溫度監(jiān)控系統(tǒng)及溫度監(jiān)控方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種溫度監(jiān)控系統(tǒng)及溫度監(jiān)控方法。所述溫度監(jiān)控系統(tǒng)用于對(duì)至少一個(gè)溫控對(duì)象進(jìn)行溫度監(jiān)控，所述溫度監(jiān)控系統(tǒng)包括：光源，用于發(fā)出入射光；至少一個(gè)熱光片，由熱光材料形成，分別緊靠于各所述溫控對(duì)象設(shè)置，每一個(gè)熱光片用于接收所述入射光并形成光信號(hào)；至少一個(gè)探測器，分別與所述熱光片對(duì)應(yīng)設(shè)置，用于探測由對(duì)應(yīng)的熱光片形成的光信號(hào)，并對(duì)所探測到的光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換以獲得電信號(hào)；控制器，用于根據(jù)所述電信號(hào)分別計(jì)算各所述溫控對(duì)象的溫度，其中所述溫控對(duì)象為采用光互連技術(shù)的中央處理器中的內(nèi)核。本發(fā)明的溫度監(jiān)控系統(tǒng)及溫度監(jiān)控方法能夠精確地、及時(shí)有效地檢測并控制溫度。
【專利說明】溫度監(jiān)控系統(tǒng)及溫度監(jiān)控方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種溫度監(jiān)控系統(tǒng)及方法，特別是涉及利用光熱變化關(guān)系進(jìn)行溫度檢測的溫度監(jiān)控系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著計(jì)算機(jī)性能越來越強(qiáng)大，中央處理器(CPU)的集成度和運(yùn)行速度不斷提高、功耗不斷增大，及時(shí)有效地檢測并控制CPU的運(yùn)行溫度成為技術(shù)發(fā)展的瓶頸。
[0003]目前已存在通過在CPU外部貼附熱敏電阻來檢測CPU運(yùn)行溫度的方法(現(xiàn)有技術(shù)
一)。然而，該方法存在如下缺點(diǎn):
[0004]1、熱敏電阻是接觸式測溫元件，采用該方法檢測到的溫度是CPU表面溫度而不是CPU核心溫度。然而，由于CPU核心(die)所發(fā)出的熱量會(huì)由芯片封裝向外部散出，因此，CPU表面溫度與CPU核心溫度之間約有15°C至30°C的溫差，且該溫差因芯片封裝形式不同及環(huán)境溫度不同而難以確定。并且，采用該方法檢測到的溫度是由監(jiān)控芯片根據(jù)熱敏電阻的阻值變化計(jì)算得出，如果熱敏電阻與CPU之間的接觸不夠緊密，那么CPU的熱量就不能有效地傳遞至熱敏電阻，使得所檢測出的溫度會(huì)有很大的誤差。
[0005]2、由于CPU核心溫度變化后，需經(jīng)過一段時(shí)間才能傳遞到CPU表面，使得CPU表面溫度變化十分遲鈍，升溫速度遠(yuǎn)不及CPU核心溫度，因此，CPU表面溫度的變化不能及時(shí)地反映出CPU核心溫度的變化而形成了時(shí)間滯后的問題，導(dǎo)致反應(yīng)不靈敏，有時(shí)無法起到及時(shí)有效的保護(hù)作用。
[0006]3、由于該方法的反應(yīng)不靈敏、又要及時(shí)保護(hù)CPU，因此，可能經(jīng)常出現(xiàn)因強(qiáng)行關(guān)閉CPU而導(dǎo)致重要數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象。
[0007]此外，還存在通過在CPU內(nèi)植入熱敏二極管來檢測CPU運(yùn)行溫度的方法(現(xiàn)有技術(shù)
二)。然而，該方法與現(xiàn)有技術(shù)一相比，檢測及時(shí)性有所改善，但仍存在如下缺點(diǎn):
[0008]1、溫度檢測精度還有待提聞。
[0009]2、無法應(yīng)用于多核CPU。理由是，在多核和光互連的三維堆疊結(jié)構(gòu)中，光互連上的很多光器件也會(huì)發(fā)熱，溫度分布可能極為不均、且溫變復(fù)雜，該方法可能因反應(yīng)靈敏性不夠而存在誤差，無法保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供一種溫度監(jiān)控系統(tǒng)及方法，能夠準(zhǔn)確地、及時(shí)有效地檢測并控制溫度。
[0011]第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種溫度監(jiān)控系統(tǒng)，用于對(duì)至少一個(gè)溫控對(duì)象進(jìn)行溫度監(jiān)控，所述溫度監(jiān)控系統(tǒng)包括:光源，用于發(fā)出入射光；至少一個(gè)熱光片，由熱光材料形成，分別緊靠于各所述溫控對(duì)象設(shè)置，每一個(gè)熱光片用于接收所述入射光并形成光信號(hào)；至少一個(gè)探測器，分別與所述熱光片對(duì)應(yīng)設(shè)置，用于探測由對(duì)應(yīng)的熱光片形成的光信號(hào)，并對(duì)所探測到的光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換以獲得電信號(hào)；控制器，用于根據(jù)所述電信號(hào)分別計(jì)算各所述溫控對(duì)象的溫度，其中所述溫控對(duì)象為采用光互連技術(shù)的中央處理器中的內(nèi)核。
