用于使用熱阻值預(yù)測(cè)最佳功率電平以實(shí)現(xiàn)便攜式計(jì)算設(shè)備中的熱管理的系統(tǒng)和方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]便攜式計(jì)算設(shè)備(“pro”)成為個(gè)人和專業(yè)人士人員的必需品。這些設(shè)備可以包括蜂窩電話、便攜式數(shù)字助理(PDA)、便攜式游戲控制臺(tái)、掌上型計(jì)算機(jī)和其它便攜式電子設(shè)備。
[0002]PCD的一個(gè)獨(dú)特方面在于它們通常并不具有諸如風(fēng)扇之類的有源冷卻裝置，而諸如膝上型計(jì)算機(jī)和桌面型計(jì)算機(jī)之類的大型計(jì)算設(shè)備中通常能找到這些裝置。不使用風(fēng)扇，PCD可以依賴電子封裝的空間布置，使得兩個(gè)或更多個(gè)有源和發(fā)熱部件在位置上不相互鄰近。此外，很多PCD還依賴于諸如散熱片之類的無源冷卻裝置，以管理共同地形成各個(gè)P⑶的電子部件之間的熱能。
[0003]通常，現(xiàn)實(shí)情況是P⑶的其尺寸受到限制，因此，用于P⑶中的部件的空間通常極為稀缺。因此，通常在PCD中沒有足夠的空間可被工程師和設(shè)計(jì)師利用，使得不能通過采用無源散熱部件的巧妙空間布局或者策略性布置來減輕處理部件的熱性能下降或者故障問題。因此，當(dāng)前的系統(tǒng)和方法依賴于嵌入在PCD芯片上的各種溫度傳感器來監(jiān)測(cè)熱能的耗散，并轉(zhuǎn)而使用這些測(cè)量值來觸發(fā)熱管理技術(shù)的應(yīng)用，其中這些熱管理技術(shù)調(diào)整工作負(fù)荷分配、處理速度等等以減少熱能的產(chǎn)生。
[0004]例如，一些系統(tǒng)和方法可以監(jiān)測(cè)溫度傳感器，以便在動(dòng)態(tài)調(diào)整電壓和/或頻率(“DVFS”)設(shè)置之前認(rèn)識(shí)到已超過了熱門限，從而“回調(diào)”內(nèi)核的功耗以減少熱能的產(chǎn)生。值得注意的是，現(xiàn)有解決方案的實(shí)施例可以將針對(duì)內(nèi)核的功率電平一次減少一個(gè)格(bin)，或者依賴于使用情形的識(shí)別以便一次下跳多個(gè)格(bin)，從而盡力更快速地穩(wěn)定熱能產(chǎn)生。但不管怎樣，在調(diào)整功率電平之后，再次查詢溫度傳感器以判斷前一次的功率電平調(diào)整是否獲得了所希望的發(fā)熱量的下降。如果沒有，則進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整，繼續(xù)該循環(huán)直到熱能電平達(dá)到可接受為止。
[0005]這些現(xiàn)有的解決方案可以視作為“閉環(huán)”解決方案，這是由于它們監(jiān)測(cè)溫度傳感器，進(jìn)行功率設(shè)置調(diào)整，再次監(jiān)測(cè)溫度傳感器，進(jìn)行進(jìn)一步的功率設(shè)置調(diào)整，轉(zhuǎn)而繼續(xù)處于調(diào)整和反饋的“閉環(huán)”之中，直到充分地緩解了熱能產(chǎn)生問題為止。用此方式，現(xiàn)有的閉環(huán)解決方案代表熱能緩解的反應(yīng)式方法，其在持續(xù)的條件之下，相對(duì)緩慢地達(dá)到用于緩解熱能產(chǎn)生的最佳功率設(shè)置。因此，本領(lǐng)域需要在熱門限被超過時(shí)，主動(dòng)地確定最佳功率設(shè)置來緩解熱能產(chǎn)生，從而減少或者消除需要進(jìn)行另外的功率電平設(shè)置的系統(tǒng)和方法。具體而言，本領(lǐng)域需要用于管理PCD中的熱能產(chǎn)生的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法基于跟蹤的熱阻值來計(jì)算最佳功率設(shè)置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本文公開了用于基于功率電平計(jì)算，實(shí)現(xiàn)便攜式計(jì)算設(shè)備(“PCD”)中的熱能管理的方法和系統(tǒng)的各種實(shí)施例。