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    • 专利摘要:
    EineVorrichtung, die eine integrierte Schaltung auf einem VLSI-Chipund eine eingebettete Mikrosteuerung aufweist, die auf dem VLSI-Chipaufgebaut ist, wobei die Mikrosteuerung angepaßt ist, um die VLSI-Umgebungzu überwachenund zu steuern, um den Betrieb der integrierten Schaltung zu optimieren.Ein weiteres Ausführungsbeispielder Erfindung ist auf ein Verfahren zum Überwachen und Steuern einerintegrierten Schaltung gerichtet, das ein Bereitstellen einer eingebettetenMikrosteuerung auf einem gleichen VLSI-Chip wie die integrierte Schaltung,ein Überwachenund Steuern einer VLSI-Umgebung der integrierten Schaltung mit dereingebetteten Mikrosteuerung aufweist.
    公开号:DE102004018634A1
    申请号:DE200410018634
    申请日:2004-04-16
    公开日:2005-03-24
    发明作者:Christopher J. Fort Collins Bostak；Samuel D. Fort Collins Naffziger；Christopher A. Fort Collins Poirier
    申请人:Hewlett Packard Development Co LP；
    IPC主号:G06F1-28
    专利说明:
    [0001] DieseAnmeldung ist mit der U.S.-Patentanmeldung mit dem Titel „METHODAND SYSTEM FOR CALIBRATION OF A VOLTAGE CONTROLLED OSCILLATOR (VCO)" (VERFAHREN UND SYSTEM ZURKALIBRIERUNG EINES SPANNUNGSGESTEUERTEN OSZILLATORS (VCO)), derU.S.-Patentanmeldung mit dem Titel „SYSTEM AND METHOD FOR MEASURINGCURRENT" (SYSTEM UNDVERFAHREN ZUM MESSEN EINES STROMS) und der U.S.-Patentanmeldungmit dem Titel „AMETHOD FOR MEASURING INTEGRATED CIRCUIT PROCESSOR POWER DEMAND AND ASSOCIATEDSYSTEM" verwandt,die am gleichen Tag wie die vorliegende Anmeldung eingereicht wurden,wobei die Offenbarungen derselben hierin in ihrer Gesamtheit durchBezugnahme aufgenommen sind.
    [0002] IntegrierteSchaltungsmikroprozessoren oder CPUs sind üblicherweise für Bedingungeneines ungünstigstenFalls entworfen, die Parameter umfassen können, die wesentlich für den VLSI-Entwurf sind,wie z. B. Frequenz, Leistung, Spannung, Strom und Temperatur. EinigeEntwürfevon integrierten Schaltungen und CPUs nehmen einen Standardsatz vonBedingungen an, die eine Sicherheitsbandbildung benötigen. Beidiesen Entwürfensind die erlaubten Betriebsbedingungen für die CPU so eingestellt, daß die CPU-Entwurfsgrenzennicht erreicht werden können.Obwohl ein Prozessor z. B. in der Lage ist, unter normalen Betriebsbedingungenbei 130 Watt zu arbeiten, kann derselbe mit einem Sicherheitsbandversehen und so spezifiziert sein, um bei 100 Watt zu arbeiten,um zu verhindern, daß der Prozessordie Entwurfsgrenze überschreitet.
    [0003] Beieinigen Entwürfen überwachenProzessoren eine bestimmte Fehlerbedingung und arbeiten so, um diesenParameter nicht zu überschreiten. EineTemperaturmeßschaltungz. B., die einen Auslösepunktaufweist, wird verwendet, um den Prozes sor über ein Wärmeproblem zu benachrichtigen.Derartige Wärmeüberwachungsschaltungen überwachen üblicherweisenur einen einzelnen Ort auf der integrierten Schaltung des Prozessors.Als ein Ergebnis könnennichtüberwachteAbschnitte der integrierten Schaltung unter Umständen bei Temperaturen arbeiten,die die Entwurfsgrenzen überschreiten,oder diese Abschnitte könnenbei einer Temperatur weit unter der Entwurfsgrenze arbeiten, wennein überwachter Abschnittdie Wärmewarnungauslöst.Dieser Typ von Wärmeüberwachungist nicht effizient und erlaubt es dem Prozessor nicht, bei optimalenBedingungen zu arbeiten.
    [0004] Beianderen Entwürfenist der Prozessor überalle Betriebsbedingungen hinweg gekennzeichnet, um eine Leistungoder einen Frequenzwert eines ungünstigsten Falls zu bestimmen.Der Prozessor ist dann auf diese Bedingung eines ungünstigstenFalls begrenzt oder mit einem Sicherheitsband versehen, was u. U.nur unter selten verwendeten Bedingungen auftritt. Dies verhindert,daß derProzessor Leistungswerte und Frequenzen während typischer Operationeneffizienter nutzen kann.
