專利名稱：用于維持性能的系統(tǒng)和方法
背景技術(shù)：
在集成電路(IC)的設(shè)計中，尤其對于超大規(guī)模集成(VLSI)芯片設(shè)計，功耗正變得越來越受關(guān)注。功耗的增加超過了硅技術(shù)中按比例發(fā)展的優(yōu)點(diǎn)和降低電源電壓的益處。功率管理已經(jīng)被認(rèn)為是和VLSI(超大規(guī)模集成)芯片的設(shè)計和運(yùn)行相關(guān)的重要因素以減輕與VLSI芯片相關(guān)的功耗。例如，功耗正在變成用于高速微處理器的嚴(yán)重性能限制物。例如，用于微處理系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)計目標(biāo)是提供對于計算機(jī)增強(qiáng)碼的最大可能的峰值性能，同時降低微處理器系統(tǒng)的功耗。
因此，為了保持芯片的功耗低于供所給系統(tǒng)(例如，在桌上型電腦、工作站或者便攜式設(shè)備內(nèi))使用能接受的一定水平，已經(jīng)使用改變處理器頻率和/或電源電壓的功率管理系統(tǒng)。但是，功率管理系統(tǒng)沒有考慮到可能影響跨不同系統(tǒng)的應(yīng)用性能的變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個實(shí)施例可以包括用于維持集成電路性能的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以包括工作功率極限求值器(evaluator)，其確定工作功率極限作為與影響集成電路的性能的變化相關(guān)的至少一個性能因子的函數(shù)。該系統(tǒng)還可以包括功率管理系統(tǒng)，其根據(jù)工作功率極限和集成電路的實(shí)際功率改變集成電路的功率以保持基本上恒定的性能。
另一個實(shí)施例可以包括集成電路。該集成電路可以包括參數(shù)存儲裝置，其存儲基于至少一個固有性能的制造測試參數(shù)和集成電路中制造變化中的至少一個，以及功率管理系統(tǒng)，其基于集成電路的實(shí)際功率和來源于至少一個制造測試參數(shù)以及至少一個可操作的條件的工作功率極限改變集成電路的功率，以維持對給定系統(tǒng)的基本上恒定的性能。
還有另一個實(shí)施例可以包括用于集成電路的功率管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以包括用于維持功率低于指定的功率極限的裝置，和用于根據(jù)影響集成電路的性能的變化調(diào)節(jié)指定的功率極限以維持基本恒定性能的裝置。
還有另一個實(shí)施例可以包括用于維持集成電路的性能的方法。該方法可以包括描述影響性能的集成電路的至少一個變化的特征，根據(jù)特征描述和指定的功率極限確定工作功率極限，和根據(jù)確定的工作功率極限調(diào)整集成電路的實(shí)際功率。


圖1說明了用于維持集成電路性能的系統(tǒng)的實(shí)施例的方框圖。
圖2說明了工作功率求值器的實(shí)施例的方框圖。
圖3說明了用于確定多個制造測試參數(shù)的測試器的實(shí)施例的方框圖。
圖4說明了集成電路的實(shí)施例的方框圖。
圖5說明了用于維持性能的方法的實(shí)施例。
圖6說明了用于確定制造測試參數(shù)的方法的實(shí)施例。
圖7說明了用于維持性能的方法的另一個實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
該公開的內(nèi)容通常涉及用于維持應(yīng)用功率管理的集成電路的性能(例如，頻率)的系統(tǒng)和方法。在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)和方法確定工作功率極限作為影響性能的集成電路的至少一個變化的特征的函數(shù)。在一些實(shí)施例中，對于多個給定的設(shè)計，例如對于給定應(yīng)用上的的集成電路，可以維持基本恒定的性能。
