專利名稱：集成電路中溫度特征動態(tài)設(shè)定的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路，特別是涉及集成電路的溫度特征動態(tài)設(shè)定，用以解決集成電路的操作溫度的控制問題。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今有許多集成電路提供有操作溫度的控制功能。例如，微處理器內(nèi)的某邏輯電路可感測得到核心操作溫度(core operating temperature)，并通過操作頻率或操作電壓的調(diào)整使得操作溫度能夠保持在一個固定的范圍內(nèi)。通常是在制造測試期間，將溫度上限閾值(threshold)寫入只讀緩存器中；一旦組件的核心溫度超過閾值時(shí)，控制邏輯電路即會降低核心頻率或核心操作電壓，使得核心溫度能夠回復(fù)到可接受的范圍內(nèi)。
然而，由于上述傳統(tǒng)的溫度控制技術(shù)無法達(dá)到動態(tài)式設(shè)定調(diào)整，因此對于使用者或系統(tǒng)整合者在某些場合非常的不便。例如，當(dāng)系統(tǒng)整合者希望制造一極需降低能源消耗的環(huán)保或省電系統(tǒng)。又例如，當(dāng)使用者需長時(shí)間使用膝上型計(jì)算機(jī)(laptop computer)且無法進(jìn)行充電時(shí)。此外，當(dāng)用戶必須置放計(jì)算機(jī)于膝上使用且又苦于膝上型計(jì)算機(jī)所產(chǎn)生的大量熱量時(shí)。
鑒于上面所述，極需提出一種方法或裝置，用以讓使用者或系統(tǒng)整合者得以動態(tài)設(shè)定集成電路(例如微處理器)的操作溫度特征(operatingtemperature profile)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例之一，本發(fā)明披露一種集成電路，其包含溫度傳感器、可設(shè)定溫度特征邏輯電路、至少一控制器與溫度控制邏輯電路。溫度傳感器提供一操作溫度數(shù)值?？稍O(shè)定溫度特征邏輯電路提供一設(shè)定操作溫度范圍。溫度控制邏輯電路具有第一輸入端用來接收操作溫度數(shù)值、第二輸入端用來接收設(shè)定操作溫度范圍與至少一輸出端連接至每一個控制器。溫度控制邏輯電路控制一個或多個控制器，使操作溫度數(shù)值維持在設(shè)定操作溫度范圍內(nèi)。
該集成電路可包含一界面機(jī)制，用以調(diào)整可設(shè)定溫度特征邏輯電路。該界面機(jī)制可以是基本輸入/輸出系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序或其組合。特征保護(hù)邏輯電路用來排除不允許的操作溫度范圍設(shè)定?？刂破骺梢詾楣ぷ髦芷诳刂破?、頻率控制器、核心電壓控制器、風(fēng)扇控制器、功能區(qū)塊控制器或其組合?？稍O(shè)定溫度特征邏輯電路可以是緩存器之類，例如機(jī)器特定緩存器(machine specific register)。
該集成電路可以還包含過溫臨界邏輯電路(over-temperature thresholdlogic)，用來提供一最大溫度操作范圍給溫度控制邏輯電路。在此例中，該溫度控制邏輯電路控制每一控制器使操作溫度小于最大的數(shù)值或維持在設(shè)定操作溫度范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，本發(fā)明披露一微處理器(microprocessor)，其包含核心溫度傳感器以提供一操作溫度、過電壓臨界電路(over-voltagethreshold circuitry)以提供最大操作溫度范圍、可設(shè)定溫度特征電路(configurable temperature profile circuitry)以提供一降低了的操作溫度范圍、一個或多個控制器與溫度控制電路。該溫度控制電路用來控制一個或多個控制器，使其操作溫?cái)?shù)值維持在最大操作溫度范圍或降低了的操作溫度范圍內(nèi)。
該微處理器還可以包含一界面機(jī)制，用來存取可設(shè)定溫度特征電路以設(shè)定降低了的操作溫度范圍。該界面機(jī)制可以為基本輸入/輸出系統(tǒng)、操作系統(tǒng)或應(yīng)用程序。該微處理器可以還包含特征保護(hù)電路(profile protectioncircuitry)，用來避免該降低了的操作溫度范圍被設(shè)定于不被允許的操作溫度范圍。控制器可以為工作周期控制器、頻率控制器、核心電壓控制器、風(fēng)扇控制器、功能區(qū)塊控或其組合。
根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，本發(fā)明披露一種集成電路的溫度特征的動態(tài)設(shè)定方法，其包含感測集成電路的溫度、給集成電路設(shè)定一個降低了的操作溫度范圍、以及調(diào)整至少一控制機(jī)制使集成電路的溫度維持在降低了的操作溫度范圍內(nèi)。