    [0005] DieLösungendes Stands der Technik, die eine Sicherheitsbandbildung oder externe Überwachungsschaltungenverwenden, sind nicht in der Lage, die VLSI-Umgebung des Prozessorszu steuern. Schaltungen des Stands der Technik zum Überwachendiskreter Variablen kommunizieren nicht miteinander und sorgen deshalbfür keineVLSI-Parameteroptimierung übermehrere Variablen hinweg. Zusätzlichbieten derartige diskrete Schaltungen nur eine begrenzte Zufluchtzur Korrektur typischer CPU-Probleme, wie z. B. hohen Betriebstemperaturenoder einer hohen Systemleistung. Eine Lösung des Stands der Technikkann z. B. eine Wärmeauslöseschaltung bereitstellen,die einen Prozessor vollständigdeaktiviert, wenn eine übermäßig hoheTemperatur erreicht wird. Diese Lösung wäre nicht in der Lage, einekontrollierte Leistungsdrosselung unter derartigen Bedingungen bereitzustellen.
    [0006] Esist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System, ein Verfahrenzum Überwachen undSteuern einer integrierten Schaltung oder ein Computerprogrammproduktmit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
    [0007] DieseAufgabe wird durch ein System gemäß Anspruch 1 oder 24, ein Verfahrengemäß Anspruch 8oder ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 16 gelöst.
    [0008] EinAusführungsbeispielder Erfindung umfaßtein System, das eine integrierte Schaltung auf einem VLSI-Chip undeine eingebettete Mikrosteuerung aufweist, die auf dem VLSI-Chipaufgebaut ist, wobei die Mikrosteuerung angepaßt ist, um die VLSI-Umgebungzu überwachenund zu steuern, um den Betrieb der integrierten Schaltung zu optimieren.
    [0009] Einweiteres Ausführungsbeispielder Erfindung umfaßtein Verfahren zum Überwachenund Steuern einer integrierten Schaltung, das ein Bereitstelleneiner eingebetteten Mikrosteuerung auf einem gleichen VLSI-Chipwie die integrierte Schaltung und ein Überwachen und Steuern einerVLSI-Umgebung derintegrierten Schaltung mit der eingebetteten Mikrosteuerung aufweist.
    [0010] Einweiteres Ausführungsbeispielder Erfindung umfaßtein Computerprogrammprodukt, das ein computerverwendbares Mediumaufweist, in dem ein computerlesbarer Programmcode eingebettet ist, wobeider computerlesbare Programmcode einen Code zum Steuern einer eingebettetenMikrosteuerung aufweist, die auf einem VLSI-Integriert-Schaltungs-Chipmit einem Prozessor aufgebaut ist, wobei die Mikrosteuerung eineVLSI-Umgebung des Prozessors überwachtund steuert.
    [0011] EinzusätzlichesAusführungsbeispielder Erfindung umfaßtein System zum Überwachenund Steuern einer integrierten Schaltung, das eine Einrichtung zumBereitstellen einer eingebetteten Mikrosteuerung auf einem gleichenVLSI-Chip wie die integrierte Schaltung und eine Einrichtung zum Überwachenund Steuern einer VLSI-Umgebung der integrierten Schaltung mit dereingebetteten Mikrosteuerung aufweist.
    [0012] BevorzugteAusführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend aufdie beiliegenden Zeichnungen nähererläutert.Es zeigen:
    [0013] 1 eine eingebettete Mikrosteuerunggemäß einemAusführungsbeispielder Erfindung;
    [0014] 2 ein Flußdiagramm,das einen exemplarischen Vorgang darstellt, der durch eine eingebettetechipinterne Mikrosteuerung verwendet wird, um die VLSI-Umgebungeiner integrierten Schaltung zu überwachen;und
    [0015] 3 ein Verfahren zum Überwachenund Steuern einer integrierten Schaltung.
    [0016] EinMikroprozessorsystem umfaßteine eingebettete Mikrosteuerung, die direkt auf dem gleichen integriertenSchaltungschip aufgebaut ist wie die VLSI-CPU. Der Zweck der Mikrosteuerungbesteht darin, die VLSI-Umgebung zu steuern, einschließlich, jedochnicht ausschließlich,die Leistung, Temperatur, Spannung, den Strom, die Frequenz und eineKühlluftzufuhr.Die eingebettete chipinterne Mikrosteuerung kann ein System vonSensoren und Betätigungsgliedernverwenden, um die VLSI-Umgebungsinformationen zu verarbeiten, eineoptimale Betriebslösungzu bestimmen und die VLSI-Umgebungzu steuern, um diese Lösungzu erhalten.
    [0017] DieMikrosteuerung kann die folgenden Funktionen durchführen, umdie Umgebung der integrierten Schaltung zu überwachen und zu steuern: Steuerneines Leistungsverbrauchs, Überwachen undBegrenzen einer chipinternen Temperatur, Einstellen einer Frequenzbasierend auf der Spannung, Einstellen einer Leistungsversorgungsspannungund Überwacheneines Chipstromverbrauchs. Unter Verwendung der eingebette ten Mikrosteuerungauf dem VLSI-CPU-Chip kann das System viele Parameter für den bestimmtenChip berücksichtigen,der in dem Zusammenhang einer bestimmten Systemumgebung läuft. DieMikrosteuerung optimiert bei einigen Ausführungsbeispielen die VLSI-Parameter,um eine Umgebung bereitzustellen, die es der CPU erlaubt, so nahewie möglichan ihren Entwurfsparametern zu arbeiten.