圖1說明了用于維持集成電路的性能的系統(tǒng)10。系統(tǒng)10可以在集成電路(IC)芯片或者管芯，例如VLSI芯片(例如微處理器、應(yīng)用專用集成電路(ASIC))或類似的器件上實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)10包括動態(tài)地管理與集成電路芯片或者管芯相關(guān)的功率的功率管理系統(tǒng)12。功率管理系統(tǒng)12通過動態(tài)地改變集成電路或者管芯的頻率和電源電壓管理功率。通過對集成電路芯片或者管芯的系統(tǒng)時鐘產(chǎn)生頻率控制信號，功率管理系統(tǒng)12可以改變頻率。通過對系統(tǒng)功率供應(yīng)或者功率調(diào)節(jié)器產(chǎn)生電壓供應(yīng)控制信號，功率管理系統(tǒng)12可以改變電源電壓。通過周期性地比較集成電路芯片或者管芯的工作功率極限PWORK和實(shí)際功耗PACTUAL，功率管理系統(tǒng)12應(yīng)用功率管理算法以保持實(shí)際的功耗處于工作功率極限或者低于工作功率極限。
對于給定芯片，例如，不管固有性能、制造變化和可操作的條件通過維持基本恒定的頻率，將工作功率極限PWORK動態(tài)地調(diào)整到低于指定的最大允許功率極限，以提供性能的可重復(fù)性。工作功率極限PWORK來源于至少一個因子，該因子是關(guān)于給定應(yīng)用跨越給定設(shè)計的不同集成電路芯片的性能變化的函數(shù)。例如，在給定的功率極限處，應(yīng)用處理器以運(yùn)行給定軟件程序的工作站與應(yīng)用相同設(shè)計的處理器的類似工作站可以不同地進(jìn)行。對于通過電壓和/或頻率比例動態(tài)管理功率的處理器，存在很多使得性能的可重復(fù)性困難的因素。例如，由于芯片中的電路(例如晶體管)的閾值以下的泄漏是依賴于溫度的，所以電路的功耗和運(yùn)行頻率隨溫度變化。因此，通過改變電壓和/或頻率管理功率的系統(tǒng)將提供跨越不同溫度的不同電壓和/或頻率以保持芯片在指定的功率極限內(nèi)。
另外，對于運(yùn)行的相同頻率，制造變化導(dǎo)致芯片消耗不同的功率量。這就是泄漏功率，并且由于每個芯片中硅固有的變化導(dǎo)致切換功率可以隨著給定設(shè)計的每個芯片變化。例如，在2.5千兆赫(GHz)的最大頻率處集成電路設(shè)計可以具有保證100瓦特的最大功率的性能規(guī)范。然而，在2.5GHz處第一芯片可能消耗90瓦特的功率，然而在2.5GHz處第二芯片可能消耗99瓦特的功率。因此，如果功率極限降低(例如被用戶)到90瓦特，第二芯片將必須降低它的頻率以將功率降低到90瓦特，然而第一芯片將不降低，因為與第一芯片固有相關(guān)的硅比與第二芯片相關(guān)的硅消耗更少的功率。
回過來參考圖1，系統(tǒng)10包括功率測量系統(tǒng)14和溫度測量系統(tǒng)16。功率測量系統(tǒng)14提供對由集成電路消耗的實(shí)際功率PACTUAL的測量。功率測量系統(tǒng)14可以應(yīng)用多種不同的技術(shù)以提供對由集成電路消耗的實(shí)際功率PACTUAL的測量。例如，實(shí)際功率測量可以基于關(guān)系式P＝C*V2*F+L(V，T)，其中C是集成電路的切換電容，V是電源電壓，F(xiàn)是系統(tǒng)時鐘的頻率以及L(V，T)是作為電壓和溫度的函數(shù)的設(shè)備的泄漏功率?？商鎿Q地，可以基于從電源P＝V*I得到的電流(I)和電壓(V)測量實(shí)際功率測量。溫度測量系統(tǒng)16測量集成電路的運(yùn)行溫度。溫度測量系統(tǒng)16可以應(yīng)用多種不同的技術(shù)提供對集成電路的運(yùn)行溫度的測量。例如，溫度測量系統(tǒng)16可以采用晶體管速度來代替溫度，或者采用二極管的電壓降用于確定溫度。
