處理器和包括其的電路板的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了處理器和包括其的電路板，所述處理器包括：數(shù)據(jù)處理單元，以及耦合到所述數(shù)據(jù)處理單元的外部供電組件；其中所述數(shù)據(jù)處理單元包括集成到所述數(shù)據(jù)處理單元內部的電源管理單元，所述電源管理單元用于對所述數(shù)據(jù)處理單元進行電源管理；所述電源管理單元進一步包括：脈沖信號輸出端，用于發(fā)出脈寬調制信號，所述脈寬調制信號控制所述外部供電組件以施加穩(wěn)定工作電壓到所述數(shù)據(jù)處理單元。本發(fā)明提供的該處理器在保證數(shù)據(jù)處理單元正常工作的同時，簡化了系統(tǒng)結構，提高了系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。
【專利說明】處理器和包括其的電路板
【技術領域】
[0001]本發(fā)明總的涉及數(shù)據(jù)處理領域，并且特別的涉及處理器和包括其的電路板。
【背景技術】
[0002]隨著處理器功能越做越強大，集成度越來越高，對電源管理的要求也越來越高。然而，目前的處理器在電源管理過程中具有較高的瞬變現(xiàn)象，而且電源管理也存在延遲等問題，這些問題嚴重地影響系統(tǒng)的性能和可靠性。
[0003]處理器包括中央處理器，圖形處理器等。下面以圖形處理單元為例來說明。在現(xiàn)有技術中，圖形處理器中圖形處理單元(GPU)與電源管理是兩個獨立的部分。電源管理與GPU的設計和制造單獨進行。二者通過控制總線連接進行通信。圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的處理器100，包括GPU 101、電源管理單元104和外部供電組件105。GPU 101根據(jù)諸如I2C協(xié)議、電壓識別(VID)技術從其控制接口經由控制總線103發(fā)送數(shù)字的電壓控制信號到電源管理單元104。電源管理單元104根據(jù)所接收的數(shù)字信號發(fā)送脈寬調制(PWM)信號到外部供電組件105。外部供電組件105根據(jù)接收到PWM信號輸出供電信號，由導線106輸入GPU101中。在此過程中，由于GPU 101與電源管理單元104是兩個獨立的部分，所以處理器存在瞬變現(xiàn)象和噪聲。
[0004]因此，為了解決上述問題需要一種性能更好且結構更簡單的處理器。

【發(fā)明內容】

[0005]在
【發(fā)明內容】
部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在【具體實施方式】部分中進一步詳細說明。本
【發(fā)明內容】
部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特征和必要技術特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。
[0006]以下結合附圖，詳細說明本發(fā)明的優(yōu)點和特征。
[0007]為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種處理器，包括:數(shù)據(jù)處理單元，以及耦合到所述數(shù)據(jù)處理單元的外部供電組件；其中所述數(shù)據(jù)處理單元包括集成到所述數(shù)據(jù)處理單元內部的電源管理單元，所述電源管理單元用于對所述數(shù)據(jù)處理單元進行電源管理；所述電源管理單元進一步包括:脈沖信號輸出端，用于發(fā)出脈寬調制信號，所述脈寬調制信號控制所述外部供電組件以施加穩(wěn)定工作電壓到所述數(shù)據(jù)處理單元。
[0008]優(yōu)選地，所述電源管理單元還包括:檢測端，用于接收關于從所述數(shù)據(jù)處理單元的核心處理單元采樣的工作電壓的信號；工作狀態(tài)信號輸出端，用于將關于所述工作電壓的信號輸出到所述核心處理單元，以由所述核心處理單元進行數(shù)字信號處理來得到所述脈寬調制信號的占空比控制信號；控制信號輸入端，用于從所述核心處理單元接收所述占空比控制信號，以控制所述脈寬調制信號。