    [0018] DieMikrosteuerung kann z. B. Spannung und Strom überwachen und diese Parameterzur Berechnung der Systemleistung verwenden. Die Mikrosteuerungkann die Leistungsberechnung verwenden, um die Leistungsversorgungsspannungals Teil eines Rückkopplungssteuersystemseinzustellen, um Systemleistungspegel zu steuern. Die Mikrosteuerungkann auch als ein digitales Filter verwendet werden, um eine Rückkopplungsstabilität der Leistungssteuerschleifesicherzustellen.
    [0019] DieMikrosteuerung kann eine Temperatur überwachen und eine Leistungeinstellen, um eine chipinterne Temperatur kontrolliert zu begrenzen.Alternativ kann die Mikrosteuerung eine Frequenz basierend auf derChipspannung und Temperatur einstellen, um Übertemperaturbedingungen zuverhindern. Die Mikrosteuerung kann eine Spannung auf den Pegeleinstellen, der zur Unterstützungeiner bestimmten Frequenz benötigtwird.
    [0020] Dieeingebettete Mikrosteuerung kann alle oben aufgelisteten Faktorengleichzeitiger betrachten und kann VLSI-Optimierungsalgorithmen verwenden, diein Firmware implementiert sind. Die Mikrosteuerung schafft Vorteile,wie z. B. ein Minimieren einer Sicherheitsbandbildung, eine Echtzeitsteuerung undEinstellung der VLSI-Umgebung, Flexibilität einer Änderung der Algorithmen durchNeuprogrammierung der Mikrosteuerungsfirmware, um entweder Fehlerzu korrigieren oder kundenspezifische Lösungen unter Verwendung vonSoftware zu bieten, sowie die Fähigkeiteiner Optimierung überviele Variablen hinweg. Die Verwendung einer chipin ternen Mikrosteuerungkann es ermöglichen,daß einegroßeVLSI-CPU auf ihre spezifische Betriebsumgebung angepaßt wirdund dieselbe steuert.
    [0021] 1 stellt eine exemplarischeeingebettete Mikrosteuerung gemäß einemAusführungsbeispiel derErfindung dar. Das System 100 ist ein vereinfachtes Blockdiagrammauf hoher Ebene, das einen VLSI-Chip für eine CPU darstellt. Die CPUumfaßtzwei Kernprozessoren 101 und 102, die auf demgleichen Chip wie eine Mikrosteuerung 103 aufgebaut sind. Jederder Kerne kann eine Ganzzahleinheit und eine Gleitkommaeinheit umfassen.Temperatursensoren könnennahe an jeder Ganzzahleinheit und Gleitkommaeinheit angeordnet sein.In dem Kern 101 überwachtein Temperatursensor 106 eine Ganzzahleinheit 104 undein Temperatursensor 107 überwacht eine Gleitkommaeinheit 105.In dem Kern 102 überwachtein Temperatursensor 109 eine Ganzzahleinheit 108 undein Temperatursensor 111 überwacht eine Gleitkommaeinheit 110.
    [0022] Beieinem bevorzugten Ausführungsbeispiel können dieTemperatursensoren Dioden sein, die mit einer Stromquelle gekoppeltsind. Die Dioden sind vorzugsweise empfindlich gegenüber einerTemperatur und der Spannungsabfall über die Diode kann mit derTemperatur variieren, wie z. B. –1,7 mV/°C. Die Mikrosteuerung 103 mißt den Spannungsabfall über dieDiode und verwendet die Spannungsinformationen zur Berechnung derTemperatur des CPU-Kerns. Die Mikrosteuerung kann Analog-Digital-Wandlerin den Strommeßgeräten 112 zurMessung einer Spannung verwenden.
    [0023] DieVerwendung vier separater Temperatursensoren ermöglicht es, daß die Mikrosteuerung 103 gleichzeitigTemperaturen in unterschiedlichen Teilen der CPU überwachenkann und eine genauere Messung der Betriebstemperaturen erhaltenkann. Verglichen mit CPU-Entwürfendes Stands der Technik kann eine niedrigere Schwellen- oder Maximaltemperatur,in der Größenordnungvon 90°C,in dem System aus 1 verwendetwerden. Die Mikrosteuerung 103 kann auf hohe Temperaturen (d.h. Temperaturen in einem der vier Sensoren, die sich 90°C annähern) durchein Reduzieren der CPU-Leistung ansprechen. Die Mikrosteuerung 103 reduziertdie Leistung durch ein Befehlen an ein Spannungsreglermodul 113,die Leistungsversorgungsspannung oder den -strom, die/der den CPU-Kernen 101, 102 zugeführt wird,zu senken. Die verfügbareLeistung wiederum fälltebenso. Strommeßgeräte 112 können verwendetwerden, um den Strom und die Leistung an die CPU zu messen. DieMikrosteuerung 103 kann auch die Betriebsfrequenz der CPUdurch ein Reduzieren der Taktfrequenz der CPU reduzieren. Ein Taktsystem 114 reduziertdie Systemtaktfrequenz unter einem Befehl durch die Mikrosteuerung 103.
