專利名稱：可動態(tài)調(diào)整電壓及有效節(jié)能的電壓控制裝置、方法及電腦裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種中央處理器的電壓控制裝置，尤指一種可動態(tài)調(diào)整電 壓及有效節(jié)能的電壓控制裝置、方法及電腦裝置。
背景技術(shù)：
在溫室效應(yīng)持續(xù)發(fā)威的今日，全球各國無不致力于對抗這足以危害人 類未來生存的猛獸，而其中最有效也是最直接的方法，就是節(jié)約能源。在
個人電腦(PC)的領(lǐng)域中，中央處理器(Central Processing Unit, CPU)扮演最 重要的角色，其強大的運算能力帶來了科技日新月異，但中央處理器的耗 電也是一直為人所詬病的。
在個人電腦中，中央處理器所需要的操作電壓，是依據(jù)其工作模式所 產(chǎn)生的電壓識別碼(Voltage Identification, VID)來決定的。圖1A繪示現(xiàn)有 個人電腦中的一種供應(yīng)中央處理器11的操作電壓的方塊圖，其中，由于 中央處理器11所需要的操作電壓(Vcore)大小，并不是每個時刻都一樣的， 例如，當中央處理器11進入省電模式時，其所需要的操作電壓便會比正 常操作時的操作電壓為低。因此，中央處理器11會根據(jù)所需要的操作電 壓來產(chǎn)生電壓識別碼(VID)。于圖1A中，中央處理器11產(chǎn)生電壓識別 碼之后，系將其輸出至電壓調(diào)節(jié)模塊(Voltage Regulator Module, VRM) 12。 繼而，電壓調(diào)節(jié)模塊12會根據(jù)電壓識別碼來決定供給中央處理器11的操 作電壓的大小。
此外，中央處理器提供廠商，例如美商英特爾(Intd)公司，已針對中 央處理器的電壓與電流定義了一個關(guān)系式，并稱之為負載線(loadline)， 如圖1B所示為在以負載電流及操作電壓為XY軸平面上的負載線，此負 載線所代表的涵義是當中央處理器11的電流變化時，電壓調(diào)節(jié)模塊12必 須改變相對應(yīng)的電壓，而負載線的另一個重點是當中央處理器11操作在 很重負載時，其電壓也不能低過最小電壓(minimum voltage),否則不能 保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。以前述依照電壓識別碼來提供中央處理器11的操作
電壓的電源供應(yīng)方式，如欲降低或是增加CPU電壓以進行節(jié)能或提升中 央處理器的效能時，并無法做到自動依照CPU的負載來調(diào)整適合的CPU 電壓，因此往往需要使用者以手動的方式，自行設(shè)定降低或增加CPU電 壓，但是正常系統(tǒng)不可能永遠處于輕負載或是重負載的狀況，所以造成中 央處理器的效能與節(jié)能無法同時兼顧，例如，使用者為了增加系統(tǒng)的效能，
手動地設(shè)定CPU超電壓，但是在閑置(idle)的情況下，此增加的CPU 電壓是無用的，如此不但浪費電能，更可能導(dǎo)致散熱也變差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的是提出一種可動態(tài)調(diào)整電壓及有效節(jié)能的電壓控制 裝置、方法及電腦裝置，其通過軟件規(guī)劃的方式，動態(tài)地改變負載線的斜 率及偏移量，而設(shè)計出新的負載線，以符合最低電壓的規(guī)范。
本發(fā)明的另一目的提出一種可動態(tài)調(diào)整電壓及有效節(jié)能的電壓控制 裝置、方法及電腦裝置，其在CPU負載較輕的狀態(tài)下，可以對應(yīng)到相對 更低的CPU電壓，使得整體的耗電可以降低。
本發(fā)明的再一目的提出一種可動態(tài)調(diào)整電壓及有效節(jié)能的電壓控制 裝置、方法及電腦裝置，其達成當CPU負載變化時，可動態(tài)地改變CPU 電壓，以達成最佳的節(jié)能效果，同時發(fā)揮CPU本身應(yīng)有的高效能。