[0012]結(jié)合第一方面，在第一種可能的實(shí)施方式中，所述光信號(hào)為所述入射光經(jīng)由所述熱光片透射出的透射光。
[0013]結(jié)合第一方面，在第二種可能的實(shí)施方式中，所述光信號(hào)為所述入射光經(jīng)由所述熱光片反射回的反射光。
[0014]結(jié)合第一方面，在第三種可能的實(shí)施方式中，所述溫度監(jiān)控系統(tǒng)還包括:檢測用熱光片，由熱光材料形成，與所述溫控對(duì)象分開設(shè)置，用于接收所述入射光并形成光信號(hào)；檢測用探測器，與所述檢測用熱光片對(duì)應(yīng)設(shè)置，用于探測由所述檢測用熱光片形成的光信號(hào)，并對(duì)所探測到的光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換以獲得電信號(hào)，其中，所述控制器通過將所述檢測用探測器獲得的電信號(hào)與所述探測器獲得的電信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，以確定由所述入射光變化引起的溫度變化。
[0015]結(jié)合第一方面的第三種可能的實(shí)施方式，在第四種可能的實(shí)施方式中，所述檢測用熱光片由與所述熱光片相同的熱光材料形成，所述控制器還用于利用所述檢測用探測器的探測結(jié)果對(duì)所述探測器的探測結(jié)果進(jìn)行校正。
[0016]結(jié)合第一方面以及第一方面的第一至四種可能的實(shí)施方式中的任一種，在第五種可能的實(shí)施方式中，所述溫度監(jiān)控系統(tǒng)還包括分束器，所述分束器用于將所述入射光分為多束，以分別對(duì)應(yīng)各所述熱光片以及所述檢測用熱光片。
[0017]結(jié)合第一方面以及第一方面的第一至五種可能的實(shí)施方式中的任一種，在第六種可能的實(shí)施方式中，所述溫度監(jiān)控系統(tǒng)還包括微透鏡，所述微透鏡設(shè)置于所述光源和所述熱光片之間，用于匯聚所述入射光。
[0018]結(jié)合第一方面以及第一方面的第一至六種可能的實(shí)施方式中的任一種，在第七種可能的實(shí)施方式中，所述溫度監(jiān)控系統(tǒng)還包括至少一個(gè)波導(dǎo)，所述波導(dǎo)設(shè)置于所述光源與所述熱光片之間，用于將所述入射光引導(dǎo)至各所述熱光片。
[0019]結(jié)合第一方面以及第一方面的第一至七種可能的實(shí)施方式中的任一種，在第八種可能的實(shí)施方式中，所述溫度監(jiān)控系統(tǒng)還包括:顯示器，用于顯示所述溫控對(duì)象的溫度；報(bào)警器，用于在所述溫控對(duì)象的溫度高于預(yù)定閾值時(shí)，發(fā)出警報(bào)。
[0020]結(jié)合第一方面以及第一方面的第一至八種可能的實(shí)施方式中的任一種，在第九種可能的實(shí)施方式中，所述熱光片分別貼附于各所述溫控對(duì)象。
[0021]結(jié)合第一方面以及第一方面的第一至八種可能的實(shí)施方式中的任一種，在第十種可能的實(shí)施方式中，所述熱光片為硅片，通過在各所述內(nèi)核的表面用沉淀法生長一層厚度為1um至20um的娃片來形成所述熱光片。
[0022]第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種溫度監(jiān)控方法，用于對(duì)溫控對(duì)象進(jìn)行溫度監(jiān)控，所述溫度監(jiān)控方法包括如下步驟:通過熱光片接收由光源發(fā)出的入射光并形成光信號(hào)，其中，所述熱光片由熱光材料形成，并緊靠于所述溫控對(duì)象設(shè)置；對(duì)所述光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換以獲得電信號(hào)；根據(jù)所述電信號(hào)計(jì)算所述溫控對(duì)象的溫度，其中所述溫控對(duì)象為采用光互連技術(shù)的中央處理器中的內(nèi)核。
[0023]結(jié)合第二方面，在第一種可能的實(shí)施方式中，所述光信號(hào)為由所述熱光片透射出的透射光或由所述熱光片反射回的反射光。[0024]結(jié)合第二方面或第二方面的第一種可能的實(shí)施方式，在第二種可能的實(shí)施方式中，對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行濾波和鎖相放大處理。
[0025]結(jié)合第二方面，在第三種可能的實(shí)施方式中，還包括如下步驟:根據(jù)所述溫度對(duì)所述溫控對(duì)象進(jìn)行散熱冷卻處理。