    [0024] Einehohe Temperatur, die in einem Kern erfaßt wird, kann anzeigen, daß dieserKern verglichen mit dem anderen Kern eine höhere Arbeitslast aufweist.Wenn z. B. die Temperatur an dem Sensor 106 in dem Kern 101 sichdem maximalen Wert annähert, während dieanderen Temperatursensoren auf einem niedrigeren Pegel bleiben,kann dies anzeigen, daß dieGanzzahleinheit 104 des Kerns 101 eine schwere Arbeitslastaufweist, und daß dieGanzzahleinheit 108 eine relativ leichte Arbeitslast aufweist.Auf ein Erfassen dieser Temperaturdifferenz hin kann die Mikrosteuerung 103 demBetriebssystem der CPU befehlen, die Arbeitslast neu zu verteilen,so daß die Ganzzahleinheit 108 einenTeil der Arbeitslast der Ganzzahleinheit 104 aufgreift,wodurch die Betriebstemperatur des Kerns 101 gesenkt wird.
    [0025] Wieebenso durch das vorliegende Beispiel dargestellt ist, optimiertdie Mikrosteuerung die Betriebsbedingungen des Systems 100.Anstatt einen Kern unter Hochtemperaturbedingungen herunterzufahren, überwachtdie Mikrosteuerung 103 Temperaturanstiege und senkt kontrolliertden Leistungspegel des Kerns, um die Kerntemperatur unter der maximalenGrenze zu halten. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel optimiert dieMikrosteuerung 103 die Umgebung des Systems 100, um einenangegebenen Leistungspegel, wie z. B. 100 W, beizubehalten. Temperaturbetrachtungenkönnenjedoch das 100-Watt-Leistungsziel aufheben. Folglich kann die Mikrosteuerung 103 Einstellungenzurückweisen,die es erlauben würden,daß dieCPU-Kerne bei 100 W arbeiten, und die in einem oder beiden der Kerne eine Übertemperaturbedingungbewirken würden,d. h. über90°C.
    [0026] DieMikrosteuerung 103 umfaßt eine Firmware 115,die Algorithmen zum Bestimmen, wie auf verschiedene Temperatur-,Leistungs- und weitere Parameter angesprochen werden soll, aufweisen kann.Die Firmware 115 kann z. B. durch eine Korrektur- bzw.Patchfirmware aktualisiert oder ausgetauscht werden, um „Fehler" bzw. „Bugs" in dem System 101 zubeheben oder eine kundenspezifische Umgebung für die CPU bereitzustellen.Das System 100 kann z. B. normal betrieben werden, um 100 WattLeistung und eine Maximaltemperatur von 90°C beizubehalten. Bei einigenAnwendungen jedoch sind diese Bedingungen unter Umständen ungeeignet,wie z. B. in einem System, wie einem Blade-Server mit vielen CPUs.Es ist unter Umständenschwierig, das System zu kühlen,wenn viele wärmeerzeugendeKomponenten, wie z. B. CPUs, vorhanden sind. Ein Benutzer kann eineaktualisierte oder kundenspezifische Firmware 115 in dieMikrosteuerung 103 einbauen, so daß z. B. das System 100 optimiert wird,um bei einem Leistungspegel zu arbeiten, der kleiner als 100 Wattist, wie z. B. 50 Watt, oder bei einer Maximaltemperatur von wenigerals 90°C.
    [0027] Zusätzlich zuSoftwarekonfigurationsinformationen, die durch die Firmware 115 bereitgestellt werden,liefern Sicherungen 116a–c eine Hardwarekonfigurationssteuerungfür dieMikrosteuerung 103. Wenn die Mikrosteuerung 103 eineSpannung über eineoder mehrere der Sicherungen 116a–c erfaßt, liefert die Mikrosteuerung 103 eineOptimierungssteuerung fürdiese Parameter (oder auch nicht). Wenn z. B. die Temperatursicherung 116a nicht durchgebranntist und die Mikrosteuerung eine Spannung auf dieser Leitung erfaßt, liefertdie Mikrosteuerung 103 eine Temperatursteuerung an dieProzessorkerne 101 und 102 in dem System 100.Bei einem alternativen Ausführungsbeispielliefert die Mikrosteuerung 103 eine Temperatursteuerungan das System 100, wenn keine Spannung über die Temperatursicherung 116a erfaßt wird. Ähnlich können die Spannungen,die überdie Sicherungen 116b und 116c auftreten, beeinflussen,ob die Mikrosteuerung 103 eine Leistungs- und Spannungssteuerungfür dasSystem 100 liefert. Weitere Sicherungen (nicht gezeigt)könneneine Hardwarekonfiguration fürdie Mikrosteuerung 103 zur Steuerung weiterer Systemparameterliefern.
