TWI223741B - A method and system for power reduction - Google Patents

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0) 0)1223741 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明) 本發明通常係關於降低功率。 發明背景 對更強大的電腦及通訊產品的需求已導致較快的處理 器，其通常會增加消耗的功率。不過，設計工程師努力降 低功率消耗，例如，延長電池壽命，尤其是在行動及通訊 系統中。 圖式簡單說明 在本說明書的結束部分會特別指出標的並清楚界定其 申請專利範圍。但是，對於本發明所主張之標的的組織及 操作方法，以及其目的、特徵及優點，最好參考以下的詳 細說明並配合附圖來加以瞭解，其中： 圖1為關於一處理器之溫度及時脈頻率的供電電壓範例 表。 圖2為根據一項具體實施例的電腦系統示意圖。 圖3為根據一項具體實施例的電腦系統示意圖。 圖4為根據一項具體實施例的電腦系統示意圖。 圖5為根據一項具體實施例的網路示意圖。 發明詳細說明 在以下的詳細說明中，所提出的許多特定細節係為了提 供對所主張之標的之完整的瞭解。不過，其係組件，並未 詳細說明電路，以避免所主張之標的模糊不清。 一般而言，設計者期望降低功率消耗。一般而言，處理 器的供電電壓至少部分根據其操作溫度及時脈頻率最差

1223741 的狀況。因為處理器在較高溫度操作，故處理器内電晶體 的效能會降低並變得較慢。不過，較高供電電壓會補償電 晶體的效能下降，並讓其運作較快。 例如，圖1為關於時脈頻率及溫度之處理器的供電電壓' 的範例表。該處理器設計為在一溫度範圍（如攝氏-20度至 大約100度間）及一時脈頻率範圍（100 Mhz至大約400 Mhz間） 中運作。此外，可靠運作的供電電壓係根據一最差的狀況 。在此範例中，用於在指定的溫度及時脈頻率範圍中可靠 地運作的供電電壓是1.6伏特，因為最差的狀況為400 Mhz 及攝氏100度。 不過，利用最差的狀況來選擇供電電壓會限制供電電壓 的選擇，因為如圖1所示，該狀況只考慮單一或有限數量 的資料點。此類方法的負面影響是較高的功率消耗。例如 ，較高的功率消耗可能會對行動系統（如行動電話、個人 數位助理（PDAs)、膝上型電腦及其它系統）中的電池壽命產 生不利的影響。因此，根據最差的狀況使用供電電壓會降 低行動裝置的電池壽命並限制設計的靈活性。 目前技術發展的一領域係關於藉由降低功率消耗以延 長通訊產品及電腦或電腦系統的電池壽命。如先前說明， 所選擇的低供電電壓係根據關於一處理器的溫度及時脈 頻率，而在該處理器預想的運作範圍内運作最差狀況。不 過，此類方法可能不靈活或無效率。例如，一處理器可能 在較低溫度及較低時脈頻率的較低供電電壓處運作。因此 ，吾人希望實施在不同溫度及時脈頻率處調整該供電電壓 1223741 (3) 的較有效的方法。 圖2所示的係一根據一項具體實施例的電腦系統200。系 統具體實施例200包含但不限於一處理器202、一溫度感測 器206、一功率控制器208以及一電源210。同樣地，該處理 器亦可在一記憶體中包含資料，如204。該系統可能包含 (例如）一個人電腦系統、一個人數位助理（PDA)、一行動電 話或一網際網路通訊裝置，如一網際網路手持顯示板（web tablet)。當然，這些只是範例，所主張之標的並不限於此 類範例的範轉中。所主張之標的也可包含無線或有線產 品，其會結合圖5進一步說明。 需要指出的係，某些具體實施例可能進一步包含以下同 時申請的專利案中的標的，雖然所主張之標的的範疇不限 於此方面··由Richard H. Lawrence提出申請的美國申請案， 序號為，名稱為「管理記憶體中的資料以降低功率消耗之 系統及方法」，律師檔案號碼為P11725 ;以及由Richard H. Lawrence提出申請的美國專利申請案，序號為，名稱為「 至少部分根據記憶體的溫度及頻率以降低功率消耗之系 統及方法」，律師檔案號碼為P11724。 系統200能夠至少部分根據該處理器的運作溫度及時脈 頻率提供一可接受的低供電電壓。在一項觀點中，所主張 標的與先前技藝之不同點在於該供電電壓可能至少部分 根據該運作溫度或該時脈頻率，或兩者，而不是根據通常 最差的狀況或先前技藝的節流應用，其係依據所感測的溫 度降低處理器頻率。同樣地，所主張之標的可能會根據另 1223741