系統(tǒng)10還包括工作功率求值器18。由于制造變化和與不同集成電路有關(guān)的不同的固有特征，工作功率求值器18確定工作功率極限PWORK，它是能夠改變跨越給定設(shè)計的不同集成電路的一個或多個性能因子的函數(shù)。一個或多個因子可以包括最大的性能因子。由于給定設(shè)計的不同芯片的固有特征，最大的性能因子可以調(diào)節(jié)在最高溫度和最大頻率時功耗中的變化。一個或多個因子可以包括溫度因子。由于給定設(shè)計的不同芯片運(yùn)行溫度的變化導(dǎo)致溫度因子可以調(diào)節(jié)功耗中的變化。一個或多個因子可以包括與功率極限設(shè)置值有關(guān)的功率極限因子，該功率極限設(shè)置小于用于給定設(shè)計的最大允許功率極限。通過芯片或者系統(tǒng)的用戶可以初始化最大功率極限設(shè)置值中的變化。對于給定設(shè)計的不同芯片，在給定的性能水平，功率極限因子可以調(diào)節(jié)功耗中的變化。
根據(jù)多個參數(shù)確定一個或多個因子。例如，多個參數(shù)包括實(shí)際運(yùn)行溫度測量(TEMP)、最大功率指定極限(PMAX)和功率極限設(shè)置(PLIMIT)。多個參數(shù)還包括多個制造測試參數(shù)(TEST PARAMETERS)。多個制造參數(shù)是基于改變運(yùn)行條件下在制造測試時給定的集成電路的性能特征。例如，性能特征可以基于給定運(yùn)行條件組的設(shè)備固有功耗。另外，性能特征可以基于在給定運(yùn)行條件組的設(shè)備切換功率與總功率的比率和/或泄漏功率與總功率的比率。在制造測試時，多個制造測試參數(shù)可以被確定并存儲在與該系統(tǒng)有關(guān)的存儲裝置中。多個制造測試參數(shù)、實(shí)際運(yùn)行溫度測量、最大功率指定極限值和功率極限設(shè)置可以實(shí)時的應(yīng)用，以動態(tài)地修改系統(tǒng)10的工作功率極限值PWORK。
圖2說明了用于確定與集成電路或者管芯有關(guān)的功率管理系統(tǒng)的工作功率極限的工作功率求值器30。工作功率求值器30包括一組性能因子32。根據(jù)多個參數(shù)該組性能因子32提供對功率管理系統(tǒng)的工作功率極限的調(diào)節(jié)。多個參數(shù)可以包括定義與給定的集成電路有關(guān)的固有特征的運(yùn)行條件參數(shù)、用戶定義的參數(shù)、部分指定的參數(shù)和制造測試參數(shù)。該組性能因子32包括最大性能因子(F1)34、溫度因子(F2)36和功率極限因子(F3)38。
最大性能因子(F1)34基于計算最高溫度和最大頻率時的給定集成電路的功耗PBASE，并通過功率極限設(shè)置值定標(biāo)基礎(chǔ)功耗。下面是用于計算最大性能因子的方程的一個說明的例子F1＝(PLIMIT/PMAX)*(PBASE/PMAX) 方程1其中PBASE是在指定的活動因子(activity factor)(AFSPEC)處的最高溫度和最大頻率時的功耗，PLIMIT是由用戶設(shè)置的功率極限設(shè)置值以及PMAX是在最高溫度和最大頻率時給定集成電路設(shè)計的最大允許功耗?？梢岳斫獾氖牵捎谇袚Q功率隨著軟件變化，所以切換功率可以表達(dá)成用于集成電路的一小部分最大切換功率作為活動因子AF。指定的活動因子(AFSPEC)可以是在集成電路上執(zhí)行的代表最普通應(yīng)用的活動因子。最大性能因子34提供在最大性能時實(shí)際功耗與最大性能時最大允許功耗的比率，如果提供了一個，通過功率極限設(shè)置值按比例減小該比值。因此，如果在最大性能時第一芯片具有等于最大允許功耗的功耗，并將功率極限設(shè)置值設(shè)置為最大允許功耗，最大性能因子是一且不調(diào)節(jié)工作功率。然而如果在最大性能時第二芯片具有低于最大允許功耗和/或提供低于最大允許功耗的功率極限設(shè)置的功耗，那么基于F1調(diào)節(jié)工作功率極限，因為在比第一芯片低的功率時第二芯片提供基本上類似的性能(例如頻率)。因此，以在最大允許功率和低于最大允許功率時的功耗運(yùn)行的不同集成電路可以提供基本上類似的性能。