[0026]由于本發(fā)明中用于傳遞熱量的熱光片緊靠于溫控對(duì)象設(shè)置，且本發(fā)明利用光熱變化關(guān)系來計(jì)算溫控對(duì)象的溫度，因此，所檢測出的溫度更為精確。并且，由于本發(fā)明利用光信號(hào)而非電信號(hào)來傳輸溫度信息，因此，能更及時(shí)有效地進(jìn)行溫度檢測。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的溫度監(jiān)控系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2A、圖2B分別示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的吸收式和反射式的示意圖。
[0029]圖3示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的溫度監(jiān)控系統(tǒng)300的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖4示出根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的溫度監(jiān)控系統(tǒng)400的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖5示出根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的溫度監(jiān)控系統(tǒng)500的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖6示出將根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的溫度監(jiān)控系統(tǒng)集成到計(jì)算機(jī)的CPU中的架構(gòu)圖。
[0033]圖7示出將根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的溫度監(jiān)控系統(tǒng)集成到多核CPU中的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖8示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的溫度監(jiān)控方法800的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]以下將對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例給出詳細(xì)的參考。盡管本發(fā)明通過這些實(shí)施方式進(jìn)行闡述和說明，但需要注意的是本發(fā)明并不僅僅只局限于這些實(shí)施方式。相反，本發(fā)明涵蓋權(quán)利要求所定義的發(fā)明精神和發(fā)明范圍內(nèi)的所有替代物、變體和等同物。
[0036]另外，為了更好的說明本發(fā)明，在下文的【具體實(shí)施方式】中給出了眾多的具體細(xì)節(jié)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，沒有這些具體細(xì)節(jié)，本發(fā)明同樣可以實(shí)施。在另外一些實(shí)例中，對(duì)于大家熟知的方法、手續(xù)、元件和電路未作詳細(xì)描述，以便于凸顯本發(fā)明的主旨。
[0037]如上所述，CPU溫升不僅影響CPU技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，還直接影響CPU的穩(wěn)定性和使用壽命。然而迄今為止，還沒有一種CPU散熱系統(tǒng)能保證永不失效。失去了散熱系統(tǒng)這個(gè)保護(hù)傘的“芯”，往往會(huì)在幾秒鐘內(nèi)永遠(yuǎn)停止“跳動(dòng)”，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。及時(shí)有效地進(jìn)行溫度監(jiān)控變得尤為重要。而根據(jù)本發(fā)明的溫度監(jiān)控系統(tǒng)及方法利用熱光材料對(duì)光的吸收會(huì)隨溫度的變化而變化的屬性，基于熱光材料的光熱變化關(guān)系來檢測溫度，從而能更及時(shí)有效地進(jìn)行溫度檢測。以下將結(jié)合具體實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的溫度監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