該動態(tài)設(shè)定方法還可包含通過界面機(jī)制的編程，例如通過基本輸入/輸出系統(tǒng)、操作系統(tǒng)或應(yīng)用程序。該方法可包含編程一緩存器。該方法可包含調(diào)整操作頻率或者核心電壓。該方法可包含調(diào)整一指令被執(zhí)行的速率。該方法可包含選擇啟動風(fēng)扇。該方法也可包含選擇啟動集成電路的功能區(qū)塊。


圖一顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的集成電路操作溫度的動態(tài)控制方塊圖。
附圖符號說明100 集成電路101 核心溫度傳感器103 溫度控制邏輯電路105 固定過溫臨界邏輯電路107 可設(shè)定溫度特征邏輯電路109 特征保護(hù)邏輯電路110 界面機(jī)制111 基本輸入/輸出系統(tǒng)113 操作系統(tǒng)115 應(yīng)用程序116 控制機(jī)制117 工作周期控制器119 頻率控制器121 核心電壓控制器123 風(fēng)扇控制器125 其它控制器具體實(shí)施方式
以下所披露的實(shí)施例用以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠據(jù)以制造與使用本發(fā)明。本發(fā)明也同時(shí)涵蓋了這些實(shí)施例的各種變化，且這些實(shí)施例所揭示的原理也可以應(yīng)用于其它的實(shí)施場合。亦即，本發(fā)明的范圍并不局限于實(shí)施例中所揭示與描述的內(nèi)容，而可以在不違背本說明書所揭示原理與新穎特征的下，得到一個最寬廣的范圍。
本發(fā)明人注意到前述傳統(tǒng)集成電路的操作溫度控制所產(chǎn)生的一些問題，因此發(fā)明人提出一種系統(tǒng)與方法，其可以動態(tài)設(shè)定集成電路的溫度特征，用以解決前述集成電路于操作時(shí)的溫度控制問題，將于下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述。
圖一的方塊圖顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的集成電路100操作溫度的動態(tài)控制。在本發(fā)明其中一個實(shí)施例中，集成電路100為一微處理器。集成電路100包含一核心溫度傳感器(core temperature sensor)101，用以提供一核心操作溫度(core operating temperature)T給溫度控制邏輯電路(temperature controllogic)103。溫度控制邏輯電路103另外自固定過溫臨界邏輯電路(fixedover-temperature threshold logic)105或過電壓臨界電路(over-voltage thresholdcircuitry)接收一“安全的”(safe)或最大操作溫度范圍(operating temperaturerange)TS，如前所述。與傳統(tǒng)集成電路不同的是，本發(fā)明的集成電路100還包含可設(shè)定溫度特征邏輯電路(configurable temperature profile logic)107，其提供一個或多個設(shè)定操作溫度范圍(configured operating temperaturerange)TR給溫度控制邏輯電路103。
安全操作溫度范圍TS通常是指不會讓集成電路100內(nèi)部電路造成損害的最大容許溫度范圍。當(dāng)核心操作溫度T接近或超過安全操作溫度范圍TS所設(shè)定的最大(或門坎)溫度數(shù)值時(shí)，溫度控制邏輯電路103即會采取適當(dāng)?shù)拇胧?其將在后面詳述)，用以降低核心操作溫度T以避免集成電路100的損害或故障?；谝恍┮蛩?，集成電路100需要操作在設(shè)定操作溫度范圍TR內(nèi)。此設(shè)定操作溫度范圍TR的數(shù)值相對于安全操作溫度范圍TS的數(shù)值來得小。例如，當(dāng)集成電路100欲應(yīng)用于一個環(huán)?；蚬?jié)省能源的系統(tǒng)中，或者用于降低溫度以延長系統(tǒng)、電池使用壽命，或者為了減少系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱量。