依據(jù)本發(fā)明的一特色，其提供一種電壓控制裝置，用以接收一中央處 理器所產(chǎn)生的電壓識別碼，以根據(jù)其中所設(shè)定的負載線而決定供給該中央 處理器的操作電壓的大小，該電壓控制裝置包括 一負載線緩存器組，具 有多個緩存器，該些緩存器的值代表所設(shè)定的負載線；以及一寫入邏輯， 與該負載線緩存器組電性連接，根據(jù)一寫入信號而改變該負載線緩存器組 中的緩存器值。
依據(jù)本發(fā)明的另一特色，其提供一種電腦裝置，包括 一中央處理器； 一頻率產(chǎn)生器，電性連接該中央處理器，以產(chǎn)生中央處理器頻率，以供該 中央處理器運作所需； 一控制電路，連接該中央處理器以控制該中央處理 器的運作模式； 一電壓控制裝置，電性連接該中央處理器，以接收該中央 處理器所產(chǎn)生的電壓識別碼，以根據(jù)其中所設(shè)定的負載線而決定供給該中 央處理器的操作電壓的大小，該電壓控制裝置包括 一負載線緩存器組， 具有多個緩存器，該些緩存器的值代表所設(shè)定的負載線；及一寫入邏輯， 根據(jù)一寫入信號而改變該負載線緩存器組中的緩存器值；以及一系統(tǒng)控制
器，透過總線連接該電源供應(yīng)，該系統(tǒng)控制器透過該總線發(fā)出該寫入信號， 以由該寫入邏輯來改變負載線緩存器組中的緩存器值。
依據(jù)本發(fā)明的再一特色，其提供一種電源供應(yīng)方法，包括提供一原 始負載線，該原始負載線在一最小電壓時的負載電流為最大電流；改變該 原始負載線的斜率，以獲得一斜率較原始負載線為平緩的平緩負載線；改 變該平緩負載線的偏移量，而獲得一省電負載線，其中，所改變的偏移量
使得該省電負載線與該原始負載線在該最大電流處相交點；以及接收一中
央處理器所產(chǎn)生的電壓識別碼，以根據(jù)該省電負載線而決定供給該中央處 理器的操作電壓的大小。
本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明提供一種可動態(tài)調(diào)整電壓及有效節(jié)能 的電壓控制裝置及使用其的電腦裝置，其可通過軟件規(guī)劃的方式，動態(tài)地 改變負載線的斜率及偏移量，而設(shè)計出新的負載線，以符合最低電壓的規(guī)
范，并且在CPU負載較輕的狀態(tài)下，可以對應(yīng)到相對更低的CPU電壓，
使得整體的耗電可以降低。且經(jīng)由檢測中央處理器的負載電流，并且提供
臨界值的設(shè)定，再搭配軟硬件的輔助，而達成當CPU負載變化時，可動 態(tài)地改變CPU電壓，以達成最佳的節(jié)能效果，同時發(fā)揮中央處理器本身 應(yīng)有的高效能。


圖1A為一現(xiàn)有個人電腦中供應(yīng)中央處理器的操作電壓的方塊圖； 圖1B為一負載線的示意圖2顯示本發(fā)明較佳實施例的可動態(tài)調(diào)整電壓及有效節(jié)能的電壓控制 裝置的示意圖3顯示本發(fā)明較佳實施例使用可動態(tài)調(diào)整電壓及有效節(jié)能的電壓控 制裝置的電腦裝置示意圖4顯示本發(fā)明動態(tài)調(diào)整負載線的示意圖5顯示本發(fā)明將中央處理器的負載分成四個區(qū)間的示意圖6顯示一范例以說明針對不同中央處理器的負載所做不同的設(shè)定。
具體實施例方式
圖2顯示本發(fā)明較佳實施例的可動態(tài)調(diào)整電壓及有效節(jié)能的電壓控制 裝置的示意圖，其中，電壓控制裝置22包括負載線緩存器組221、多個臨
界值緩存器222, 223,224、寫入邏輯225、及控制邏輯226，其中負載線緩 存器組221具有多個緩存器2211，其值代表一負載線。上述寫入邏輯225 分別與負載線緩存器組221及多個臨界值緩存器222, 223, 224電性連接。 上述控制邏輯226亦分別與多個臨界值緩存器222, 223, 224電性連接。前 述寫入邏輯225可依據(jù)總線21的寫入信號而寫入(改變)負載線緩存器 組221中的緩存器及臨界值緩存器222,223，224的內(nèi)容。