[0038]圖1示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的溫度監(jiān)控系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，溫度監(jiān)控系統(tǒng)100可用于對(duì)溫控對(duì)象I進(jìn)行溫度監(jiān)控。溫度監(jiān)控系統(tǒng)100包括:光源101、熱光片102、探測器103以及控制器104。其中，光源101、熱光片102及探測器103之間為光耦合，探測器103和控制器104之間通過電信號(hào)連接。
[0039]光源101可為激光源或發(fā)光二極管等發(fā)光器件，用于發(fā)出入射光。
[0040]熱光片102由熱光材料形成，并緊靠于溫控對(duì)象I設(shè)置，用于接收光源101發(fā)出的入射光并形成光信號(hào)。其中，熱光片102所形成的光信號(hào)可以為:入射光經(jīng)由熱光片102透射出的透射光(以下稱為吸收式)，或入射光經(jīng)由熱光片102反射回的反射光(以下稱為反射式)。形成熱光片102的熱光材料可為GaAs、CdTe、單晶硅或其他熱光系數(shù)比較大的聚合物。
[0041]原理上，反射式和吸收式的效果是一樣的，但由于吸收式只需光一次通過熱光片，而反射式需要光兩次通過熱光片(即，進(jìn)入熱光片并由熱光片返回)，因此，吸收式的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，而反射式的工藝相對(duì)復(fù)雜，反射式中的熱光片需要更薄。圖2A、圖2B分別示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的吸收式和反射式的示意圖。
[0042]由于熱光片102的透射率會(huì)隨其溫度變化而變化，且熱光片102緊靠于溫控對(duì)象I設(shè)置，能傳遞溫控對(duì)象I的熱量，因此，從熱光片102透射出的透射光的強(qiáng)度與溫控對(duì)象I的溫度之間存在對(duì)應(yīng)的變化關(guān)系。該變化關(guān)系將在之后詳細(xì)說明。
[0043]探測器103探測由熱光片102形成的光信號(hào)，例如，從熱光片102透射出的透射光，并對(duì)所述光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換以獲得電信號(hào)。由此，所述電信號(hào)與溫控對(duì)象I的溫度之間也存在對(duì)應(yīng)的變化關(guān)系。
[0044]控制器104利用熱光片102的透射率與溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)由探測器103獲得的電信號(hào)計(jì)算熱光片102的溫度。并且，控制器104還可以根據(jù)所述溫度對(duì)溫控對(duì)象I進(jìn)行散熱冷卻處理。例如，若所述溫度超過預(yù)定的閾值，則進(jìn)行散熱冷卻處理。所述預(yù)定的閾值可基于溫控對(duì)象I需要進(jìn)行散熱冷卻處理時(shí)的溫度來確定。由于形成熱光片102的熱光材料種類以及熱光片102與溫控對(duì)象I之間的距離均可能影響溫控對(duì)象I與熱光片102之間的溫度關(guān)系，因此，在確定所述閾值時(shí)需要考慮上述因素。所述散熱冷卻處理包括但不限于:加快風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、降低所述中央處理器的工作電壓和工作頻率或關(guān)閉中央處理器等。以下詳細(xì)說明控制器104根據(jù)所述電信號(hào)計(jì)算溫度的原理。
[0045]由于本發(fā)明中的熱光材料為半導(dǎo)體材料，因此，可基于半導(dǎo)體材料的光熱變化關(guān)系來計(jì)算熱光片的溫度變 化?？紤]到硅的熱光效應(yīng)明顯，因此下面以硅片作為熱光片為例，說明根據(jù)探測器測量到的透射光強(qiáng)、利用以下的4個(gè)表達(dá)式來計(jì)算硅片溫度的過程:
【權(quán)利要求】
1.一種溫度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，用于對(duì)至少一個(gè)溫控對(duì)象進(jìn)行溫度監(jiān)控，所述溫度監(jiān)控系統(tǒng)包括: 光源，用于發(fā)出入射光； 至少一個(gè)熱光片，由熱光材料形成，分別緊靠于各所述溫控對(duì)象設(shè)置，每一個(gè)熱光片用于接收所述入射光并形成光信號(hào)； 至少一個(gè)探測器，分別與所述熱光片對(duì)應(yīng)設(shè)置，用于探測由對(duì)應(yīng)的熱光片形成的光信號(hào)，并對(duì)所探測到的光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換以獲得電信號(hào)； 控制器，用于根據(jù)所述電信號(hào)分別計(jì)算各所述溫控對(duì)象的溫度， 其中所述溫控對(duì)象為采用光互連技術(shù)的中央處理器中的內(nèi)核。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述光信號(hào)為所述入射光經(jīng)由所述熱光片透射出的透射光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述光信號(hào)為所述入射光經(jīng)由所述熱光片反射回的反射光。