[0009]優(yōu)選地，所述檢測端、所述工作狀態(tài)信號輸出端和所述控制信號輸入端與所述核心處理單元為物理連接。
[0010]優(yōu)選地，所述物理連接是銅線連接。[0011]優(yōu)選地，所述電源管理單元還包括:檢測端，用于接收關于從所述數(shù)據(jù)處理單元的核心處理單元采樣的工作電壓的信號；控制器，用于根據(jù)所述工作電壓與期望工作電壓的差值計算所述脈寬調制信號的占空比，以控制所述脈寬調制信號。
[0012]優(yōu)選地，所述控制器還根據(jù)所述工作電壓的當前變化率計算所述脈寬調制信號的占空比。
[0013]優(yōu)選地，所述脈沖信號輸出端是所述數(shù)據(jù)處理單元的通用輸入輸出接口。
[0014]優(yōu)選地，所述外部供電組件包括多相電源產生電路。
[0015]優(yōu)選地，所述多相電源產生電路包括驅動電路和晶體管。
[0016]優(yōu)選地，所述處理器包括:圖形處理器和中央處理器。
[0017]根據(jù)本發(fā)明另一方面，還提供了一種電路板，包括處理器，所述處理器包括:數(shù)據(jù)處理單元，以及耦合到所述數(shù)據(jù)處理單元的外部供電組件；其中所述數(shù)據(jù)處理單元包括集成到所述數(shù)據(jù)處理單元內部的電源管理單元，所述電源管理單元用于對所述數(shù)據(jù)處理單元進行電源管理；所述電源管理單元進一步包括:脈沖信號輸出端，用于發(fā)出脈寬調制信號，所述脈寬調制信號控制所述外部供電組件以施加穩(wěn)定工作電壓到所述數(shù)據(jù)處理單元。
[0018]優(yōu)選地，所述電源管理單元還包括:檢測端，用于接收關于從所述數(shù)據(jù)處理單元的核心處理單元采樣的工作電壓的信號；工作狀態(tài)信號輸出端，用于將關于所述工作電壓的信號輸出到所述核心處理單元，以由所述核心處理單元進行數(shù)字信號處理來得到所述脈寬調制信號的占空比控制信號；控制信號輸入端，用于從所述核心處理單元接收所述占空比控制信號，以控制所述脈寬調制信號。
[0019]優(yōu)選地，所述檢測端、所述工作狀態(tài)信號輸出端和所述控制信號輸入端與所述核心處理單元為物理連接。
[0020]優(yōu)選地，所述物理連接是銅線連接。
[0021]優(yōu)選地，所述電源管理單元還包括:檢測端，用于接收關于從所述數(shù)據(jù)處理單元的核心處理單元采樣的工作電壓的信號；控制器，用于根據(jù)所述工作電壓與期望工作電壓的差值計算所述脈寬調制信號的占空比，以控制所述脈寬調制信號。
[0022]優(yōu)選地，所述控制器還根據(jù)所述工作電壓的當前變化率計算所述脈寬調制信號的占空比。
[0023]優(yōu)選地，所述脈沖信號輸出端是所述數(shù)據(jù)處理單元通用輸入輸出接口。
[0024]優(yōu)選地，所述外部供電組件包括多相電源產生電路。
[0025]優(yōu)選地，所述多相電源產生電路包括驅動電路和晶體管。
[0026]優(yōu)選地，所述電路板包括:顯卡和主板。
[0027]本發(fā)明提供的該處理器的性能和穩(wěn)定性顯著提高并且結構簡單。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中，
[0029]圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術的處理器的示意圖；
[0030]圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的處理器的示意圖?！揪唧w實施方式】
[0031]現(xiàn)在，將更為詳細地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，其示例在附圖中示出。本領域普通技術人員應認識到，下面的描述僅僅是示例性的而并非意圖進行任何方式的限定。
[0032]為了徹底了解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細的系統(tǒng)。顯然，本發(fā)明的施行并不限定于本領域的技術人員所熟習的特殊細節(jié)。本發(fā)明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發(fā)明還可以具有其他實施方式。
