用于使用熱阻值預測最佳功率電平以實現便攜式計算設備中的熱管理的系統(tǒng)和方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]便攜式計算設備(“pro”)成為個人和專業(yè)人士人員的必需品。這些設備可以包括蜂窩電話、便攜式數字助理(PDA)、便攜式游戲控制臺、掌上型計算機和其它便攜式電子設備。
[0002]PCD的一個獨特方面在于它們通常并不具有諸如風扇之類的有源冷卻裝置，而諸如膝上型計算機和桌面型計算機之類的大型計算設備中通常能找到這些裝置。不使用風扇，PCD可以依賴電子封裝的空間布置，使得兩個或更多個有源和發(fā)熱部件在位置上不相互鄰近。此外，很多PCD還依賴于諸如散熱片之類的無源冷卻裝置，以管理共同地形成各個P⑶的電子部件之間的熱能。
[0003]通常，現實情況是P⑶的其尺寸受到限制，因此，用于P⑶中的部件的空間通常極為稀缺。因此，通常在PCD中沒有足夠的空間可被工程師和設計師利用，使得不能通過采用無源散熱部件的巧妙空間布局或者策略性布置來減輕處理部件的熱性能下降或者故障問題。因此，當前的系統(tǒng)和方法依賴于嵌入在PCD芯片上的各種溫度傳感器來監(jiān)測熱能的耗散，并轉而使用這些測量值來觸發(fā)熱管理技術的應用，其中這些熱管理技術調整工作負荷分配、處理速度等等以減少熱能的產生。
[0004]例如，一些系統(tǒng)和方法可以監(jiān)測溫度傳感器，以便在動態(tài)調整電壓和/或頻率(“DVFS”)設置之前認識到已超過了熱門限，從而“回調”內核的功耗以減少熱能的產生。值得注意的是，現有解決方案的實施例可以將針對內核的功率電平一次減少一個格(bin)，或者依賴于使用情形的識別以便一次下跳多個格(bin)，從而盡力更快速地穩(wěn)定熱能產生。但不管怎樣，在調整功率電平之后，再次查詢溫度傳感器以判斷前一次的功率電平調整是否獲得了所希望的發(fā)熱量的下降。如果沒有，則進行進一步的調整，繼續(xù)該循環(huán)直到熱能電平達到可接受為止。
[0005]這些現有的解決方案可以視作為“閉環(huán)”解決方案，這是由于它們監(jiān)測溫度傳感器，進行功率設置調整，再次監(jiān)測溫度傳感器，進行進一步的功率設置調整，轉而繼續(xù)處于調整和反饋的“閉環(huán)”之中，直到充分地緩解了熱能產生問題為止。用此方式，現有的閉環(huán)解決方案代表熱能緩解的反應式方法，其在持續(xù)的條件之下，相對緩慢地達到用于緩解熱能產生的最佳功率設置。因此，本領域需要在熱門限被超過時，主動地確定最佳功率設置來緩解熱能產生，從而減少或者消除需要進行另外的功率電平設置的系統(tǒng)和方法。具體而言，本領域需要用于管理PCD中的熱能產生的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法基于跟蹤的熱阻值來計算最佳功率設置。

【發(fā)明內容】

[0006]本文公開了用于基于功率電平計算，實現便攜式計算設備(“PCD”)中的熱能管理的方法和系統(tǒng)的各種實施例。值得注意的是，在很多PCD中，與PCD中的各種部件相關聯的溫度門限(例如，芯片硅結溫度和層疊封裝(“PoP”)存儲器溫度)，限制了可以利用該PCD的性能能力的程度。當工作溫度達到或者超過某些預先規(guī)定的溫度門限時，必須執(zhí)行熱緩解測量以管理熱能產生和優(yōu)化QoS。
[0007]—種用于管理P⑶中的熱能產生的示例性方法包括:規(guī)定與該P⑶中的一個或多個部件相關聯的溫度門限。隨后，對于與所述一個或多個部件相關聯的溫度傳感器進行監(jiān)測。溫度傳感器所采集的溫度測量值可以指示瞬時工作溫度，并且關聯這些部件進行跟蹤。與跟蹤瞬時工作溫度同時地，還跟蹤供應給這些部件的有效功率電平。供應的瞬時工作溫度和有效功率電平，可以用于計算這些部件的瞬時熱阻值:
[0008]Rinst — (T INST _ TA) /PSLJPP
[0009]其中:
[0010]Rinst是實時或者瞬時熱阻；
[0011 ] Tinst是實時或者瞬時工作溫度；
[0012]Ta是該P⑶所暴露到的環(huán)境溫度，其可以是估計的值，也可以是測量的值；以及
[0013]?5?是供應給該內核的有效功率。
[0014]對瞬時熱阻值進行跟蹤。隨后，如果達到了溫度門限，則可以使用瞬時Rinst值和替代上式中的Tinst值的目標工作溫度，來計算經調整的供電電平。隨后，可以使用調整后的供電電平計算值來確定為了將該部件保持在可接受的熱范圍之內而需要進行的電壓和/或頻率調節(jié)的必需量。
[0015]值得注意的是，可以使用上面的系統(tǒng)和方法的實施例，以便響應于溫度測量值的提升，通過降低供電電平來緩解熱能產生，或者替代地，響應于識別到有可用的另外熱凈空，可以使用上面的系統(tǒng)和方法的實施例來授權供電電平的增加(并因此增加了熱能產生)。
【附圖說明】
[0016]在附圖中，除非另外指出，否則貫穿各個視圖的相同附圖標記指代類似的部件。對于利用諸如“ 102A”或“ 102B”之類的字母字符進行命名的附圖標記而言，這些字母字符命名可以區(qū)分在同一附圖中出現的兩個類似部件或者組成部分。當一個附圖標記旨在涵蓋所有附圖之中利用該相同附圖進行標記的所有部件時，可以省略針對附圖標記的字母字符命名。
[0017]圖1是示出用于在便攜式計算設備(“PCD”)熱管理方法中實現的，使用熱阻值來預測最佳功率電平設置的片上系統(tǒng)的實施例的功能框圖；
[0018]圖2是以無線電話的形式來示出圖1的PCD的示例性、非限制性方面的功能框圖，其中該無線電話實現了使用熱阻值來預測最佳功率電平設置的熱管理的方法和系統(tǒng)；
[0019]圖3A是示出用于圖2中所描繪的芯片的硬件的示例性空間布局的功能框圖；
[0020]圖3B是示出圖2的PCD的示例性軟件體系結構的示意圖，以便實現使用熱阻值來預測最佳功率電平設置的熱管理；
[0021]圖4是示出用于在圖1的P⑶中，使用熱阻值來預測最佳功率電平設置的熱管理的方法的邏輯流程圖；
[0022]圖5是示出用于基于根據與圖1的PCD中的部件相關聯的實時熱阻值所確定的最佳功率電平設置，來應用動態(tài)電壓和頻率調整(“DVFS”)熱緩解技術的子方法或子例程的邏輯流程圖。
【具體實施方式】
[0023]本文所使用的“示例性的”一詞意味著“用作例子、例證或說明”。本文中描述為“示例性”的任何方面不應被解釋為是排他性的、比其它方面更優(yōu)選或更具優(yōu)勢。
[0024]在本說明書中，術語“應用”還可以包括具有可執(zhí)行內容的文件，例如:目標代碼、腳本、字節(jié)碼、標記語言文件和補丁。此外，本文所引用的“應用”還可以包括:在本質上不可執(zhí)行的文件，例如，需要被打開的文檔或者需要進行訪問的其它數據文件。
[0025]如本說明書中所使用的，術語“部件”、“數據庫”、“模塊”、“系統(tǒng)”、“熱能產生部件”、“處理部件”、“熱侵略器(aggressor) ”等等旨在指代與計算機相關的實體，無論其是硬件、固件、硬件和軟件的結合、軟件或運行中的軟件。例如，部件可以是，但不限于是:在處理器上運行的處理、處理器、對象、可執(zhí)行文件、執(zhí)行的線程、程序和/或計算機。舉例而言，在計算設備上運行的應用和該計算設備都可以是部件。一個或多個部件可以存在于處理和/或執(zhí)行線程中，部件可以位于一個計算機中和/或分布在兩個或更多計算機之間。此外，這些部件能夠從其上存儲有各種數據結構的各種計算機可讀介質中執(zhí)行。這些部件可以通過諸如根據具有一個或多個數據分組的信號(例如，來自一個部件的數據，該部件與本地系統(tǒng)、分布式系統(tǒng)中的另一個部件進行交互和/或以信號的方式通過諸如互聯網之類的網絡與其它系統(tǒng)進行交互)，以本地和/或遠程處理的方式進行通信。