    [0028] DieMikrosteuerung 104 verwendet Strommeßgeräte 112, die Präzisionsvoltmetersein können, umeine CPU-Leistung zu messen. Die Strommeßgeräte 112 werden verwendet,um den Strom, der in die CPU fließt, zu berechnen, indem derSpannungsabfall übereinen parasitärenWiderstandswert, wie z. B. den Widerstandswert des CPU-Gehäuses oderden Widerstandswert des Leistungsversorgungsnetz, gemessen wird.Alternativ kann die Mikrosteuerung 103 einen vorbestimmtenWiderstandswert verwenden oder kann den parasitären Widerstandswert z. B. durcheine Kalibrierungsoperation berechnen. Der Spannungs- und der Widerstandswertwerden verwendet, um einen Strom und eine Leistung für die CPUzu berechnen. Ein Verfahren und ein System zum Kalibrieren von Strommeßgeräten aufeinem CPU-Chip sind in der gleichzeitig angemeldeten, ebenfallsanhängigenU.S.-Patentanmeldung mit dem Titel „A METHOD OF AND SYSTEM FORCONTINUOUS ON-DIE AMMETER CALIBRATION TO COMPENSATE FOR TEMPERATUREAND DRIFT ON-BOARD A MICROPROCESSOR (VERFAHREN UND SYSTEM ZUR FORT-WÄHRENDEN CHIPINTERNEN STROMMESSGERÄTKALIBRIERUNG ZUMAUSGLEICH VON TEMPERATUR UND DRIFT AUF EINEM MIKROPROZESSOR) offenbart,deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
    [0029] DieMikrosteuerung 103 kann die Taktfrequenz in dem System 100 durchein Einstellen der verfügbarenSpannung von der Leistungsversorgung steuern. Die Taktfrequenz,die durch das Taktsystem 114 bereitgestellt wird, ist proportionalzu der verfügbarenSystemspannung. Wenn die Mikrosteuerung 103 die Spannungreduziert, wird die Frequenz des Taktsignals durch das Taktsystem 114 aufeine Rate reduziert, die durch die verfügbare Leistung unterstützt werdenkann. Als ein Ergebnis führendie Kerne 101 und 102 weniger Operationen proSekunde durch, wenn die Leistung gesenkt wird, was bewirkt, daß die Temperaturder Prozessorkerne fällt.In weiteren Ausführungsbeispielenkann die Mikrosteuerung die Taktfrequenz direkt ohne Einstellungder Systemspannung oder -leistung steuern. Dies kann zu einer nichtoptimalenKonfiguration in bezug auf die Beziehung zwischen Leistung und Frequenzder VLSI-Umgebung führen,was in einigen Fällenjedoch erwünschtsein kann.
    [0030] DieMikrosteuerung 103 ist in der Lage, viele Parameter gleichzeitigzu betrachten und diese Parameter zur Optimierung des CPU-Betriebszu verwenden. Die Mikrosteuerung 103 kann die Leistung, Spannung,den Strom, die Temperatur und Frequenzparameter der gegenwärtigen Betriebsbedingungder CPU berücksichtigen.Unter Verwendung der Optimierungsalgorithmen in der Firmware 115 stelltdie Mikrosteuerung 103 ausgewählte Parameter ein, um sicherzustellen,daß dasSystem 100 in keine Übertemperaturbedingung übergeht,während Operationenbei oder nahe dem Entwurfssystemleistungspegel beibehalten werden.
    [0031] Obwohldas in 1 dargestellteSystem zwei Prozessorkerne auf einem einzelnen Chip zeigt, ist esfür Fachleuteauf diesem Gebiet ersichtlich, daß die Mikrosteuerung 103 auchverwendet werden kann, um CPUs zu steuern, die mehrere Chips aufweisenoder die mehr als zwei Prozessorkerne auf einem oder mehreren Chipsumfassen. Ferner kann die Mikrosteuerung 103 auch verwendetwerden, um die Temperatur und Leistung für Prozessorkerne auf mehrerenCPU-Chips separat zu steuern. Ferner ist es für Fachleute auf diesem Gebietersichtlich, daß dievorliegende Erfindung nicht füreine Überwachungund Steuerung von Prozessoren oder CPUs eingeschränkt ist,sondern auch verwendet werden kann, um die Umgebung jedes Typs integrierter Schaltungzu überwachenund zu steuern.
    [0032] 2 ist ein Flußdiagramm,das einen exemplarischen Vorgang darstellt, der durch eine eingebettetechipinterne Mikrosteuerung zur Überwachungund Steuerung der VLSI-Umgebung einer CPU verwendet wird. Die Mikrosteuerungkalibriert ihre Sensoren und/oder Nachschlagtabellen bei 201. Beieinem bevorzugten Ausführungsbeispielist die Kalibrierung Teil eines iterativen Vorgangs, bei dem dieMikrosteuerung Kalibrierungsschritte mit Sensormessungen verschachtelt,so daß derKalibrierungsvorgang nicht die Aufgaben der Mikrosteuerung eines Überwachensund Steuerns der CPU-Umgebung stört.
    [0033] Bei 202 überwachtdie Mikrosteuerung einen oder mehrere Temperatursensoren auf eine Übertemperaturbedingunghin. Wenn einer oder mehrere Temperatursensoren anzeigen, daß eine Übertemperaturbedingungvorliegt, bewegt sich der Vorgang 200 zu Block 203,bei dem die Mikrosteuerung die Taktfrequenz in einem Versuch reduziert,die Temperatur des Prozessorkerns zu reduzieren. Bei einem alternativenAusführungsbeispielkann die Mikrosteuerung bei Block 203 die CPU-Spannungreduzieren, was bewirkt, daß dieTaktfrequenz abnimmt.