值得注意的是，在很多PCD中，與PCD中的各種部件相關(guān)聯(lián)的溫度門限(例如，芯片硅結(jié)溫度和層疊封裝(“PoP”)存儲(chǔ)器溫度)，限制了可以利用該P(yáng)CD的性能能力的程度。當(dāng)工作溫度達(dá)到或者超過某些預(yù)先規(guī)定的溫度門限時(shí)，必須執(zhí)行熱緩解測(cè)量以管理熱能產(chǎn)生和優(yōu)化QoS。
[0007]—種用于管理P⑶中的熱能產(chǎn)生的示例性方法包括:規(guī)定與該P(yáng)⑶中的一個(gè)或多個(gè)部件相關(guān)聯(lián)的溫度門限。隨后，對(duì)于與所述一個(gè)或多個(gè)部件相關(guān)聯(lián)的溫度傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)。溫度傳感器所采集的溫度測(cè)量值可以指示瞬時(shí)工作溫度，并且關(guān)聯(lián)這些部件進(jìn)行跟蹤。與跟蹤瞬時(shí)工作溫度同時(shí)地，還跟蹤供應(yīng)給這些部件的有效功率電平。供應(yīng)的瞬時(shí)工作溫度和有效功率電平，可以用于計(jì)算這些部件的瞬時(shí)熱阻值:
[0008]Rinst — (T INST _ TA) /PSLJPP
[0009]其中:
[0010]Rinst是實(shí)時(shí)或者瞬時(shí)熱阻；
[0011 ] Tinst是實(shí)時(shí)或者瞬時(shí)工作溫度；
[0012]Ta是該P(yáng)⑶所暴露到的環(huán)境溫度，其可以是估計(jì)的值，也可以是測(cè)量的值；以及
[0013]?5?是供應(yīng)給該內(nèi)核的有效功率。
[0014]對(duì)瞬時(shí)熱阻值進(jìn)行跟蹤。隨后，如果達(dá)到了溫度門限，則可以使用瞬時(shí)Rinst值和替代上式中的Tinst值的目標(biāo)工作溫度，來計(jì)算經(jīng)調(diào)整的供電電平。隨后，可以使用調(diào)整后的供電電平計(jì)算值來確定為了將該部件保持在可接受的熱范圍之內(nèi)而需要進(jìn)行的電壓和/或頻率調(diào)節(jié)的必需量。
[0015]值得注意的是，可以使用上面的系統(tǒng)和方法的實(shí)施例，以便響應(yīng)于溫度測(cè)量值的提升，通過降低供電電平來緩解熱能產(chǎn)生，或者替代地，響應(yīng)于識(shí)別到有可用的另外熱凈空，可以使用上面的系統(tǒng)和方法的實(shí)施例來授權(quán)供電電平的增加(并因此增加了熱能產(chǎn)生)。
【附圖說明】
[0016]在附圖中，除非另外指出，否則貫穿各個(gè)視圖的相同附圖標(biāo)記指代類似的部件。對(duì)于利用諸如“ 102A”或“ 102B”之類的字母字符進(jìn)行命名的附圖標(biāo)記而言，這些字母字符命名可以區(qū)分在同一附圖中出現(xiàn)的兩個(gè)類似部件或者組成部分。當(dāng)一個(gè)附圖標(biāo)記旨在涵蓋所有附圖之中利用該相同附圖進(jìn)行標(biāo)記的所有部件時(shí)，可以省略針對(duì)附圖標(biāo)記的字母字符命名。
[0017]圖1是示出用于在便攜式計(jì)算設(shè)備(“PCD”)熱管理方法中實(shí)現(xiàn)的，使用熱阻值來預(yù)測(cè)最佳功率電平設(shè)置的片上系統(tǒng)的實(shí)施例的功能框圖；
[0018]圖2是以無線電話的形式來示出圖1的PCD的示例性、非限制性方面的功能框圖，其中該無線電話實(shí)現(xiàn)了使用熱阻值來預(yù)測(cè)最佳功率電平設(shè)置的熱管理的方法和系統(tǒng)；
[0019]圖3A是示出用于圖2中所描繪的芯片的硬件的示例性空間布局的功能框圖；
[0020]圖3B是示出圖2的PCD的示例性軟件體系結(jié)構(gòu)的示意圖，以便實(shí)現(xiàn)使用熱阻值來預(yù)測(cè)最佳功率電平設(shè)置的熱管理；