一個或多個設(shè)定操作溫度范圍TR可依據(jù)不同實(shí)施例而建立不同的保護(hù)設(shè)定。在本發(fā)明其中一個實(shí)施例中，使用特征保護(hù)邏輯電路109來排除一個或多個不允許的操作溫度范圍。在一個x86兼容的實(shí)施例中，除了最高的保護(hù)級別(例如，第0級或操作系統(tǒng)的核心保護(hù)級別)外，可用以避免可設(shè)定溫度特征邏輯電路107被不當(dāng)調(diào)整修改。此作法可用以確保維持一些預(yù)設(shè)的較小溫度范圍，例如一個為延長壽命的環(huán)保系統(tǒng)或降溫系統(tǒng)。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，則允許使用者通過一個或多個界面機(jī)制110來調(diào)整或編程(programming)可設(shè)定溫度特征邏輯電路107。該界面機(jī)制110包含一基本輸入/輸出系統(tǒng)(BIOS)界面111、一操作系統(tǒng)軟件界面113與一應(yīng)用程序界面115。通過這些界面機(jī)制110之一或其組合，使用者可藉由外部存取(external access)途徑來作調(diào)整；當(dāng)然，其它的存取途徑也可以適用。在本發(fā)明一個實(shí)施例中，可設(shè)定溫度特征邏輯電路107為微處理器中的一個機(jī)器特定緩存器(machine specific register)，其內(nèi)容在被操作系統(tǒng)經(jīng)由操作系統(tǒng)軟件界面113而寫入時(shí)，定位于最高的特權(quán)級別(privilege level)(例如特權(quán)級別0)。
根據(jù)固定過溫臨界邏輯電路105、可設(shè)定溫度特征邏輯電路107、核心溫度傳感器101所分別提供的數(shù)值TS、TR、T，溫度控制邏輯電路103得以通過一個或多個控制機(jī)制116來控制集成電路100的溫度。因此，在一些實(shí)施例中，本發(fā)明使用一個或多個控制機(jī)制116，其包含工作周期控制器(duty cycle controller)117、頻率控制器(frequency controller)119、核心電壓控制器(core voltage controller)121、風(fēng)扇控制器(fan controller)123與其它控制器125。溫度控制邏輯電路103控制操作溫度于TS與TR所指定的選擇操作范圍。其中，TS輸入可被預(yù)設(shè)為最大的執(zhí)行操作溫度范圍，至于TR輸入則是依據(jù)前述一些原因來降低操作溫度。
在運(yùn)作中，工作周期控制器117用來調(diào)整進(jìn)入集成電路100執(zhí)行邏輯電路(未顯示)的控制指令(control instructions)的速率。例如，在一個導(dǎo)管裝置(pipeline device)(如微處理器)中，工作周期控制器117用來控制微指令被執(zhí)行的速率。頻率控制器119用來調(diào)整集成電路100的核心操作頻率，也可與核心電壓控制器121結(jié)合控制。核心電壓控制器121用來調(diào)整集成電路100的核心電壓(例如“Vdd”)。風(fēng)扇控制器123可選擇性的啟動(開或關(guān))風(fēng)扇或其它的冷卻裝置(未顯示)。“其它”控制器125是指一些可控制集成電路100溫度的機(jī)制。例如，在微處理器的實(shí)施例中，其它控制器125包含一些邏輯電路，其可以關(guān)閉某些非必要的邏輯功能方塊，例如非必要的L2高速緩存，用以增進(jìn)處理效率。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)之一是操作閾值可依不同的目的作動態(tài)設(shè)定，例如用以維持電池壽命、延長集成電路100的整體壽命或降低產(chǎn)生的熱量。如同本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的，如果集成電路100能操作在較低的溫度下，一般而言即可延長集成電路100的壽命與可靠度。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用以限定本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍；凡其它未脫離發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包含本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
本發(fā)明要求下列的優(yōu)先權(quán)于2005年7月5日提交的美國臨時(shí)申請案第60/696,703號；以及于2006年3月21日提交的美國正式申請案11/277,104號。
權(quán)利要求
1.一種集成電路，包含一溫度傳感器，用以提供一操作溫度數(shù)值；一可設(shè)定溫度特征邏輯電路，用以提供一設(shè)定了的操作溫度范圍；至少一控制器，其皆具有一控制輸入端；以及一溫度控制邏輯電路，其具有一第一輸入端用以接收該操作溫度數(shù)值、一第二輸入端用以接收該設(shè)定了的操作溫度范圍與至少一輸出端分別連接至該控制器的控制輸入端；其中上述的溫度控制邏輯電路控制該至少一控制器，使該操作溫度數(shù)值維持在設(shè)定操作溫度范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的集成電路，還包含一界面機(jī)制，用以從外界來調(diào)整該可設(shè)定溫度特征邏輯電路。