溫度因子(F2)36基于估計溫度變化對給定的集成電路的功耗的影響。尤其是，溫度因子36涉及基于由于溫度變化導(dǎo)致的泄漏功耗中的變化而修改工作功率極限PWORK，因為芯片中的電路(例如晶體管)的閾值以下的泄漏基本上是由溫度決定的。因此，溫度對于其泄漏功率大的設(shè)備的影響大于具有低泄漏功率的設(shè)備。溫度因子36基于調(diào)節(jié)作為溫度的函數(shù)的泄漏功率提供對工作功率極限PWORK的調(diào)整，然而切換功率基本上不受溫度變化的影響。因此，與具有較低的泄漏對總功率的比率的芯片相比，具有較高的泄漏對總功率的比率的芯片由于溫度降低導(dǎo)致的工作功率極限PWORK降低得更多，以便從兩芯片提供基本上相同的性能。因此，相對于總功率具有較低的泄漏功率的芯片比具有較高泄漏功率的芯片需要更高的工作功率極限，以產(chǎn)生基本上類似的頻率，因為比切換功率更多的功耗歸因于泄漏功率。
溫度因子(F2)還考慮低于設(shè)計的最大允許功率的功率極限設(shè)置的影響。因此，因子F2調(diào)節(jié)工作功率極限以補(bǔ)償由于例如由用戶改變的功率極限設(shè)置導(dǎo)致的溫度變化(其導(dǎo)致改變泄漏功率)。也就是說，當(dāng)運(yùn)行在較低功率時集成電路將運(yùn)行在較低的溫度。下面是用于計算溫度因子(F2)的方程的一個說明的例子F2＝(TP+(1-TP)*MIN(測量的溫度+Rja(PMAX-PLIMIT，TMAX)/TMAX)2方程2其中TP是溫度參數(shù)，Rja是從接點(diǎn)到外界的熱電阻，其是定義管芯的每瓦溫度變化的系統(tǒng)設(shè)計的結(jié)果，PMAX是設(shè)計的最大允許功率，PLIMIT是功率極限設(shè)定以及TMAX是最高溫度，其中保證(并測試)集成電路的正常性能。溫度參數(shù)TP經(jīng)驗地源自給定設(shè)計的多個芯片。溫度參數(shù)TP在函數(shù)上與功率參數(shù)PP相關(guān)，其是在最高溫度時超過芯片的總功率的切換功率，因此1-PP等于超過總功率的泄漏功率。溫度參數(shù)TP還考慮到對與集成電路設(shè)計有關(guān)的驅(qū)動阻抗(drive fight)和端子電阻的補(bǔ)償。如上所述，1-TP的關(guān)系是相關(guān)的泄漏比，因此，泄漏百分比調(diào)節(jié)成測量的溫度的函數(shù)。
通過確定最大頻率和最高溫度時的總功率(PMAXFREQ)和確定最大頻率和最高溫度一半時的總功率(PMAXFREQ/2)，可以確定制造測試時的功率參數(shù)PP。由于泄漏功率不因頻率變化而變化，以及切換功率具有隨頻率線性的關(guān)系，所以切換功率可以確定如下PLEAKAGE＝PBASE-2*(PMAXFREQ-PMAXFREQ/2) 方程3PSWITCHING＝PBASE-PLEAKAGE方程4PP＝PSWITCHING/PBASE方程5功率極限因子(F3)38基于估計低于最大頻率和最高溫度時的最大功率的用戶設(shè)置的功率極限的影響。功率極限因子38補(bǔ)償?shù)陀谧畲笤试S功率極限的功率極限設(shè)置。例如，與具有較低的切換功率成分對泄漏功率成分之比的芯片相比，較低的功率極限將對具有較高的切換功率成分對泄漏功率成分之比的芯片具有更大的影響。對于方程3-5假定已經(jīng)定義活動因子(AFSPEC)以確定切換功率和基礎(chǔ)功率?；顒右蜃覣FSPEC可以是表示在集成電路上執(zhí)行的最普通的應(yīng)用的活動因子。如上所述，活動因子是由給定的應(yīng)用或者軟件消耗的最大切換功率的一部分。
因此，根據(jù)調(diào)節(jié)作為功率極限的函數(shù)的切換功率功率極限因子38為工作功率極限PWORK提供調(diào)節(jié)。因此，與具有較低的切換功率對總功率的比率的芯片相比，對于具有較高的切換功率對總功率的比率的芯片，工作功率極限PWORK降低得更多，以便從兩芯片提供基本相同的性能。因此，與具有較高切換功率與總功率的比率的芯片相比，具有較低切換功率與總功率的比率的芯片需要更高的工作功率極限，以便在給定功率極限設(shè)置時產(chǎn)生基本類似的頻率。