(4) 外的因素調整該供電電壓，如應用的類型（軍用或消費用） 、額外的處理器的數量、各自的溫度或時脈頻率等。例如 ，該系統可能具有複數個處理器，可能會單獨計算每個處 理器或某些處理器的可接受低供電電壓，或至少根據一 些相關溫度及時脈頻率的平均值來計算。 在此項具體實施例中，系統200接收一組資料204，其至 少部分包含由不同溫度及不同時脈頻率計算出的可接受 的低供電電壓。該組資料可能會（例如）藉由測試複數個系 統以決定不同溫度及不同時脈頻率下的可接受低供電電 壓而進行計算，儘管所主張之標的不限於此方面。在一項 具體實施例中，該組資料會裝入與該處理器耦合的快閃 記憶體中。 在一項具體實施例中，會在不同的溫度及時脈頻率測試 複數個處理器，並計算一供電電壓以確保該處理器在所選 的溫度及時脈頻率處正常運作。因此，可能會預先定義一 預定數量的處理器或系統以決定用以指定一可接受的低 供電電壓的該組資料，該供電電壓至少部分根據該溫度及 時脈頻率。例如，該組資料與先前說明的圖1中的表相似 。當然，所主張之標的不限於此方面。該組資料的資料點 可能比圖1中解說的要多。例如，溫度範圍可由-40°C至120 °C或由0 °C至60°C。相同地，可能會以溫度增量為5 °C，而 非如圖1所示的40°C來計算該供電電壓。可能會在不同增 量處使用較大或較小的時脈頻率計算該供電電壓。同樣地 ，計算該組資料可能會包含如早先說明的其他因數，如計 (5) 1223741 而不是如 種都可用 算複數個處叟器的平均溫度以產生一多維圖表， 圖i中的二維圖表。因此，大量技術中的任何一 來提供所期望的資料。 决疋S、’且貝料後，系統會將該組資料裝入記憶體。在一 項具體實施例巾，該記憶體包含-快閃記憶體。不過，所 主張之標的不限於一特定的儲存機構或裝置的範疇中。例 如，汶貝料可能裝入揮發性記憶體，如動態隨機存取記憶 體（DRAM) ’或靜態隨機存取記憶體（SRAM)。同樣地，該組 資料可能不在區域記憶體中。例如，該組資料可能裝入外 部測試設備以便比較及分析。或者，該資料可能裝入功率 控制器208。同樣地，該系統可能藉由一有線或無線連接 從一網路接收該組資料。 因此’系統200可能會使用溫度感測器206監測溫度。在 一項具體實施例中，該溫度感測器將該處理器感測的溫度 傳給該處理器。該溫度感測器可能會整合在該處理其中β 例如，可能會將該感測器併入該處理器的設計中並作為該 處理器的一部分來製造，儘管所主張之標的不限於此方面 。或者，該溫度感測器通常隨該處理器一起封包。另一項 具體實施例可能會包含複數個溫度感測器，其係附於該處 理器的内部或外部，可使用複數個溫度感測器的測量值來 計算平均溫度。在另一範例中，該溫度感測器可能會置於 主機板上或附近，如在幾公分以内，並且可根據感測器的 讀數來推斷該溫度。 例如，當該處理器如以上說明的那樣接收一或多個溫度 -9- 1223741 ⑹

測量值時或之後’會決定一可接Α & s J任又的低供電電壓。在〆5 實施例中’降低該供電電壓日车一 么 包私&時，猎由測試複數個系矣 具體 、 - 包电璺時，藉由測試複數個系期 而決定該可接受的低供電電壓。羞你 ^ Μ 、、 見&取後，當該供電電磬降拍 至某臨界值時，該系統會因為供電雷 .，Ά ：a, 兒％壓不足而未能通過"、. 〇然後，該供電電壓逐漸增加直至 $ ^ 且主複數個系統正常運竹 \ ''SlI ^ 〇 IS1 itl·. J ^ΖΓ 4-fr Λν , t ο然 A - 一二双敎個糸統正常 並通過測試。因此，該可接受的俏妣f 妖又]低供電電壓係根據前 例所計算。當然，所主張之標的不限於此方面。 如早先所述，在-項具體實施例中，該組資料可能相 於圖1中的表。例如，從兩資料點及該組資料，該處理 或功率控制器會調整目前的供電電壓至從該組資料所 得的可接受低供電電®。，"口，假定電源210目前供應 伏特電壓予該系統。如果溫度感測器感測到60t的溫庹