圖3顯示本發(fā)明較佳實施例使用可動態(tài)調(diào)整電壓及有效節(jié)能的電壓控 制裝置的電腦裝置示意圖，其包括有中央處理器(CPU)31、系統(tǒng)控制器32、 頻率產(chǎn)生器33、控制電路34、及前述電壓控制裝置22。中央處理器(CPU)31 分別與頻率產(chǎn)生器33、控制電路34、及前述電壓控制裝置42電性連接。 系統(tǒng)控制器52與電壓控制裝置22電性連接。
前述系統(tǒng)控制器32透過標準總線21連接電壓控制裝置22，其中前述 頻率產(chǎn)生器33用以產(chǎn)生CPU頻率以供中央處理器31運作所需，前述控 制電路34連接中央處理器31以控制中央處理器31的運作模式，例如可 強迫中央處理器31進入省電模式(TM mode),前述電壓控制裝置22可 檢測中央處理器31的負載電流。在其它實施例中，亦可組設(shè)一檢測單元(圖 未示)來檢測中央處理器31的負載電流，并產(chǎn)生一檢測結(jié)果，以輸出至電 壓控制裝置22。
請一并參照圖2及圖3，前述電壓控制裝置22接收中央處理器31所 產(chǎn)生的電壓識別碼(VID)，以根據(jù)電壓控制裝置22中所動態(tài)設(shè)定的負載 線而決定供給中央處理器31的操作電壓(Vcore)的大小。其中，負載線 是由負載線緩存器組221中的緩存器2211的值所設(shè)定，在本實施例中， 負載線緩存器組221中的緩存器2211的開機初始值是對應(yīng)中央處理器提 供廠商所定義的原始負載線，如圖4所示，對應(yīng)電壓識別碼(VID)的原 始負載線41在最小電壓(minimum voltage)時的負載電流(loading current) 為最大電流Imax。
本發(fā)明較佳實施例利用電壓控制裝置22的寫入邏輯225動態(tài)調(diào)整原 始負載線41，而設(shè)計出一種更省電的省電負載線63，并且保持中央處理 器31原有的穩(wěn)定性。其首先由系統(tǒng)控制器32透過總線21發(fā)出寫入信號 至電壓控制裝置22，以由電壓控制裝置22中的寫入邏輯225來改變負載 線緩存器組221中的緩存器2211的值，以改變原始負載線41的斜率，而 獲得一斜率較原始負載線41為平緩的平緩負載線42，如圖4所示。其次，再由系統(tǒng)控制器32透過總線21發(fā)出寫入信號，以由寫入邏輯 225改變負載線緩存器組221中的緩存器2211的值，以改變平緩負載線 42的偏移量(亦即，將VID進行偏移)，而獲得該省電負載線43，如圖5 所示，其中所改變的偏移量使得省電負載線43與原始負載線41在最大電 流Imax處相交點。據(jù)此，電壓控制裝置22接收中央處理器所產(chǎn)生的電壓 識別碼(VID)，便根據(jù)該省電負載線43而決定供給該中央處理器的操作電 壓(Vcore)的大小。由于省電負載線43所對應(yīng)的CPU電壓皆低于原始負載 線41的設(shè)定，如此達到省電的目的，且因省電負載線43所對應(yīng)的CPU 電壓皆不會低于最小電壓(minimum voltage),故能保持中央處理器31的穩(wěn) 定性。
前述多個臨界值緩存器222,223，224分別具有其默認值或是由寫入邏 輯225依據(jù)系統(tǒng)控制器32所發(fā)出在總線21上的寫入信號所設(shè)定，以將中 央處理器31的負載分成不同區(qū)間，于本實施例中，系提供有三個寫入臨 界值緩存器222, 223, 224，其分別設(shè)定有大、中、小三個臨界值 TH1,TH2，TH3 (TH1>TH2>TH3)，而將中央處理器31的負載分成四個區(qū) 間R1，R2，R3,R4，如圖5所示，其中，區(qū)間Rl系指CPU負載大于臨界值 TH1，區(qū)間R2系指CPU負載大于臨界值TH2且小于臨界值TH1，區(qū)間 R3系指CPU負載大于臨界值TH3且小于臨界值TH2，區(qū)間R4系指CPU 負載小于臨界值TH3。