4.根據(jù)權(quán)利 要求1所述的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度監(jiān)控系統(tǒng)還包括: 檢測用熱光片，由熱光材料形成，與所述溫控對(duì)象分開設(shè)置，用于接收所述入射光并形成光信號(hào)； 檢測用探測器，與所述檢測用熱光片對(duì)應(yīng)設(shè)置，用于探測由所述檢測用熱光片形成的光信號(hào)，并對(duì)所探測到的光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換以獲得電信號(hào)， 其中，所述控制器通過將所述檢測用探測器獲得的電信號(hào)與所述探測器獲得的電信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，以確定由所述入射光變化引起的溫度變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測用熱光片由與所述熱光片相同的熱光材料形成，所述控制器還用于利用所述檢測用探測器的探測結(jié)果對(duì)所述探測器的探測結(jié)果進(jìn)行校正。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度監(jiān)控系統(tǒng)還包括分束器，所述分束器用于將所述入射光分為多束，以分別對(duì)應(yīng)各所述熱光片以及所述檢測用熱光片。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度監(jiān)控系統(tǒng)還包括微透鏡，所述微透鏡設(shè)置于所述光源和所述熱光片之間，用于匯聚所述入射光。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度監(jiān)控系統(tǒng)還包括至少一個(gè)波導(dǎo)，所述波導(dǎo)設(shè)置于所述光源與所述熱光片之間，用于將所述入射光引導(dǎo)至各所述熱光片。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度監(jiān)控系統(tǒng)還包括: 顯示器，用于顯示所述溫控對(duì)象的溫度； 報(bào)警器，用于在所述溫控對(duì)象的溫度高于預(yù)定閾值時(shí)，發(fā)出警報(bào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述熱光片分別貼附于各所述溫控對(duì)象。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述熱光片為硅片，通過在各所述內(nèi)核的表面用沉淀法生長一層厚度為1um至20um的硅片來形成所述熱光片。
12.一種溫度監(jiān)控方法，其特征在于，用于對(duì)溫控對(duì)象進(jìn)行溫度監(jiān)控，所述溫度監(jiān)控方法包括如下步驟: 通過熱光片接收由光源發(fā)出的入射光并形成光信號(hào)，其中，所述熱光片由熱光材料形成，并緊靠于所述溫控對(duì)象設(shè)置； 對(duì)所述光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換以獲得電信號(hào)； 根據(jù)所述電信號(hào)計(jì)算所述溫控對(duì)象的溫度， 其中所述溫控對(duì)象為采用光互連技術(shù)的中央處理器中的內(nèi)核。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的溫度監(jiān)控方法，其特征在于，所述光信號(hào)為由所述熱光片透射出的透射光或由所述熱光片反射回的反射光。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的溫度監(jiān)控方法，其特征在于，還包括如下步驟:對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行濾波和鎖相放大處理。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的溫度監(jiān)控方法，其特征在于，還包括如下步驟:根據(jù)所述溫度對(duì)所述溫控對(duì)象進(jìn)行散熱冷卻處理。
【文檔編號(hào)】G06F11/30GK104035853SQ201310073199
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2013年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月7日
【發(fā)明者】鄧湘元, 劉耀達(dá), 郝沁汾 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司