[0021]圖4是示出用于在圖1的P⑶中，使用熱阻值來預(yù)測(cè)最佳功率電平設(shè)置的熱管理的方法的邏輯流程圖；
[0022]圖5是示出用于基于根據(jù)與圖1的PCD中的部件相關(guān)聯(lián)的實(shí)時(shí)熱阻值所確定的最佳功率電平設(shè)置，來應(yīng)用動(dòng)態(tài)電壓和頻率調(diào)整(“DVFS”)熱緩解技術(shù)的子方法或子例程的邏輯流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本文所使用的“示例性的”一詞意味著“用作例子、例證或說明”。本文中描述為“示例性”的任何方面不應(yīng)被解釋為是排他性的、比其它方面更優(yōu)選或更具優(yōu)勢(shì)。
[0024]在本說明書中，術(shù)語“應(yīng)用”還可以包括具有可執(zhí)行內(nèi)容的文件，例如:目標(biāo)代碼、腳本、字節(jié)碼、標(biāo)記語言文件和補(bǔ)丁。此外，本文所引用的“應(yīng)用”還可以包括:在本質(zhì)上不可執(zhí)行的文件，例如，需要被打開的文檔或者需要進(jìn)行訪問的其它數(shù)據(jù)文件。
[0025]如本說明書中所使用的，術(shù)語“部件”、“數(shù)據(jù)庫”、“模塊”、“系統(tǒng)”、“熱能產(chǎn)生部件”、“處理部件”、“熱侵略器(aggressor) ”等等旨在指代與計(jì)算機(jī)相關(guān)的實(shí)體，無論其是硬件、固件、硬件和軟件的結(jié)合、軟件或運(yùn)行中的軟件。例如，部件可以是，但不限于是:在處理器上運(yùn)行的處理、處理器、對(duì)象、可執(zhí)行文件、執(zhí)行的線程、程序和/或計(jì)算機(jī)。舉例而言，在計(jì)算設(shè)備上運(yùn)行的應(yīng)用和該計(jì)算設(shè)備都可以是部件。一個(gè)或多個(gè)部件可以存在于處理和/或執(zhí)行線程中，部件可以位于一個(gè)計(jì)算機(jī)中和/或分布在兩個(gè)或更多計(jì)算機(jī)之間。此外，這些部件能夠從其上存儲(chǔ)有各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的各種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中執(zhí)行。這些部件可以通過諸如根據(jù)具有一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)分組的信號(hào)(例如，來自一個(gè)部件的數(shù)據(jù)，該部件與本地系統(tǒng)、分布式系統(tǒng)中的另一個(gè)部件進(jìn)行交互和/或以信號(hào)的方式通過諸如互聯(lián)網(wǎng)之類的網(wǎng)絡(luò)與其它系統(tǒng)進(jìn)行交互)，以本地和/或遠(yuǎn)程處理的方式進(jìn)行通信。
[0026]在本說明書中，術(shù)語“中央處理單元(“CPU”)”、“數(shù)字信號(hào)處理器(“DSP”)”、“圖形處理單元(“GPU”)”和“芯片”可互換地使用。此外，CPU、DSP、GPU或芯片可以包括本文通常稱為“內(nèi)核”的一個(gè)或多個(gè)不同的處理部件。另外，在這個(gè)意義上，CPU、DSP、GPU、芯片或內(nèi)核是PCD中的消耗各種電平的功率，按照各種水平的功能效率進(jìn)行操作的功能部件，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，這些術(shù)語的使用并不是將所公開的實(shí)施例或者它們的等同物的應(yīng)用，限制于PCD中的處理部件的范圍。也就是說，雖然很多的實(shí)施例在處理部件的背景下進(jìn)行描述，但可以預(yù)期的是，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的實(shí)施例的熱管理策略也可以應(yīng)用于PCD中的任何功能部件，其包括但不限于:調(diào)制解調(diào)器、照相機(jī)、無線網(wǎng)絡(luò)接口控制器(“WNIC”)、顯示器、視頻編碼器、外圍設(shè)備、電池等等。
