以是數(shù)字信號處理(DSP)模塊或由數(shù)字信號處理模塊和數(shù)模(D/ A)轉(zhuǎn)換模塊組成。計(jì)算模塊202可根據(jù)電壓調(diào)節(jié)模塊204的接口來選擇是采用數(shù)字信號處 理模塊還是由數(shù)字信號處理模塊和數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換模塊共同組成。例如，當(dāng)電壓調(diào)節(jié)模塊 204的接口為數(shù)字視頻接口時(shí)，可以選擇數(shù)字信號處理模塊；當(dāng)電壓調(diào)節(jié)模塊204的接口為 模擬視頻接口時(shí)，計(jì)算模塊202可以由數(shù)字信號處理模塊和數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換模塊組成。電壓調(diào)節(jié)模塊204用來調(diào)節(jié)輸出到GPU芯片210的工作電壓，可以本領(lǐng)域任何公 知的方式來實(shí)現(xiàn)，例如可以包括反饋模塊、運(yùn)算放大器和參考電壓源等。具體工作過程為實(shí)時(shí)檢測模塊201檢測GPU芯片210的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)參數(shù)，例如采用工作頻率，然 后將檢測到的實(shí)時(shí)工作頻率數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算模塊202，傳送可通過任何本領(lǐng)域人員公知的 方式，例如通過GPU芯片內(nèi)的并行數(shù)據(jù)總線傳送16bit的二進(jìn)制非整數(shù)。計(jì)算模塊202中 的數(shù)字信號模塊讀取到實(shí)時(shí)檢測模塊201發(fā)送來的實(shí)時(shí)工作頻率數(shù)據(jù)后與存于顯卡基本 輸入輸出系統(tǒng)(BIOS)內(nèi)的目標(biāo)頻率比較。如果發(fā)現(xiàn)GPU芯片210的實(shí)時(shí)工作電壓可以降 低以減小系統(tǒng)功耗，則計(jì)算模塊202將應(yīng)當(dāng)提供給GPU芯片210的最小工作電壓的數(shù)據(jù)發(fā) 送給電壓調(diào)節(jié)模塊204。下面通過一個(gè)具體的實(shí)施例來詳細(xì)闡述具體比較及調(diào)節(jié)的方法。例如，實(shí)時(shí)檢測 模塊201檢測到當(dāng)前GPU芯片210可運(yùn)行的最高頻率如700兆赫茲，然后將700兆赫茲的數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算模塊202，計(jì)算模塊202將700兆赫茲與存于顯卡上基本輸入輸出系統(tǒng)內(nèi) 的目標(biāo)頻率，目標(biāo)頻率例如為600兆赫茲，進(jìn)行比較。一般情況下，為了保持系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定， GPU芯片210的實(shí)時(shí)工作頻率應(yīng)大于目標(biāo)頻率10 %，這樣通過計(jì)算，例如PID算法，發(fā)現(xiàn)GPU 芯片210的工作電壓可以降低以減小功耗，則計(jì)算模塊202將應(yīng)當(dāng)向GPU芯片210提供的 最小實(shí)時(shí)工作電壓的數(shù)據(jù)傳送給電壓調(diào)節(jié)模塊203，例如需要下調(diào)GPU芯片210核心電壓 6. 25mV。此時(shí)傳送數(shù)據(jù)的方式可通過任何本領(lǐng)域人員公知的方式，例如通過數(shù)字方式，即計(jì) 算模塊202內(nèi)的數(shù)字信號處理器接收到數(shù)據(jù)后，通過計(jì)算得到當(dāng)前GPU芯片210最小的工 作電壓，并直接輸出VID(電壓識別認(rèn)證)，例如Intel VRM 11 ；也可以通過模擬方式，例如 計(jì)算模塊202中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器接收到數(shù)據(jù)后，數(shù)模轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號后， 然后輸出特定的參考電壓Vref給電壓調(diào)節(jié)模塊204。電壓調(diào)節(jié)模塊204根據(jù)計(jì)算模塊202 傳送過來的數(shù)據(jù)，通過調(diào)節(jié)自身的輸出電壓，然后向核心電源接口 203輸出當(dāng)前能夠使GPU 芯片210正常工作的最小工作電壓，即實(shí)時(shí)工作電壓。接著，在下一個(gè)周期，例如在內(nèi)存刷 新的周期(例如，64ms)內(nèi)重復(fù)所有的步驟，使得提供給GPU芯片210的核心電壓始終維持 在能夠保證GPU芯片210正常工作的最小核心電壓。