前述電壓控制裝置22可進一步將檢測的中央處理器31的負載電流與 上述臨界值TH1，TH2,TH3作比較，而進行監(jiān)控中央處理器31的負載變化。 其中，當中央處理器31的負載變換到不同區(qū)間R1,R2，R3,R4時，控制邏 輯226可驅(qū)動0C1與OC2兩根信號線的高/低(High/Low)變化來代表不 同的四個區(qū)間，例如OC1與OC2皆為Low時代表中央處理器31的負 載在區(qū)間Rl， OC1為Low而OC2為High時代表中央處理器31的負載在 區(qū)間R2， OC1為High而OC2為Low時時代表中央處理器31的負載在區(qū) 間R3， OC1與OC2皆為High時代表中央處理器31的負載在區(qū)間R4。
通過此OC1與OC2信號線輸出可通知電腦裝置目前中央處理器31 處于哪種負載狀況下。而針對各種不同CPU負載，電腦裝置可以作出適 合的對策，例如將OC1與OC2信號線為連接到頻率產(chǎn)生器33以控制所 產(chǎn)生的頻率的頻率，因而當OCl與OC2信號線的輸出改變時，同時也變 化中央處理器31的頻率，其中，OC1與OC2皆為Low時代表中央處理200710142282.9
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器31的負載較高，可控制頻率產(chǎn)生器33產(chǎn)生較高頻率的頻率，反之，OC1
與OC2皆為High時代表中央處理器31的負載較低，可控制頻率產(chǎn)生器 33產(chǎn)生較低頻率的頻率。
此外，OC1與OC2信號線亦可連接到控制電路34，以可由控制電路 34根據(jù)OC1與OC2信號線的輸出而控制中央處理器31的工作模式，例 如當控制電路34檢測OC1與OC2信號線的輸出代表了中央處理器31處 于輕負載時，將觸發(fā)中央處理器31的PROCHOT弁腳位，使得中央處理器 31進入省電模式。
又，OC1與OC2信號線亦可連接到系統(tǒng)控制器32，以根據(jù)OC1與 OC2信號線的輸出所代表的CPU負載的高低，系統(tǒng)控制器32可透過總線 21發(fā)出寫入信號，以由寫入邏輯225改變負載線緩存器組221中的緩存器 2211的值，進而改變負載線的斜率及偏移量，使得在不同的負載狀況下， 提供適合的CPU電壓。
前述電壓控制裝置22的控制邏輯226進一步提供一 ALTER弁信號線 輸出，此ALTER弁信號線系在中央處理器31的負載變換區(qū)間的同時，輸 出一信號，此ALTER弁信號線系連接到系統(tǒng)控制器32的中斷(interrupt) 輸入，以利用中斷方式來通知電腦裝置目前中央處理器31的負載的變化， 例如，通過中斷來通知電腦裝置的軟件應(yīng)用程序，而讓電腦裝置的使用者 得知目前的CPU負載處于哪個區(qū)間。
圖6顯示一范例以說明針對不同中央處理器31的負載以做不同的設(shè) 定，而可在輕負載的狀況下可以省電，在重負載的狀況下可以獲得更好的 效能，如圖所示，其系當中央處理器31的負載處于區(qū)間R1時，將頻率產(chǎn) 生器33產(chǎn)生的頻率值增加5%;當中央處理器31的負載處于區(qū)間R3時， 將頻率產(chǎn)生器33產(chǎn)生的頻率值減少5%且改變負載線的斜率及偏移量；當 中央處理器31的負載處于區(qū)間R4時，將頻率產(chǎn)生器33產(chǎn)生的頻率值減 少10%且改變負載線的斜率及偏移量，并強迫中央處理器31進入省電模 式。
由以上的說明可知，本發(fā)明提供一種可動態(tài)調(diào)整電壓及有效節(jié)能的電 壓控制裝置及使用其的電腦裝置，其可通過軟件規(guī)劃的方式，動態(tài)地改變 負載線的斜率及偏移量，而設(shè)計出新的負載線，以符合最低電壓的規(guī)范， 并且在CPU負載較輕的狀態(tài)下，可以對應(yīng)到相對更低的CPU電壓，使得 整體的耗電可以降低。且經(jīng)由檢測中央處理器的負載電流，并且提供臨界
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值的設(shè)定，再搭配軟硬件的輔助，而達成當CPU負載變化時，可動態(tài)地 改變CPU電壓，以達成最佳的節(jié)能效果，同時發(fā)揮中央處理器本身應(yīng)有 的高效能。