    [0034] DieMikrosteuerung kann eine existierende Übertemperaturbedingung beiBlock 202 erfassen. Alternativ kann die Mikrosteuerungeine Serie von Temperaturablesungen zur Antizipation einer Übertemperaturbedingungvergleichen. Wenn z. B. jede Temperaturmessung in einer Folge vonAbtastwerten höherals die vorherige Messung ist, kann die Mikrosteuerung reagieren,um eine erwartete maximale Temperatur zu verhindern. Wenn die Kerntemperatur beiBlock 202 innerhalb annehmbarer Grenzen ist, jedoch eine Übertemperaturbedingungbevorsteht, kann die Mikrosteuerung das Temperaturproblem antizipierenund bewegt sich zu Block 203, um die Systemfrequenz zureduzieren, um die Übertemperaturbedingungzu vermeiden.
    [0035] Wenndie Temperatur bei Block 202 annehmbar ist oder nachdemdie Taktfrequenz bei 203 reduziert wurde, mißt die Mikrosteuerung die Frequenz beiBlock 204. Wenn die Taktfrequenz unterhalb eines erwünschtenBereichs ist, erhöhtdie Mikrosteuerung die Taktfrequenz bei Block 205. Um zuverhindern, daß dieMikrosteuerung einer vorherigen Frequenzkorrektur entgegenwirkt,wie z. B. einer Korrektur in Block 203, berücksichtigtdie Mikrosteuerung alle gegenwärtigenTemperaturmeßkorrekturen,die vor einem Erhöhender Taktfrequenz in Block 204 stattgefunden haben.
    [0036] Wenndie Frequenz bei Block 204 innerhalb eines annehmbarenBereichs ist oder nachdem die Frequenz bei Block 205 korrigiertwurde, mißtdie Mikrosteuerung den Leistungspegel der CPU bei Block 206.Wenn der Leistungspegel innerhalb eines annehmbaren Bereichs ist,beginnt der Vorgang wieder bei 201. Wenn der Leistungspegel unterhalbeines optimalen Bereichs ist, erhöht die Mikrosteuerung den Leistungspegelbei Block 207 und wiederholt den Vorgang. Wenn der Leistungspegelder CPU bei Block 206 oberhalb eines optimalen Bereichsist, senkt die Mikrosteuerung eine Leistung bei Block 208 undwiederholt den Vorgang. Die Mikrosteuerung versucht beizubehalten,daß dieCPU bei ihrem Entwurfsleistungspegel arbeitet. Hochtemperaturbedingungenjedoch, die bei Block 202 erfaßt werden, können verhindern,daß dieMikrosteuerung den Leistungspegel erhöht.
    [0037] Nachdemder Leistungspegel geprüftund wie benötigtin den Blöcken 206 und 207 eingestellt wurde,kehrt die Mikrosteuerung zu der Kalibrierungsoperation bei 201 zurück, beider sie eine weitere Kalibrierungsoperation vor einem Beginnen einesweiteren Durchlaufs durch die Überwachungsoperationender CPU-Umgebung durchführt.
    [0038] 3 stellt ein Verfahren zum Überwachen undSteuern einer integrierten Schaltung dar. Das Verfahren weist einBereitstellen 301 einer eingebetteten Mikrosteuerung aufdem gleichen VLSI-Chip wie die integrierte Schaltung auf. Das Verfahrenweist ferner ein Überwachenund Steuern 302 einer VLSI-Umgebung der integrierten Schaltungmit der eingebetteten Mikrosteuerung auf.
    权利要求:
    Claims (28)
    [1] System mit folgenden Merkmalen: einer integriertenSchaltung auf einem VLSI-Chip; und einer eingebetteten Mikrosteuerung(103), die auf dem VLSI-Chip aufgebaut ist, wobei die Mikrosteuerung(103) angepaßtist, um die VLSI-Umgebung zu überwachenund zu steuern, um den Betrieb der integrierten Schaltung zu optimieren.
    [2] System gemäß Anspruch1, bei dem die eingebettete Mikrosteuerung (103) einenoder mehrere der Parameter überwacht,die aus der Gruppe ausgewähltsind, die aus folgendem besteht: Temperaturen an einem odermehreren Orten auf der integrierten Schaltung; der Leistung,die der integrierten Schaltung zugeführt wird; der Betriebstaktfrequenzder integrierten Schaltung; der Leistungsversorgungsspannung; und demLeistungsversorgungsstrom, der der integrierten Schaltung zugeführt wird.
    [3] System gemäß Anspruch1 oder 2, bei dem die eingebettete Mikrosteuerung (103)zumindest einen der folgenden Parameter steuert: Temperaturenan einem oder mehreren Orten auf der integrierten Schaltung; dieLeistungsversorgung der integrierten Schaltung; die Betriebstaktfrequenzder integrierten Schaltung; die Leistungsversorgungsspannung;und den Leistungsversorgungsstrom, der der integrierten Schaltungzugeführtwird.
    [4] System gemäß einemder Ansprüche1 bis 3, bei dem die integrierte Schaltung zwei oder mehr Prozessorkerne(101, 102) aufweist, wobei jeder Kern (101, 102)eine Ganzzahleinheit (104, 108) und eine Gleitkommaeinheit(105, 110) aufweist, wobei die Mikrosteuerung(103) ferner folgendes Merkmal aufweist: Temperatursensoren(106, 107, 109, 111) an jeder derGanzzahleinheiten (104, 108) und Gleitkommaeinheiten(105, 110) auf jedem der Kerne (101, 102).