[0027]在本說明書中，應(yīng)當(dāng)理解的是，可以結(jié)合能產(chǎn)生或者消散能量的設(shè)備或部件來使用術(shù)語“熱量”和“熱能”，其中該能量可以以“溫度”為單位進(jìn)行測(cè)量。因此，還應(yīng)當(dāng)理解的是，參照某種標(biāo)準(zhǔn)值，術(shù)語“溫度”預(yù)想任何測(cè)量值，其可以指示產(chǎn)生“熱能”的設(shè)備或部件的相對(duì)發(fā)熱或者不發(fā)熱情況。例如，當(dāng)兩個(gè)部件處于“熱”平衡時(shí)，這兩個(gè)部件的“溫度”是相同的。
[0028]在本說明書中，術(shù)語“工作負(fù)荷”、“處理負(fù)荷”和“處理工作負(fù)荷”可以互換地使用，并通常針對(duì)于與給定的實(shí)施例中的給定處理部件相關(guān)聯(lián)的處理負(fù)擔(dān)、或者處理負(fù)擔(dān)的百分比。除了上面所規(guī)定的之外，“處理部件”或“熱能生成部件”或“熱侵略器”可以是，但不限于是:中央處理單元、圖形處理單元、內(nèi)核、主核、子核、處理區(qū)域、硬件引擎等等、或者位于便攜式計(jì)算設(shè)備中的集成電路之內(nèi)或者之外的任何部件。此外，在這個(gè)意義上，術(shù)語“熱負(fù)載”、“熱分布”、“熱特征”、“熱處理負(fù)荷”等等指示可以在處理器上運(yùn)行的工作負(fù)荷負(fù)擔(dān)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)確認(rèn)的是，在本發(fā)明中使用的這些“熱”術(shù)語可以與處理負(fù)荷分布、工作負(fù)荷負(fù)擔(dān)和功耗有關(guān)。
[0029]在本說明書中，術(shù)語“熱緩解技術(shù)”、“熱策略”、“熱管理”、“熱緩解測(cè)量”、“性能水平的抑制”等等可互換地使用。值得注意的是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，根據(jù)使用的具體背景，本段落中所列出的任何術(shù)語可以用于描述能夠?qū)崿F(xiàn)以熱能產(chǎn)生為代價(jià)來增加性能、以性能為代價(jià)來減少熱能產(chǎn)生或者在這些目標(biāo)之間進(jìn)行交換的硬件和/或軟件。
[0030]在本說明書中，術(shù)語“便攜式計(jì)算設(shè)備”(“PCD”)用于描述在有限容量的電源(例如，電池)上操作的任何設(shè)備。雖然電池供電的PCD已經(jīng)使用了幾十年，但與第三代(“3G”)和第四代(“4G”)無線技術(shù)的出現(xiàn)伴隨發(fā)生的可再充電電池的技術(shù)進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了具有多種能力的眾多P⑶。因此，P⑶可以是蜂窩電話、衛(wèi)星電話、尋呼機(jī)、PDA、智能電話、導(dǎo)航設(shè)備、智能本或閱讀器、媒體播放器、前述設(shè)備的組合、具有無線連接的膝上型計(jì)算機(jī)等等。
[0031]可以通過使用一個(gè)或多個(gè)傳感器測(cè)量值(其與內(nèi)核中的硅結(jié)的溫度相關(guān))結(jié)合該內(nèi)核的瞬時(shí)熱阻值，來實(shí)現(xiàn)PCD中的熱能產(chǎn)生的高效管理。值得注意的是，雖然本文在與內(nèi)核的硅結(jié)相關(guān)聯(lián)的溫度測(cè)量的背景下，描述了本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)理解的是，替代的實(shí)施例可以使用與PCD中的其它部件相關(guān)聯(lián)的溫度測(cè)量值和熱阻值。也就