上述實施例僅是為了方便說明而舉例而巳，本發(fā)明所主張的權(quán)利范圍 自應(yīng)以權(quán)利要求書所述為準，而非僅限于上述實施例。
權(quán)利要求
1. 一種電壓控制裝置，用以接收一中央處理器所產(chǎn)生的電壓識別碼，根據(jù)其中所設(shè)定的負載線而決定供給上述中央處理器的操作電壓的大小，其特征在于，上述電壓控制裝置包括一負載線緩存器組，具有多個緩存器，上述這些緩存器的值代表所設(shè)定的負載線；以及一寫入邏輯，與上述負載線緩存器組電性連接，根據(jù)一寫入信號而改變上述負載線緩存器組中的緩存器值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓控制裝置，其特征在于，上述負載線緩存器組中的緩存器的初始值對應(yīng)一原始負載線，上述原始負載線在一最小 電壓時的負載電流為最大電流。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓控制裝置，其特征在于，上述寫入邏輯 改變負載線緩存器組中的緩存器值，以改變上述原始負載線的斜率，以獲 得一斜率較原始負載線為平緩的平緩負載線。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電壓控制裝置，其特征在于，上述寫入邏輯改變負載線緩存器組中的緩存器值，以改變平緩負載線的偏移量，而獲得 一省電負載線。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電壓控制裝置，其特征在于，所述改變的偏 移量使得上述省電負載線與上述原始負載線在上述最大電流處相交點。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電壓控制裝置，其特征在于，其包含-多個臨界值緩存器，分別設(shè)定有多個臨界值；以及 一控制邏輯，用以將檢測的中央處理器的負載與上述多個臨界值相比較，以進行監(jiān)控中央處理器的負載變化。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電壓控制裝置，其特征在于，上述多個臨界 值將上述中央處理器的負載分成多個區(qū)間，上述控制邏輯在上述中央處理 器的負載變換到不同區(qū)間時，驅(qū)動至少一第一信號線的高/低變化來代表不 同的區(qū)間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電壓控制裝置，其特征在于，上述控制邏輯 在上述中央處理器的負載變換到不同區(qū)間時，驅(qū)動一第二信號線以輸出輸 出一信號來表示負載的變化。
9. 一種電腦裝置，其特征在于包括 一中央處理器；一頻率產(chǎn)生器，電性連接上述中央處理器，以產(chǎn)生中央處理器頻率， 以供上述中央處理器運作所需；一控制電路，連接上述中央處理器以控制上述中央處理器的運作模式；一電壓控制裝置，電性連接上述中央處理器，以接收上述中央處理器 所產(chǎn)生的電壓識別碼，以根據(jù)其中所設(shè)定的負載線而決定供給上述中央處 理器的操作電壓的大小，上述電壓控制裝置包括一負載線緩存器組，具有多個緩存器，上述這些緩存器的值代表所設(shè)定的負載線；及一寫入邏輯，根據(jù)一寫入信號而改變上述負載線緩存器組中的緩存器 值；以及一系統(tǒng)控制器，透過總線連接上述電源供應(yīng)系，上述系統(tǒng)控制器透過 上述總線發(fā)出上述寫入信號，以由上述寫入邏輯來改變負載線緩存器組中 的緩存器值。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電腦裝置，其特征在于，上述電壓控制裝 置的負載線緩存器組中的緩存器的初始值系對應(yīng)一原始負載線，上述原始 負載線在一最小電壓時的負載電流為最大電流。