功率極限因子38還考慮最大頻率時的固有基礎(chǔ)功率和最大功率對最大允許功率的影響。因此，因子F3調(diào)節(jié)工作功率極限PWORK以對給定集成電路設(shè)計補(bǔ)償運(yùn)行在最大規(guī)范時的給定集成電路的功耗中的固有差異。下面是用于計算功率極限因子(F3)的方程的一個說明的例子F3＝MIN((.5+.5(PBASE/PMAX))*(1-LP)*(1-PLIMIT/PMAX))，1)方程6其中LP是泄漏參數(shù)，PMAX是設(shè)計的最大允許功率，PLIMIT是功率極限設(shè)置，PBASE是在其中保證集成電路的正確性能的AFSPEC、最高溫度和最大頻率時的功耗。泄漏參數(shù)LP經(jīng)驗地源自給定設(shè)計的多個芯片。泄漏參數(shù)LP在函數(shù)上與功率參數(shù)PP相關(guān)。功率參數(shù)PP是在最高溫度時超過總功率的切換功率，因此，1-PP等于超過總功率的泄漏功率。泄漏參數(shù)還考慮到對與集成電路設(shè)計有關(guān)的驅(qū)動阻抗和端子電阻的補(bǔ)償。如上所述，1-LP的關(guān)系是相關(guān)的切換功率比率，因此，切換功率百分比調(diào)節(jié)成功率極限設(shè)置的函數(shù)。
圖3說明了用于確定與給定的集成電路或者管芯有關(guān)的多個制造測試參數(shù)的測試器50。測試器50包括加熱器54、控制裝置58、功率測量系統(tǒng)56和參數(shù)確定部件60。測試器50通過加熱器54可以對集成電路52實(shí)施加熱到用于測試的所需溫度?？刂蒲b置58可以實(shí)施控制運(yùn)行條件，例如集成電路52的運(yùn)行頻率和/或電源電壓?？商鎿Q地，控制裝置58可以實(shí)施對集成電路52編程以通過例如集成電路52的通信引腳上的界面控制集成電路52的運(yùn)行條件。功率測量系統(tǒng)56確定在一個或多個運(yùn)行的和外界的條件下集成電路52的實(shí)際功耗?？商鎿Q地，控制裝置58或功率測量系統(tǒng)56可以通過例如集成電路52的通信引腳上的界面實(shí)施從集成電路52的補(bǔ)償功率測量。
參數(shù)確定部件60根據(jù)在不同運(yùn)行和外界條件下的功率測量PMEAS確定制造測試參數(shù)。例如，通過測量在集成電路52的最大頻率、AFSPEC和最高溫度時的功率消耗，參數(shù)確定部件60確定基礎(chǔ)功率PBASE。通過確定集成電路的切換功率與總功率的比率，參數(shù)確定部件60計算功率參數(shù)PP。通過確定最大頻率和最高溫度時的總功率(PMAXFREQ)和確定最大頻率和最高溫度一半時的總功率(PMAXFREQ/2)，可以確定功率參數(shù)PP。由于泄漏功率不因頻率的變化而變化，以及切換功率具有與頻率的線性關(guān)系，所以可以用上述的方程3-5確定切換功率。
然后功率參數(shù)PP用作泄漏參數(shù)表62和溫度參數(shù)表64中的索引。泄漏參數(shù)表62包括多個對應(yīng)的泄漏參數(shù)LP值以及溫度參數(shù)表64包括與基于經(jīng)驗結(jié)果確定的功率參數(shù)PP有關(guān)的多個對應(yīng)的溫度參數(shù)TP。為了簡單，泄漏參數(shù)表62和溫度參數(shù)表64可以集成到一個表中。表I說明了包括功率參數(shù)值和相關(guān)的溫度參數(shù)值以及泄漏參數(shù)值的示例表。
表I

泄漏參數(shù)LP和集成電路的泄漏比有關(guān)，而1-LP和集成電路的切換比有關(guān)。溫度參數(shù)TP和集成電路的切換比有關(guān)，而1-TP和集成電路的泄漏比有關(guān)。溫度參數(shù)TP和泄漏參數(shù)LP也考慮到對與集成電路設(shè)計有關(guān)的驅(qū)動阻抗和端子電阻的補(bǔ)償。測試器50或者一些其它設(shè)備可以將制造測試參數(shù)(例如PBASE、PP、LP、TP)存儲在集成電路52上的存儲裝置(例如ROM、電子熔斷器)中，用于在正常運(yùn)行中供工作功率求值器和功率管理系統(tǒng)使用。