並測量到目岫的處理器時脈頻率為400 Mhz，該處理器或功 率控制器至少部分根據所感測的60t的溫度及400 Mhz的 時脈頻率而詢問該組資料。如果該組資料與圖丨類似，那 麼60°C及400 Mhz時的可接受低供電電壓即為14伏特。然後 ，因為該系統目前使用伏特，所以該供電電壓會降低 至L4伏特以降低該特定具體實施例中的功率消耗。因此 ，此類具體實施例允許在各種溫度及時脈頻率處靈活高效 地設定供電電|。相反地，最差狀況方法只允許一供；； 壓’而不官不同的溫度及不同的時脈頻率。

該所王張之標的的一種觀點，可能包含該處理器或功率 控制器發送一設定電壓指令給該電源，以將該供電電壓^ 定為可接受的低供電電愿。 叹 -10- 1223741 ⑺ 在一項具體實施例中，該功率控制器可能與該功率供應 裝置整合並在該系統内部。當然，所主張之標的不限於此 方面。例如，該功率控制器可能與一外部電源轉合。或者 ，該功率控制器及該電源可置於該系統的外部。 在一項具體實施例中，所主張之標的併入一通訊或無線 裝置及/或與英特爾® XScale™微結構及英特爾⑧個人網際 網路用戶端架構（Intel® PCA) —起使用，並會在圖3、4及5 中進一步討論。 圖3所示係根據一項具體實施例的一電腦系統的示意圖 。該示意圖表示通訊產品的靈活的設計實施方式。在單一 處理器的一項具體實施例中，邏輯區塊302及304代表一模 組處理，其中該通訊處理器及應用處理器會在邏輯上分離 。因此，可能只會採用一個通訊處理器用於一無線協定， 以及一應用處理器用於一組應用。 通訊處理器302設計用於一特定的無線協定。例如，該 協定專用的邏輯設計為複數個現有的無線標準，如個人通 訊服務（PCS)、個人數位行動電話（PDC)、全球行動通訊系 統（GSM)、多時分工存取系統（TDMA)及分碼多重存取系統 (CDMA)。該協定專用邏輯可支援大量的標準，如IS-136、 IS-95、IS-54、GSM 1800及 GSM 1900。 通訊處理器302包含但不限於一數位信號處理器（DSP)、 一微處理器及記憶體，及週邊設備。該應用處理器304包 含但不限於一微處理器、記憶體及週邊設備。該應用處理 器可能適合通用目的，並且是可再程式化的。同樣地，其 -11 - 1223741

⑻ 能在該系統中或從另一通訊產品，或從一網路執行本地二 進位檔。因此，該應用處理器係與該通訊處理器耦合，並 且在邏輯上分離。因此，可以並列而不是通常的串列發展 每個處理器。 在一項具體實施例中，該通訊處理器及應用處理器可能 在一半導體晶圓上製造。不過，該處理器可獨立運作並且 可能具有不同的作業系統。在另一項具體實施例中，該通 訊處理器及應用處理器會與一共同記憶體控制器耦合，然 後該控制器會與一共同記憶體耦合。或者，每個處理器會 整合其各自的記憶體。例如，處理器可能具有位於處理器 晶粒上的記憶體，而非一分離記憶體。整合到每個處理器 的各種記憶體的範例包含快閃記憶體、靜態隨機存取記憶 體及動態隨機存取記憶體。 英特爾® XScale™微結構及英特爾®個人網際網路用戶端 架構（Intel㊣PCA)可能會支援如圖3中解說的模組實施方式 ，儘管該標的不限於此方面的範疇。同時，該架構會支援 大量的功能，如存取網際網路内容及應用的瀏覽器，允許 與内容及應用（包含語音、圖形、視訊及聲訊）互動的使用 者介面。該架構可能具有一檔案系統以管理及保護對應用 、通訊及網路代碼的存取。該架構允許無線電介面從一無 線載體或載送服務傳送及接收。進一步而言，該架構允許 對該應用處理器的作業系統核心、使用者應用、通訊處理 器的即時作業系統功能、内容或資料酬載進行系統管理。 當然，所主張之標的不限於此方面。 1223741 (9) 圖4是根據本發明一項具體實施例之一電腦系統的示意 圖。方塊圖402說明了 一應用及通訊處理器整合的實施方 式。在一項具體實施例中，會在一具有多個處理器的系統 中利用方塊圖402。該方塊圖包含但不限於一數位信號處 理器（DSP)、一微處理器及記憶體、週邊設備。在一種觀 點中，圖4係不同於圖3，因為一單一的整合邏輯處理器402 同時支援該應用及通訊功能。相反地，圖3是一模組設計 ，說明了單獨支援該通訊或應用功能的兩個處理器。 英特爾® XScaleTM微結構及英特爾®個人網際網路用戶端 架構（Intel®PCA)可能會支援如圖4中解說的整合實施方案 ，儘管該標的不限於此方面的範疇。同樣地，該架構會支 援大量的功能，如存取網際網路内容及應用的瀏覽器，允 許與内容及應用（包含語音、圖形、視訊及聲訊）互動的使 用者介面。該架構可能具有一檔案系統以管理及保護對應 用、通訊及網路代碼的存取。該架構允許無線電介面從一 無線載體或載送服務傳送及接收。進一步而言，該架構允 許對該應用處理器的作業系統核心、使用者應用、通訊處 理器的即時作業系統功能、内容或資料酬載進行系統管理 。當然，所主張之標的不限於此方面。 圖5所示的係一根據一項具體實施例的網路的示意圖。 在一項具體實施例中，在圖2中說明的用以降低功率消耗 的系統及圖3及4中說明的通訊產品及架構的模組實施方 案會在圖5中所示的各種通訊產品中實施。例如，該通訊 產品包含但不限於網際網路手持顯示板、行動電話、個人 -13-