3.如權(quán)利要求2所述的集成電路，其中上述的界面機(jī)制包含下列其中之一基本輸入/輸出系統(tǒng)、一操作系統(tǒng)與一應(yīng)用程序。
4.如權(quán)利要求2所述的集成電路，還包含一特征保護(hù)邏輯電路，其連接于該界面機(jī)制與該可設(shè)定溫度特征邏輯電路間，用來排除不允許的操作溫度范圍。
5.如權(quán)利要求1所述的集成電路，其中上述至少一控制器包含下列之一或其組合一工作周期控制器、一頻率控制器、一核心電壓控制器、一風(fēng)扇控制器與一功能區(qū)塊控制器。
6.如權(quán)利要求1所述的集成電路，其中上述的可設(shè)定溫度特征邏輯電路包含一緩存器。
7.如權(quán)利要求1所述的集成電路，還包含一過溫臨界邏輯電路，用以提供一最大操作溫度范圍至該溫度控制邏輯電路的一第三輸入端；以及其中上述的溫度控制邏輯電路控制該至少一控制器，使該操作溫度數(shù)值維持在該設(shè)定操作溫度范圍或該最大操作溫度范圍內(nèi)。
8.一種微處理器，包含一核心溫度傳感器，用以提供一操作溫度數(shù)值；一過電壓臨界電路，用以提供一最大操作溫度范圍；一可設(shè)定溫度特征電路，用以提供一降低了的操作溫度范圍；至少一控制器；以及一溫度控制電路，與該核心溫度傳感器、該過電壓臨界電路、該可設(shè)定溫度特征電路、該控制器相連結(jié)，用以控制該至少一控制器，使該操作溫度數(shù)值維持在該最大操作溫度范圍或該降低了的操作溫度范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的微處理器，還包含一界面機(jī)制，用以存取該可設(shè)定溫度特征電路以設(shè)定該降低了的操作溫度范圍。
10.如權(quán)利要求9所述的微處理器，其中上述的界面機(jī)制包含下列其中之一基本輸入/輸出系統(tǒng)、一操作系統(tǒng)與一應(yīng)用程序。
11.如權(quán)利要求9所述的微處理器，還包含一特征保護(hù)電路，其連結(jié)于界面機(jī)制和該可設(shè)定溫度特征電路的間，用來避免該降低了的操作溫度范圍被設(shè)定于不允許的操作溫度范圍。
12.如權(quán)利要求8所述的微處理器，其中上述至少一控制器包含下列之一或其組合一工作周期控制器、一頻率控制器、一核心電壓控制器、一風(fēng)扇控制器與一功能區(qū)塊控制器。
13.一種集成電路的溫度特征的動態(tài)設(shè)定方法，包含感測該集成電路的一溫度；設(shè)定該集成電路的一降低了的操作溫度范圍；以及調(diào)整至少一控制機(jī)制使該集成電路的溫度維持在該降低了的操作溫度范圍內(nèi)。
14.如權(quán)利要求13所述集成電路的溫度特征的動態(tài)設(shè)定方法，其中上述集成電路的降低了的操作溫度范圍的設(shè)定步驟包含藉由一界面機(jī)制進(jìn)行編程。
15.如權(quán)利要求13所述集成電路的溫度特征的動態(tài)設(shè)定方法，其中上述集成電路的降低了的操作溫度范圍的設(shè)定步驟包含編程一緩存器。
16.如權(quán)利要求13項(xiàng)所述集成電路的溫度特征的動態(tài)設(shè)定方法，其中上述控制機(jī)制的調(diào)整步驟包含如下其中之一調(diào)整操作頻率或核心電壓；調(diào)整一指令被執(zhí)行的速率；選擇啟動一風(fēng)扇；選擇啟動該集成電路的一功能區(qū)塊。
全文摘要
一種集成電路其包含溫度傳感器、可設(shè)定溫度特征邏輯電路、至少一控制器與溫度控制邏輯電路。其中，溫度傳感器用來提供一操作溫度數(shù)值?？稍O(shè)定溫度特征邏輯電路用來提供一設(shè)定溫度操作范圍。溫度控制邏輯電路具有第一輸入端用以接收操作溫度數(shù)值、第二輸入端用以接收設(shè)定操作溫度范圍與至少一輸出端用以連接每一控制器。上述溫度控制邏輯電路控制一個或多個控制器，使操作溫度數(shù)值維持在設(shè)定操作溫度范圍中。該集成電路可包含一界面機(jī)制，例如基本輸入/輸出系統(tǒng)、操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序，用以調(diào)整可設(shè)定溫度特征邏輯電路?？刂破骺梢允枪ぷ髦芷诳刂破鳌㈩l率控制器、核心電壓控制器、風(fēng)扇控制器、功能區(qū)塊控制器或其組合。
文檔編號G06F1/20GK1889010SQ20061010115
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月5日
發(fā)明者達(dá)賴厄斯·D·加斯金斯 申請人:威盛電子股份有限公司