圖4說明了促進(jìn)可重復(fù)的性能的集成電路70。集成電路70包括功率管理系統(tǒng)72，該功率管理系統(tǒng)72包括功率管理算法，以通過周期性地將集成電路芯片或者管芯的工作功率極限與實(shí)際功耗PACTUAL相比較，以保持實(shí)際功耗為工作功率極限或者低于工作功率極限。通過動態(tài)地改變集成電路或者管芯的頻率和電源電壓，功率管理系統(tǒng)72管理與集成電路芯片或者管芯有關(guān)的功率。功率管理系統(tǒng)72產(chǎn)生頻率控制信號(FREQ CONTROL)提供給壓控振蕩器(VCO)82，其起到集成電路70的系統(tǒng)時鐘的作用。VCO 82在由功率管理系統(tǒng)72設(shè)置的頻率處提供時鐘信號給集成電路70的核心74。功率管理系統(tǒng)72產(chǎn)生電源電壓控制信號(SUPPLY CONTROL)給通過電源引腳接收電源(PS)的功率的系統(tǒng)電源或者功率調(diào)節(jié)器84，并給集成電路70的核心74提供電源電壓VSUPPLY。
對于給定的應(yīng)用而不管固有的特征、制造變化和可運(yùn)行的條件，例如，通過在給定的活動因子處保持基本恒定的頻率，將工作功率極限動態(tài)地調(diào)整到低于用于集成電路70的指定最大允許功率極限，以提供性能的重復(fù)性。工作功率極限源自至少一個因素，該因素是給定設(shè)計的跨越不同集成電路芯片的給定應(yīng)用上的性能變化的函數(shù)。
集成電路70包括功率測量系統(tǒng)78和溫度測量系統(tǒng)80。功率測量系統(tǒng)78提供由集成電路70消耗的實(shí)際功率PACTUAL的測量。溫度測量系統(tǒng)80測量集成電路70的運(yùn)行溫度。功率測量系統(tǒng)72也是可操作的，以通過例如集成電路70的引腳接收功率極限設(shè)置PLIMIT。功率極限設(shè)置PLIMIT將最大允許功率PMAX降低到用戶定義的功率極限。
功率管理系統(tǒng)72確定工作功率極限，其是能跨越因制造變化和與不同集成電路有關(guān)的不同固有特征導(dǎo)致的給定設(shè)計的不同集成電路而改變的一個或多個性能因子的函數(shù)。一個或多個因子可以包括最大性能因子、溫度因子和功率極限因子。一個或多個因子調(diào)節(jié)因制造變化、不同的固有特征和變化的運(yùn)行條件導(dǎo)致的性能的變化。根據(jù)多個參數(shù)確定一個或多個因子。例如，多個參數(shù)包括實(shí)際運(yùn)行溫度測量(TEMP)、最大功率指定極限PMAX和功率極限設(shè)置(PLIMIT)。多個參數(shù)還包括存儲在集成電路70上的參數(shù)存儲裝置76(例如ROM、電子熔斷器)中的多個制造測試參數(shù)(例如PBASE、PP、LP、TP)，用于在正常運(yùn)行中供功率管理系統(tǒng)72使用。
在變化的運(yùn)行條件下，多個制造參數(shù)是基于在制造測試時給定集成電路的性能特征的。例如，性能特征可以基于給定運(yùn)行條件組時的設(shè)備的固有功耗。另外，性能特征可以基于在給定運(yùn)行條件組時設(shè)備的切換功率與總功率的比率和/或泄漏功率與總功率的比率。多個制造測試參數(shù)(例如，PBASE、PP、LP、TP)、實(shí)際運(yùn)行溫度測量(TEMP)、最大的功率指定極限(PMAX)和功率極限設(shè)置(PLIMIT)可以實(shí)時的應(yīng)用以動態(tài)地修改集成電路70的工作功率極限。
考慮到上述的結(jié)構(gòu)和上述的功能性特征，參考圖5-7將更好地理解某些方法。應(yīng)當(dāng)可以理解和意識到的是，在其它實(shí)施例中所述的功能可以以不同的順序發(fā)生和/或可以同時具有其它的功能。而且，并不需要全部所述的特征來實(shí)現(xiàn)方法。