[0033]如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的處理器的示意圖。本領域普通技術人員可以理解，處理器可以包括圖形處理器和中央處理器。
[0034]下面以圖形處理器200為例來詳細說明處理器，圖形處理器200包括:數(shù)據(jù)處理單元201以及耦合到該數(shù)據(jù)處理單元201的外部供電組件203。在該實施例中，數(shù)據(jù)處理單元為GPU。GPU 201包括集成到GPU 201內部的電源管理單元202，電源管理單元202用于對GPU 201進行電源管理；電源管理單元202進一步包括:脈沖信號輸出端，用于將脈寬調制信號發(fā)出脈寬調制信號，該脈寬調制信號控制外部供電組件203以施加穩(wěn)定工作電壓到GPU 201。
[0035]在本實施例中，將電源管理單元202集成到處理器中的GPU 201內，從而避免了對GPU與電壓管理單元之間的通信總線的要求，降低了電路板的復雜度。同時，由于電壓管理單元202和GPU 201中其他單元之間的通信都在處理器內部，所以:一方面，沒有產生芯片外部的敏感信號，從而減少了系統(tǒng)失效的風險；另一方面，用于控制的信號沒有延遲。
[0036]GPU 201外部的電源供電給集成到GPU 201內部的電源管理單元202，電源管理單元202根據(jù)GPU 201所需的工作電壓生成脈寬調制信號。電源管理單元202中的脈寬調制信號輸出端將該脈寬調制信號經由外部供電組件203供電給GPU 201。
[0037]根據(jù)本發(fā)明一個具體實施例，電源管理單元202可以進一步包括檢測端、工作狀態(tài)信號輸出端和控制信號輸入端。檢測端用于接收關于從GPU
[0038]201的核心處理單兀米樣的工作電壓的信號。工作狀態(tài)信號輸出端用于將關于工作電壓的信號輸出到核心處理單元，以由核心處理單元進行數(shù)字信號處理來得到脈寬調制信號的占空比控制信號。控制信號輸入端用于從核心處理單元接收占空比控制信號，以控制脈寬調制信號。
[0039]本領域普通技術人員可以理解，上述檢測端、工作狀態(tài)信號輸出端和控制信號輸入端可以合并為一個端口。優(yōu)選地，上述檢測端、工作狀態(tài)信號輸出端和控制信號輸入端與核心處理單元為物理連接。本領域普通技術人員可以理解，上述檢測端、工作狀態(tài)信號輸出端和控制信號輸入端與核心處理單元也可以通過高速總線連接。電源管理單元202和核心處理單元均位于GPU 201內部，二者之間的距離很小。電源管理單元202與核心處理單元之間是簡單的電信號，內部物理連接可以滿足其需要，且成本低。高速總線連接可以避免另外布線，但其上存在各種復雜數(shù)據(jù)，可能產生無法預料的錯誤。本領域普通技術人員可以理解，上述物理連接可以是銅線連接，即節(jié)約成本又能滿足需要。當然也可以采用鉬線連接，鋁線連接等其他金屬導線連接。
[0040]電源管理單元202對核心處理單元的工作電壓進行采樣以確定GPU
[0041]201當前的工作狀態(tài)。接著電源管理單元202經由檢測端接收關于從所述數(shù)據(jù)處理單元的核心處理單元采樣的工作電壓的信號。然后，將關于該工作電壓的信號輸出到核心處理單元。經核心處理單元運算得到待輸出的脈寬調制信號的占空比控制信號。然后，電源管理單元202經由控制信號輸入端從核心處理單元接收占空比控制信號。電源管理單元202根據(jù)接收到的占空比控制信號控制待輸出的脈寬調制信號。
[0042]當GPU 201的負載變大時，核心處理單元的工作電壓下降。此時，電源管理單元202將接收到將脈寬調制信號的占空比變大的占空比控制信號。最后，電源管理單元經由外部供電組件輸出占空比更大的脈寬調制信號到GPU 201，以滿足GPU 201的負載的需要。
[0043]公知地，GPU 201具有強大的計算能力，其可以根據(jù)核心處理單元目前的負載情況計算所需的工作電壓，以實現(xiàn)良好的電源控制。對于現(xiàn)有的電源管理單元來說相當復雜甚至無法實現(xiàn)的用于控制的傳遞函數(shù)，對于GPU來說可能非常簡單。由于電源管理單元202位于GPU 201內部，所以在該實施例中，電源管理單元202有效地利用GPU 201實現(xiàn)了更優(yōu)化的電源管理。