1223741 數位助理、傳呼及個人排程系統。同時，該通訊產品會藉 由一有線或無線連接接收資訊。 當然，所主張之標的不限於此方面。例如，熟悉技藝人 士會發現所主張之標的可能還包含提供低功率消耗及使 用電池作為電源的系統。或者，所主張之標的可能還包含 一採用散熱技術的系統或板。一項範例包含一具有多個板 的機架式伺服器，該板插入機架式外殼中。該些板間隔距 離不大，會消耗大量功率。因此，所主張之標的可能會藉 由降低功率消耗而改良散熱。 雖然已參考特定的具體實施例對本發明所主張之標的 進行了說明，但是此說明並不能解釋為限制本發明。熟悉 技藝人士參考本發明所主張之標的，應能明白已揭示的具 體實施例的各種變更，以及所主張之標的的替代性具體實 施例。因此，可以執行此類變更而不致脫離隨附申請專利 範圍中所主張之標的的精神或範疇。 -14-

Claims (1)

1. 1223741 第091123818號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(93年7月） 拾、申請專利範圍 1 . 一種用於降低功率之系統，其包含： 一具有一可調整供應電壓的處理器； 至少一溫度感測器，其係與處理器耦合以感測該處理 器的溫度； 至少部分根據該處理器所感測溫度及該處理器一所 感測時脈頻率將該處理器的供電電壓調整至一可接受 的低供電電壓的系統，以及 一儲存複數個該處理器的可接受低供電電壓之快閃 記憶體，該供電電壓至少部分根據該處理器所感測時脈 頻率及該處理器所感測的溫度。 2 .如申請專利範圍第1項之系統，其中該系統係與和一功 率控制器整合的一電源相耦合。 3 .如申請專利範圍第1項之系統，其中該溫度感測器與該 處理器整合。 4.如申請專利範圍第1項之系統，其中該溫度感測器係隨 附於該處理器的一陶瓷封裝内。 5 .如申請專利範圍第1項之系統，其中該溫度感測器係置 於該處理器零至七公分内。 6 .如申請專利範圍第1項之系統，其中該系統至少包含一 個人數位助理、一行動電話、一網際網路手持顯示板或 一個人電腦的其中之一。 7 . —種用於降低功率之製造物品，其包含： 一儲存媒體，其上儲存有指令，當一計算平臺執行此 1223741

   類指令時，會藉由以下步驟調整一系統處理器的供電電 壓： 感測該系統處理器的溫度； 至少部分根據該處理器所感測的溫度及該處理器所 感測的時脈頻率，儲存複數個可接受的低供電電壓；以 及 產生一指令以將該系統的供電電壓調整至接近該可 接受的低供電電壓。 8 .如申請專利範圍第7項之物品，其中該儲存複數個可接 受的低供電電壓包含將可接受的低供電電壓寫入一快 閃記憶體。 9 .如申請專利範圍第7項之物品，其中該產生一指令包含 將指令從該系統處理器傳送至一電源。 10. 如申請專利範圍第7項之物品，其中該產生一指令包含 將指令從一功率控制器傳送至一電源。 11. 如申請專利範圍第7項之物品，其中該系統至少包含一 個人數位助理、一行動電話、一網際網路手持顯示板或 一個人電腦的其中之一。 12. —種調整一處理器的電壓位準的方法，其包含： 感測該處理器的一溫度及一時脈頻率； 將該處理器所感測的溫度及該處理器的時脈頻率與 複數個處理器所感測的溫度及處理器所感測的時脈頻 率的一可接受電壓位準的資料表格比較；以及 至少部分根據該處理器所感測的溫度及該處理器所 1223741

   感測的時脈頻率，將該電壓位準調整至一可接受的低電 壓位準。 13.如申請專利範圍第12項之方法，進一步包含將該資料表 格儲存於一快閃記憶體中。 14.如申請專利範圍第12項之方法，其中調整該電壓位準包