通過采用本實(shí)用新型中的為圖形處理單元芯片提供動態(tài)核心電壓的系統(tǒng)，能夠?yàn)?GPU動態(tài)的提供保證GPU芯片正常工作的最小工作電壓，降低了功耗，降低了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn) 行成本。本實(shí)用新型已經(jīng)通過上述實(shí)施例進(jìn)行了說明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實(shí)施例只是 用于舉例和說明的目的，而非意在將本實(shí)用新型限制于所描述的實(shí)施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng) 域技術(shù)人員可以理解的是，本實(shí)用新型并不局限于上述實(shí)施例，根據(jù)本實(shí)用新型的教導(dǎo)還 可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本實(shí)用新型所要求保護(hù)的范圍以 內(nèi)。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。
權(quán)利要求一種為圖形處理單元芯片提供動態(tài)核心電壓的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括所述圖形處理單元芯片和電壓調(diào)節(jié)模塊，所述圖形處理單元芯片包括實(shí)時(shí)檢測模塊、計(jì)算模塊和核心電源接口，所述實(shí)時(shí)檢測模塊的輸出端連接所述計(jì)算模塊的輸入端，將檢測到的所述圖形處理單元芯片的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)參數(shù)發(fā)送到所述計(jì)算模塊；所述計(jì)算模塊的輸出端連接所述電壓調(diào)節(jié)模塊的輸入端，將所述圖形處理單元芯片所需要的最小實(shí)時(shí)工作電壓的值計(jì)算出來后發(fā)送到所述電壓調(diào)節(jié)模塊；所述電壓調(diào)節(jié)模塊的輸出端連接所述核心電源接口，將所述最小實(shí)時(shí)工作電壓提供給所述核心電源接口。
2.如權(quán)利要求1所述的為圖形處理單元芯片提供核心電壓的系統(tǒng)，其特征在于，所述 計(jì)算模塊為數(shù)字信號處理模塊。
3.如權(quán)利要求1所述的為圖形處理單元芯片提供核心電壓的系統(tǒng)，其特征在于，所述 計(jì)算模塊包括數(shù)字信號處理模塊和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。
4.如權(quán)利要求2所述的為圖形處理單元芯片提供核心電壓的系統(tǒng)，其特征在于，所述 計(jì)算模塊將計(jì)算出所述圖形處理單元芯片所需要的最小實(shí)時(shí)工作電壓的值直接發(fā)送到電 壓調(diào)節(jié)模塊。
5.如權(quán)利要求3所述的為圖形處理單元芯片提供核心電壓的系統(tǒng)，其特征在于，所述 計(jì)算模塊將計(jì)算出所述圖形處理單元芯片所需要的最小實(shí)時(shí)工作電壓的值發(fā)送到所述數(shù) 模轉(zhuǎn)換模塊，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)發(fā)送到所述電壓調(diào)節(jié)模塊。
6.如權(quán)利要求1所述的為圖形處理單元芯片提供核心電壓的系統(tǒng)，其特征在于，所述 電壓調(diào)節(jié)模塊包括反饋模塊、運(yùn)算放大器和參考電壓源。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種為圖形處理單元芯片提供動態(tài)核心電壓的系統(tǒng)，包括圖形處理單元芯片和電壓調(diào)節(jié)模塊，圖形處理單元芯片包括實(shí)時(shí)檢測模塊、計(jì)算模塊和核心電源接口，實(shí)時(shí)檢測模塊的輸出端連接計(jì)算模塊的輸入端，將檢測到的圖形處理單元芯片的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)參數(shù)發(fā)送到計(jì)算模塊；計(jì)算模塊的輸出端連接電壓調(diào)節(jié)模塊的輸入端，將圖形處理單元芯片所需要的最小實(shí)時(shí)工作電壓的值計(jì)算出來后發(fā)送到電壓調(diào)節(jié)模塊；電壓調(diào)節(jié)模塊的輸出端連接核心電源接口，將最小實(shí)時(shí)工作電壓提供給核心電源接口。根據(jù)本實(shí)用新型，能夠有效減小系統(tǒng)的功耗，降低系統(tǒng)的運(yùn)行成本。
文檔編號G06F1/32GK201725272SQ20102015307
公開日2011年1月26日 申請日期2010年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月8日
發(fā)明者徐爽 申請人:輝達(dá)公司