圖5說明了用于維持集成電路的性能的方法。該方法開始于100，其中為功率管理系統(tǒng)開始一個周期。然后該方法進(jìn)行到110以測量集成電路的實(shí)際功耗。通過存在于集成電路上的功率測試系統(tǒng)，或者通過測量由向集成電路提供功率的電源電壓得到的實(shí)際功率可以測量實(shí)際的功耗。在120，測量集成電路的運(yùn)行溫度。多種不同的溫度測量設(shè)備可以存在于集成電路上。在130，讀出功率極限設(shè)置。通過用戶可以將功率極限設(shè)置提供給集成電路。通過集成電路上的引腳或者引腳組可以編程或者設(shè)置功率極限設(shè)置?？梢岳斫獾氖?，缺省功率極限設(shè)置是最大頻率和最高溫度時的集成電路的最大允許功率規(guī)格。然后該方法進(jìn)行到140。
在140，根據(jù)至少一個性能因子確定工作功率極限。至少一個性能因子考慮到制造變化和可以跨越給定設(shè)計的不同集成電路而改變的不同固有特征。對于給定設(shè)計的不同芯片，一個或者多個因子可以包括調(diào)節(jié)在最高溫度和最大頻率時的功耗中的變化的最大性能因子。對于給定設(shè)計的不同芯片，一個或多個因子可以包括調(diào)節(jié)因運(yùn)行溫度改變導(dǎo)致的功耗中的變化的溫度因子。對于給定的設(shè)計，一個或多個因子可以包括與小于最大允許功率極限的功率極限設(shè)置有關(guān)的功率極限因子。對于給定設(shè)計的不同芯片，功率極限因子可以調(diào)節(jié)在給出的性能水平時功耗中的變化。然后該方法進(jìn)行到150。
在150，該方法比較工作功率極限和實(shí)際測量的功率。在160，該方法判斷工作功率極限是否大于實(shí)際測量的功率。如果工作功率極限不大于實(shí)際測量的功率(否)，那么該方法進(jìn)行到170。在170，調(diào)節(jié)功率以提供低于工作功率極限的實(shí)際功率。然后該方法進(jìn)行到180。如果在160工作功率極限大于實(shí)際測量的功率(是)，那么該方法進(jìn)行到180。在180，該方法判斷是否獲得所需的性能(例如，基本上恒定的頻率)。如果沒有獲得所需的性能(否)，那么該方法進(jìn)行到190。在190，調(diào)節(jié)功率以獲得所需的性能。然后該方法返回到160。如果獲得了所需的性能(是)，那么該方法返回到100直到開始下一個周期。
圖6說明了用于確定制造測試參數(shù)的方法。在200，將集成電路設(shè)置成在指定活動因子(AFAPEC)處的最高頻率和最高溫度。在210，在指定的活動因子(AFAPEC)處測量最大頻率和最高溫度的功率以確定基礎(chǔ)功率。然后該方法進(jìn)行到220。在220，將集成電路設(shè)置成最高溫度和一半的最大頻率。然后該方法進(jìn)行到230以測量功率。在240，功率參數(shù)源自基礎(chǔ)頻率和最高溫度和一半的最大頻率時測量的功率。功率參數(shù)是切換功率和總功率的比，并可以源自最大頻率和1/2最大頻率的功率的差乘以2，因為切換功率中的變化是和頻率成線性并可以為0頻率內(nèi)插。在250，根據(jù)經(jīng)驗的結(jié)果從功率參數(shù)可以確定溫度參數(shù)和泄漏參數(shù)，以確定功率參數(shù)和溫度參數(shù)以及泄漏參數(shù)之間的關(guān)系。在260，將制造測試參數(shù)存儲在集成電路的存儲裝置中。
圖7說明了用于維持集成電路的性能的另一種方法。在300，描述了影響性能的集成電路的至少一個變化的特征。在310，根據(jù)特征描述和指定的功率極限確定工作功率極限。在320，根據(jù)確定的工作功率極限調(diào)節(jié)集成電路的實(shí)際功率。
上面已經(jīng)描述的是本發(fā)明的例子。當(dāng)然，為了描述本發(fā)明它不可能描述每一個可想象的部件或者方法的組合，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將可以知道本發(fā)明的其它組合和改變是可能的。因此，本發(fā)明旨在涵蓋所有的落在所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的這些改變、修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種用于維持集成電路(70)的性能的系統(tǒng)(10)，該系統(tǒng)包括工作功率極限求值器(18，32)，其確定工作功率極限作為與影響集成電路(70)的性能的變化有關(guān)的至少一個性能因子的函數(shù)；和功率管理系統(tǒng)(12，72)，其根據(jù)工作功率極限和集成電路(70)的實(shí)際功率改變集成電路(70)的功率以維持基本恒定的性能。