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的電腦裝置，其特征在于，上述系統(tǒng)控制器 透過上述總線發(fā)出寫入信號，以由上述寫入邏輯改變負載線緩存器組中的 緩存器值，改變上述原始負載線的斜率，以獲得一斜率較原始負載線為平 緩的平緩負載線。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的電腦裝置，其特征在于，上述系統(tǒng)控制器 透過上述總線發(fā)出寫入信號，以由上述寫入邏輯改變負載線緩存器組中的 緩存器值，以改變平緩負載線的偏移量，而獲得一省電負載線。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的電腦裝置，其特征在于，所述改變的偏移 量使得上述省電負載線與上述原始負載線在上述最大電流處相交點。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電腦裝置，其特征在于，上述電壓控制裝置包含多個臨界值緩存器，分別設(shè)定有多個臨界值；以及一控制邏輯，用以將檢測的中央處理器的負載與上述多個臨界值相比 較，以進行監(jiān)控中央處理器的負載變化。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的電腦裝置，其特征在于，上述多個臨界值 將上述中央處理器的負載分成多個區(qū)間，上述控制邏輯在上述中央處理器 的負載變換到不同區(qū)間時，驅(qū)動至少一第一信號線的高/低變化來代表不同 的區(qū)間。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的電腦裝置，其特征在于，上述至少一第一 信號線連接至上述頻率產(chǎn)生器，以驅(qū)使上述頻率產(chǎn)生器控制所產(chǎn)生的頻率 的頻率。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的電腦裝置，其特征在于，上述至少一第一 信號線連接至上述控制電路，以驅(qū)使上述控制電路控制上述中央處理器的 工作模式。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的電腦裝置，其特征在于，上述至少一第一 信號線連接至上述系統(tǒng)控制器，以驅(qū)使上述系統(tǒng)控制器由寫入邏輯改變負 載線緩存器組中的緩存器值。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的電腦裝置，其特征在于，上述控制邏輯在 上述中央處理器的負載變換到不同區(qū)間時，驅(qū)動一連接到上述系統(tǒng)控制器 的中斷輸入的第二信號線以輸出一信號，以中斷來通知上述中央處理器的 負載的變化。
20. —種電源供應(yīng)方法，其特征在于包括提供一原始負載線，上述原始負載線在一最小電壓時的負載電流為最 大電流；改變上述原始負載線的斜率，以獲得一斜率較原始負載線為平緩的平 緩負載線；改變上述平緩負載線的偏移量，而獲得一省電負載線，其中，所改變 的偏移量系使得上述省電負載線與上述原始負載線在上述最大電流處相交點；以及接收一中央處理器所產(chǎn)生的電壓識別碼，以根據(jù)上述省電負載線而決 定供給上述中央處理器的操作電壓的大小。
全文摘要
本發(fā)明一種可動態(tài)調(diào)整電壓及有效節(jié)能的電壓控制裝置、方法及電腦裝置，所述電壓控制裝置接收一中央處理器所產(chǎn)生的電壓識別碼，以根據(jù)其中所設(shè)定的負載線而決定供給該中央處理器的操作電壓的大小，電壓控制裝置具有一負載線緩存器組及一寫入邏輯，負載線緩存器組具有多個緩存器，前述緩存器的值代表所設(shè)定的負載線，寫入邏輯根據(jù)寫入信號而改變該負載線緩存器組中的緩存器值。
文檔編號G06F1/32GK101387905SQ20071014228
公開日2009年3月18日 申請日期2007年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月14日
發(fā)明者陳約志, 黃建文 申請人:華碩電腦股份有限公司