[0026]在本說明書中，術語“中央處理單元(“CPU”)”、“數字信號處理器(“DSP”)”、“圖形處理單元(“GPU”)”和“芯片”可互換地使用。此外，CPU、DSP、GPU或芯片可以包括本文通常稱為“內核”的一個或多個不同的處理部件。另外，在這個意義上，CPU、DSP、GPU、芯片或內核是PCD中的消耗各種電平的功率，按照各種水平的功能效率進行操作的功能部件，本領域普通技術人員應當認識到，這些術語的使用并不是將所公開的實施例或者它們的等同物的應用，限制于PCD中的處理部件的范圍。也就是說，雖然很多的實施例在處理部件的背景下進行描述，但可以預期的是，根據本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的實施例的熱管理策略也可以應用于PCD中的任何功能部件，其包括但不限于:調制解調器、照相機、無線網絡接口控制器(“WNIC”)、顯示器、視頻編碼器、外圍設備、電池等等。
[0027]在本說明書中，應當理解的是，可以結合能產生或者消散能量的設備或部件來使用術語“熱量”和“熱能”，其中該能量可以以“溫度”為單位進行測量。因此，還應當理解的是，參照某種標準值，術語“溫度”預想任何測量值，其可以指示產生“熱能”的設備或部件的相對發(fā)熱或者不發(fā)熱情況。例如，當兩個部件處于“熱”平衡時，這兩個部件的“溫度”是相同的。
[0028]在本說明書中，術語“工作負荷”、“處理負荷”和“處理工作負荷”可以互換地使用，并通常針對于與給定的實施例中的給定處理部件相關聯的處理負擔、或者處理負擔的百分比。除了上面所規(guī)定的之外，“處理部件”或“熱能生成部件”或“熱侵略器”可以是，但不限于是:中央處理單元、圖形處理單元、內核、主核、子核、處理區(qū)域、硬件引擎等等、或者位于便攜式計算設備中的集成電路之內或者之外的任何部件。此外，在這個意義上，術語“熱負載”、“熱分布”、“熱特征”、“熱處理負荷”等等指示可以在處理器上運行的工作負荷負擔，本領域普通技術人員應當確認的是，在本發(fā)明中使用的這些“熱”術語可以與處理負荷分布、工作負荷負擔和功耗有關。
[0029]在本說明書中，術語“熱緩解技術”、“熱策略”、“熱管理”、“熱緩解測量”、“性能水平的抑制”等等可互換地使用。值得注意的是，本領域普通技術人員應當認識到，根據使用的具體背景，本段落中所列出的任何術語可以用于描述能夠實現以熱能產生為代價來增加性能、以性能為代價來減少熱能產生或者在這些目標之間進行交換的硬件和/或軟件。
[0030]在本說明書中，術語“便攜式計算設備”(“PCD”)用于描述在有限容量的電源(例如，電池)上操作的任何設備。雖然電池供電的PCD已經使用了幾十年，但與第三代(“3G”)和第四代(“4G”)無線技術的出現伴隨發(fā)生的可再充電電池的技術進步，實現了具有多種能力的眾多P⑶。因此，P⑶可以是蜂窩電話、衛(wèi)星電話、尋呼機、PDA、智能電話、導航設備、智能本或閱讀器、媒體播放器、前述設備的組合、具有無線連接的膝上型計算機等等。
[0031]可以通過使用一個或多個傳感器測量值(其與內核中的硅結的溫度相關)結合該內核的瞬時熱阻值，來實現PCD中的熱能產生的高效管理。值得注意的是，雖然本文在與內核的硅結相關聯的溫度測量的背景下，描述了本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的實施例，但應當理解的是，替代的實施例可以使用與PCD中的其它部件相關聯的溫度測量值和熱阻值。也就