    [5] System gemäß einemder Ansprüche1 bis 4, das ferner folgendes Merkmal aufweist: eingebetteteStrommeßgeräte, dieauf dem VLSI-Chip der integrierten Schaltung aufgebaut sind, wobeidie Strommeßgeräte spannungsgesteuerte Oszillatorenaufweisen.
    [6] System gemäß einemder Ansprüche1 bis 5, das ferner folgende Merkmale aufweist: Sicherungen(116a–116c),die eine Hardwareauswahl von Umgebungsparametern der integriertenVLSI-Schaltung schaffen, die durch die eingebettete Mikrosteuerung(103) überwachtwerden.
    [7] System gemäß einemder Ansprüche1 bis 6, das ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Firmware(115) zum Steuern von Operationen der eingebetteten Mikrosteuerung(103).
    [8] Verfahren zum Überwachenund Steuern einer integrierten Schaltung, mit folgenden Schritten: Bereitstelleneiner eingebetteten Mikrosteuerung (103) auf einem gleichenVLSI-Chip wie die integrierte Schaltung (301); und Überwachenund Steuern (302) einer VLSI-Umgebung der integriertenSchaltung mit der eingebetteten Mikrosteuerung (103).
    [9] Verfahren gemäß Anspruch8, das ferner folgenden Schritt aufweist: Überwachen, durch die eingebetteteMikrosteuerung (103), eines oder mehrerer Parameter derintegrierten Schaltung, die aus der Gruppe ausgewählt werden,die aus folgendem besteht: Temperaturen an einem oder mehrerenOrten auf der integrierten Schaltung; der Leistung, die derintegrierten Schaltung zugeführt wird; derBetriebstaktfrequenz der integrierten Schaltung; der Leistungsversorgungsspannung;und dem Leistungsversorgungsstrom, der der integrierten Schaltungzugeführtwird.
    [10] Verfahren gemäß Anspruch8 oder 9, das ferner folgenden Schritt aufweist: Steuern, durchdie eingebettete Mikrosteuerung (103), eines oder mehrererProzessorparameter, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus folgendembesteht: Temperaturen an einem oder mehreren Orten auf der integriertenSchaltung; der Leistungsversorgung der integrierten Schaltung; derBetriebstaktfrequenz der integrierten Schaltung; der Leistungsversorgungsspannung;und dem Leistungsversorgungsstrom, der der integrierten Schaltungzugeführtwird.
    [11] Verfahren gemäß einemder Ansprüche8 bis 10, das ferner folgenden Schritt aufweist: Steuern derVLSI-Umgebung, um einen Betriebsleistungspegel der integriertenSchaltung zu optimieren, um sich einer Entwurfsgrenze anzunähern, unter Verwendungder eingebetteten Mikrosteuerung.
    [12] Verfahren gemäß einemder Ansprüche8 bis 11, das ferner folgende Schritte aufweist: Überwacheneiner Temperatur an einem Ort der integrierten Schaltung unter Verwendungder eingebetteten Mikrosteuerung (103); und Reduziereneiner Leistungsversorgungsspannung ansprechend auf eine Übertemperaturbedingungan dem Ort unter Verwendung der eingebetteten Mikrosteuerung.
    [13] Verfahren gemäß einemder Ansprüche8 bis 12, das ferner folgende Schritte aufweist: Überwacheneiner Temperatur an einem Ort der integrierten Schaltung unter Verwendungder eingebetteten Mikrosteuerung (103); und Reduziereneiner Prozessorbetriebstaktfrequenz ansprechend auf eine Übertemperaturbedingungin der integrierten Schaltung unter Verwendung der eingebettetenMikrosteuerung.
    [14] Verfahren gemäß einemder Ansprüche8 bis 13, bei dem die integrierte Schaltung ein Prozessor ist, wobeidas Verfahren ferner folgende Schritte aufweist: Überwacheneiner Temperatur in einem ersten Kern (101) des Prozessorsunter Verwendung der eingebetteten Mikrosteuerung (103);und Übertrageneiner Verarbeitungsarbeitslast von dem ersten Kern (101)an einen zweiten Kern (102) des Prozessors unter Verwendungder eingebetteten Mikrosteuerung.
    [15] Verfahren gemäß einemder Ansprüche8 bis 14, das ferner folgenden Schritt aufweist: Überwachenvon Strompegeln in der integrierten Schaltung unter Verwendung vonStrommeßgeräten, dieeinen oder mehrere spannungsgesteuerte Oszillatoren aufweisen, unterVerwendung der eingebetteten Mikrosteuerung (103).
    [16] Computerprogrammprodukt, das ein computerverwendbaresMedium aufweist, in dem ein computerlesbarer Programmcode eingebettetist, wobei der computerlesbare Programmcode folgendes Merkmal aufweist: einenCode zum Steuern einer eingebetteten Mikrosteuerung (103),die auf einem VLSI-Chip einer integrierten Schaltung mit einem Prozessoraufgebaut ist, wobei die Mikrosteuerung eine VLSI-Umgebung des Prozessors überwachtund steuert.