[0044]根據(jù)本發(fā)明另一具體實施例，電源管理單元202可以進一步包括檢測端和控制器。檢測端用于接收關于從GPU 201的核心處理單元采樣的工作電壓的信號?？刂破饔糜诟鶕?jù)工作電壓與期望工作電壓的差值計算所述脈寬調制信號的占空比，以控制所述脈寬調制信號。
[0045]與上一實施例類似地，電源管理單元202經由檢測端接收關于從所述數(shù)據(jù)處理單元的核心處理單元采樣的工作電壓的信號。電源管理單元202中的控制器計算工作電壓與預設的期望工作電壓的差值，并根據(jù)該差值控制脈寬調制信號的占空比。例如，核心處理單元的期望工作電壓高于采樣實際工作電壓，控制器確定較高的占空比。電源管理單元202根據(jù)控制器通過計算而確定的較高占空比輸出相應的脈寬調制信號給GPU 201。
[0046]優(yōu)選地，電源管理單元202中的控制器還可以根據(jù)工作電壓的當前變化率計算脈寬調制信號的占空比。電源管理單元202對一段時間內的核心處理單元的工作電壓進行采樣得到核心處理單元的工作電壓的當前變化率。控制器根據(jù)工作電壓的當前變化率來計算脈寬調制信號的占空比，以控制脈寬調制信號。
[0047]例如，電源管理單元202對核心處理單元的I微秒內的工作電壓進行采樣，得到該段時間內核心處理單元的工作電壓的當前變化率減小。因此，控制器根據(jù)工作電壓的當前變化率可以預測GPU 201的負載變化減少，可以不再迅速改變核心處理單元的工作電壓，從而減慢脈寬調制信號的占空比的調整速度。這樣，可以避免過調，進而使得系統(tǒng)穩(wěn)定性增強，實現(xiàn)了精確的電源管理。
[0048]電源管理單元202的脈沖信號輸出端是GPU 201的通用輸入輸出接口(GP10)。GPIO是處理器上的一個現(xiàn)有接口，其可以經編程來配置。在本發(fā)明實施例中，電源管理單元202通過通用輸入輸出接口輸出脈寬調制信號，無需專用接口，簡化了處理器設計。
[0049]外部供電組件可包括多相電源產生電路。多相電源產生電路可包括并聯(lián)的多相降壓式變換電路，每相降壓式變換電路接收一路所述脈寬調制信號；并且并聯(lián)的多相降壓式變換電路輸出GPU 201所需的電壓。其中多相電源產生電路的相數(shù)與GPU 201的全負載電流相關。假設，一個多相電源產生電路支持25A的電流，多相電源產生電路的相的數(shù)目為GPU 201的全負載電流與25A的比。例如，估計GPU 201的全負載電流約為75A，多相電源產生電路的相的數(shù)目為3。
[0050]本實施例中，僅需要結構簡單的外部供電組件。可選地，多相降壓式變換電路的每相降壓式變換電路僅包含有驅動電路和晶體管。該晶體管可以是集成的。
[0051]根據(jù)本發(fā)明另一方面，還公開了一種電路板，所述電路板包括上述處理器。為了簡潔，對于參照上述實施例描述的處理器，省略具體描述。本領域的技術人員參考圖2并結合上面的描述能夠理解處理器的具體結構和運行方式。
[0052]在該電路板中，電源管理單元集成到處理器中。這降低了電路板布線的復雜度。同時，由于電壓管理單元202和GPU 201中其他單元之間的通信都在處理器內部，減少了電源管理過程中的控制延遲并改善了系統(tǒng)的瞬變性能。
[0053]該電路板可以為包含上述處理器的任何電路板?？蛇x地，該電路板包括顯卡和主板。
[0054]本發(fā)明已經通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實施例范圍內。此外本領域技術人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實施例，根據(jù)本發(fā)明的教導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發(fā)明所要求保護的范圍以內。本發(fā)明的保護范圍由附屬的權利要求書及其等效范圍所界定。
【權利要求】
1.一種處理器，包括:數(shù)據(jù)處理單元，以及耦合到所述數(shù)據(jù)處理單元的外部供電組件； 其中所述數(shù)據(jù)處理單元包括集成到所述數(shù)據(jù)處理單元內部的電源管理單元，所述電源管理單元用于對所述數(shù)據(jù)處理單元進行電源管理； 所述電源管理單元進一步包括:脈沖信號輸出端，用于發(fā)出脈寬調制信號，所述脈寬調制信號控制所述外部供電組件以施加穩(wěn)定工作電壓到所述數(shù)據(jù)處理單元。