2.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中至少一個性能因子是最大性能因子、溫度因子和功率極限設(shè)置因子中的至少一個。
3.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中至少一個性能因子是基于集成電路(70)的固有特征、集成電路(70)的制造變化和集成電路(70)的運(yùn)行條件中的至少一個的參數(shù)的函數(shù)。
4.如權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中至少一個運(yùn)行條件參數(shù)是集成電路(70)的溫度、集成電路(70)的最大允許功耗和集成電路(70)的功率極限設(shè)置中的至少一個。
5.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中至少一個性能因子是基于至少一個制造測試參數(shù)的。
6.如權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中至少一個制造測試參數(shù)是固有基礎(chǔ)功率、泄漏參數(shù)和溫度參數(shù)中的至少一個，該固有基礎(chǔ)功率是在指定的活動因子的最大頻率和最高溫度處的實(shí)際功率的量度，該泄漏參數(shù)在函數(shù)上與泄漏功率對基礎(chǔ)功率的比率相關(guān)，該溫度參數(shù)在函數(shù)上與切換功率對基礎(chǔ)功率的比率相關(guān)。
7.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中至少一個性能因子補(bǔ)償固有特征和對于給定應(yīng)用改變集成電路(70)的性能的制造變化中的至少一個。
8.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中根據(jù)由制造變化和集成電路(70)的固有特征導(dǎo)致的性能變化，工作功率極限求值器(18，32)調(diào)節(jié)工作功率極限，以對給定設(shè)計的多個集成電路上的給定應(yīng)用提供基本上類似的性能。
9.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括溫度測量系統(tǒng)(16，80)，其向工作功率極限求值器(18，32)提供集成電路(70)的運(yùn)行溫度，該工作功率極限求值器(18，32)確定調(diào)節(jié)由于溫度變化導(dǎo)致的性能變化的溫度因子。
10.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括向功率測量系統(tǒng)(12，72)提供實(shí)際功率測量的功率測量系統(tǒng)(14，56，78)。
全文摘要
公開了用于維持集成電路(70)的性能的系統(tǒng)和方法。系統(tǒng)(10)的一個實(shí)施例可以包括工作功率極限求值器(18，32)，其確定工作功率極限作為與影響集成電路(70)的性能的變化有關(guān)的至少一個性能因子的函數(shù)。該系統(tǒng)還可以包括功率管理系統(tǒng)(12，72)，其根據(jù)工作功率極限和集成電路(70)的實(shí)際功率改變集成電路(70)的功率以維持基本恒定的性能。
文檔編號G06F1/32GK1808342SQ20061000642
公開日2006年7月26日 申請日期2006年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月21日
發(fā)明者S·D·納夫齊格, C·A·普瓦里耶 申請人:惠普開發(fā)有限公司