    [17] Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 16, das ferner folgendesMerkmal aufweist: einen Code zum Überwachen, durch die eingebettete Mikrosteuerung(103), eines oder mehrerer Parameter der integrierten Schaltung,die aus der Gruppe ausgewähltsind, die aus folgendem besteht: Temperaturen an einem odermehreren Orten auf der integrierten Schaltung; der Leistung,die der integrierten Schaltung zugeführt wird; der Betriebstaktfrequenzder integrierten Schaltung; der Leistungsversorgungsspannung;und dem Leistungsversorgungsstrom, der der integrierten Schaltungzugeführtwird.
    [18] Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 16 oder 17, dasferner folgendes Merkmal aufweist: einen Code zum Steuern,durch die eingebettete Mikrosteuerung (103), eines odermehrerer Parameter der integrierten Schaltung, die aus der Gruppeausgewähltsind, die aus folgendem besteht: Temperaturen an einem odermehreren Orten auf der integrierten Schaltung; der Leistungsversorgungder integrierten Schaltung; der Betriebstaktfrequenz der integriertenSchaltung; der Leistungsversorgungsspannung; und dem Leistungsversorgungsstrom,der der integrierten Schaltung zugeführt wird.
    [19] Computerprogrammprodukt gemäß einem der Ansprüche 16 bis18, das ferner folgendes Merkmal aufweist: einen Code zum Steuernder VLSI-Umgebung, um den Betriebsleistungspegel der integriertenSchaltung zu optimieren, um sich einer Entwurfsgrenze anzunähern.
    [20] Computerprogrammprodukt gemäß einem der Ansprüche 16 bis19, das ferner folgende Merkmale aufweist: einen Code zum Überwacheneiner Temperatur in einem Kern (101, 102) desProzessors; und einen Code zum Reduzieren einer Leistungsversorgungsspannungansprechend auf eine Übertemperaturbedingungin dem Kern.
    [21] Computerprogrammprodukt gemäß einem der Ansprüche 16 bis20, das ferner folgende Merkmale aufweist: einen Code zum Überwacheneiner Temperatur in einem Kern (101, 102) desProzessors; und einen Code zum Reduzieren einer Prozessorbetriebsfrequenzansprechend auf eine Übertemperaturbedingungin dem Kern.
    [22] Computerprogrammprodukt gemäß einem der Ansprüche 16 bis21, das ferner folgende Merkmale aufweist: einen Code zum Überwacheneiner Temperatur in einem ersten Kern des Prozessors; und einenCode zum Übertrageneiner Verarbeitungsarbeitslast von dem ersten Kern an einen zweitenKern des Prozessors.
    [23] Computerprogrammprodukt gemäß einem der Ansprüche 16 bis22, das ferner folgendes Merkmal aufweist: einen Code zum Überwachenvon Strompegeln in den integrierten Schaltungen unter Verwendungvon Strommeßgeräten, dieeinen oder mehrere spannungsgesteuerte Oszillatoren aufweisen.
    [24] System zum Überwachenund Steuern einer integrierten Schaltung, mit folgenden Merkmalen: einerEinrichtung zum Bereitstellen einer eingebetteten Mikrosteuerung(103) auf einem gleichen VLSI-Chip wie die integrierteSchaltung; und einer Einrichtung zum Überwachen und Steuern einerVLSI-Umgebung der integrierten Schaltung mit der eingebetteten Mikrosteuerung.
    [25] System gemäß Anspruch24, das ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Einrichtungzum Steuern der VLSI-Umgebung unter Verwendung der eingebettetenMikrosteuerung, um einen Betriebsleistungspegel der integriertenSchaltung zu optimieren, um sich einer Entwurfsgrenze anzunähern.
    [26] System gemäß Anspruch24 oder 25, das ferner folgende Merkmale aufweist: eine Einrichtungzum Überwacheneiner Temperatur an einem Ort der integrierten Schaltung unter Verwendungder eingebetteten Mikrosteuerung (103); und eine Einrichtungzum Reduzieren einer Leistungsversorgungsspannung ansprechend aufeine Übertemperaturbedingungan dem Ort unter Verwendung der eingebetteten Mikrosteuerung (103).
    [27] System gemäß einemder Ansprüche24 bis 26, das ferner folgende Merkmale aufweist: eine Einrichtungzum Überwacheneiner Temperatur an einem Ort der integrierten Schaltung unter Verwendungder eingebetteten Mikrosteuerung (103); und eine Einrichtungzum Reduzieren einer Prozessorbetriebstaktfrequenz ansprechend aufeine Übertemperaturbedingungin der integrierten Schaltung unter Verwendung der eingebettetenMikrosteuerung.
    [28] System gemäß einemder Ansprüche24 bis 27, bei dem die integrierte Schaltung ein Prozessor ist,wobei das System ferner folgende Merkmale aufweist: eine Einrichtungzum Überwacheneiner Temperatur in einem ersten Kern des Prozessors unter Verwendungder eingebetteten Mikrosteuerung (103); und eine Einrichtungzum Übertrageneiner Verarbeitungsarbeitslast von dem ersten Kern zu einem zweitenKern des Prozessors unter Verwendung der eingebetteten Mikrosteuerung.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JP2005071364A|2005-03-17|
    US20050040810A1|2005-02-24|
    US8037445B2|2011-10-11|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-03-24| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2007-05-24| 8130| Withdrawal|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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