2.如權利要求1所述的處理器，其特征在于，所述電源管理單元還包括: 檢測端，用于接收關于從所述數(shù)據(jù)處理單元的核心處理單元采樣的工作電壓的信號；工作狀態(tài)信號輸出端，用于將關于所述工作電壓的信號輸出到所述核心處理單元，以由所述核心處理單元進行數(shù)字信號處理來得到所述脈寬調制信號的占空比控制信號； 控制信號輸入端，用于從所述核心處理單元接收所述占空比控制信號，以控制所述脈寬調制信號。
3.如權利要求2所述的處理器，其特征在于， 所述檢測端、所述工作狀態(tài)信號輸出端和所述控制信號輸入端與所述核心處理單元為物理連接。
4.如權利要求3所述的處理器，其特征在于， 所述物理連接是銅線連接。
5.如權利要求1所述的處理器，其特征在于，所述電源管理單元還包括: 檢測端，用于接收關于從所述數(shù)據(jù)處理單元的核心處理單元采樣的工作電壓的信號；控制器，用于根據(jù)所述工作電壓與期望工作電壓的差值計算所述脈寬調制信號的占空t匕，以控制所述脈寬調制信號。
6.如權利要求5所述的處理器，其特征在于，所述控制器還根據(jù)所述工作電壓的當前變化率計算所述脈寬調制信號的占空比。
7.如權利要求1所述的處理器，其特征在于，所述脈沖信號輸出端是所述數(shù)據(jù)處理單元的通用輸入輸出接口。
8.如權利要求1所述的處理器，其特征在于，所述外部供電組件包括多相電源產生電路。
9.如權利要求8所述的處理器，其特征在于，所述多相電源產生電路包括驅動電路和晶體管。
10.如權利要求1所述的處理器，其特征在于，所述處理器包括:圖形處理器和中央處理器。
11.一種電路板，包括處理器，所述處理器包括: 數(shù)據(jù)處理單元，以及耦合到所述數(shù)據(jù)處理單元的外部供電組件； 其中所述數(shù)據(jù)處理單元包括集成到所述數(shù)據(jù)處理單元內部的電源管理單元，所述電源管理單元用于對所述數(shù)據(jù)處理單元進行電源管理； 所述電源管理單元進一步包括:脈沖信號輸出端，用于發(fā)出脈寬調制信號，所述脈寬調制信號控制所述外 部供電組件以施加穩(wěn)定工作電壓到所述數(shù)據(jù)處理單元。
12.如權利要求11所述的電路板，其特征在于，所述電源管理單元還包括: 檢測端，用于接收關于從所述數(shù)據(jù)處理單元的核心處理單元采樣的工作電壓的信號； 工作狀態(tài)信號輸出端，用于將關于所述工作電壓的信號輸出到所述核心處理單元，以由所述核心處理單元進行數(shù)字信號處理來得到所述脈寬調制信號的占空比控制信號； 控制信號輸入端，用于從所述核心處理單元接收所述占空比控制信號，以控制所述脈寬調制信號。
13.如權利要求12所述的電路板，其特征在于， 所述檢測端、所述工作狀態(tài)信號輸出端和所述控制信號輸入端與所述核心處理單元為物理連接。
14.如權利要求13所述的電路板，其特征在于， 所述物理連接是銅線連接。
15.如權利要求11所述的電路板，其特征在于，所述電源管理單元還包括: 檢測端，用于接收關于從所述數(shù)據(jù)處理單元的核心處理單元采樣的工作電壓的信號； 控制器，用于根據(jù)所述工作電壓與期望工作電壓的差值計算所述脈寬調制信號的占空t匕，以控制所述脈寬調制信號。
16.如權利要求15所述的電路板，其特征在于，所述控制器還根據(jù)所述工作電壓的當前變化率計算所述脈寬調制信號的占空比。
17.如權利要求11 所述的電路板，其特征在于，所述脈沖信號輸出端是所述數(shù)據(jù)處理單元通用輸入輸出接口。
18.如權利要求11所述的電路板，其特征在于，所述外部供電組件包括多相電源產生電路。
19.如權利要求18所述的電路板，其特征在于，所述多相電源產生電路包括驅動電路和晶體管。
20.如權利要求11所述的電路板，其特征在于，所述電路板包括:顯卡和主板。
【文檔編號】G06F15/78GK103810141SQ201210449269
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月9日 優(yōu)先權日:2012年11月9日
【發(fā)明者】趙宇 申請人:輝達公司