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用于降低集成电路功率的多域异构工艺电压温度跟踪.pdf

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用于 降低 集成电路 功率 多域异构 工艺 电压 温度 跟踪
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摘要
申请专利号:

CN201580035707.9

申请日:

2015.05.15

公开号:

CN106662902A

公开日:

2017.05.10

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效IPC(主分类):G06F 1/26申请日:20150515|||公开
IPC分类号: G06F1/26; G06F1/32 主分类号: G06F1/26
申请人: 高通股份有限公司
发明人: J·S·伊布拉希莫维奇; M·R·卡考伊; S-H·J·胡
地址: 美国加利福尼亚州
优?#28909;ǎ?/td> 2014.07.03 US 14/323,652
专利代理机构: 上海专利商标事务所有限公司 31100 代理人: 周敏
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法律状态
申请(专利)号:

CN201580035707.9

授权公告号:

|||

法律状态公告日:

2017.06.06|||2017.05.10

法律状态类型:

实质审查的生效|||公开

摘要

本文所描述的?#20302;?#21644;方法提供了用于跟踪具有在较大片上?#20302;?#38598;成电路(SoC)中使用的异构电路的众多供电域中的性能的高效(例如,低功率和小面积)手段。异构电路可以包括用不同电源域中的不同器件、不同单元库和不同硬宏制作的电路。来自散布在SoC周围的性能传感器(或工艺??电压??温度(PVT)传感器)的性能测量被收集和处理以确定这些供电域中的每一个供电域的电压电平。单个控制器可以接收并且可以确定整个SoC的电压电平。性能传感器通过扫描链连接到?#27599;?#21046;器。这种技术是灵活的并且可以容易地适配成在具有不同电源域和电路类型的SoC中使用。

权利要求书

1.一种集成电路,包括:
多个性能传感器,其被配置成测量所述集成电路中的电路?#20302;?#30340;性能,其中所述多个
性能传感器中的至少一个性能传感器被连接到所述集成电路中的多个供电域中的每一个
供电域;以及
核心功率降低(CPR)控制器模块,其被耦?#31995;?#25152;述多个性能传感器并被配置成:
通过顺序地执行以下步骤来从所述多个性能传感器收集性能测量:
从所述多个性能传感器中的每一个性能传感器接收所述性能测量,以及
将所述性能测量中的每一个性能测量指派给多个类别中的一个类别;以及
处理所述性能测量以确定所述多个供电域中的每一个供电域的目标电压电平。
2.如权利要求1所述的集成电路,其特征在于,所述多个性能传感器以扫描链耦?#31995;?#25152;
述CPR控制器模块。
3.如权利要求2所述的集成电路,其特征在于,所述CPR控制器模块包括:
传感器接口模块,其被配置成与所述多个性能传感器进行通信;
类别标识符/?#25104;?#27169;块,其被配置成标识所述多个类别中与所述多个性能传感器中的
每一个性能传感器相关联的类别;
测量预处理模块,其被配置成针对所述多个类别中的每一个类别产生类别性能测量;
以及
CPR处理器模块,其被配置成处理所述类别性能测量以确定所述多个供电域中的每一
个供电域的所述目标电压电平。
4.如权利要求2所述的集成电路,其特征在于,所述扫描链包括针对所述多个性能传感
器的至少一个块的旁路。
5.如权利要求1所述的集成电路,其特征在于,所述多个性能传感器包括用于具有供电
电压与电路速度之间的不同关系的异构电路的传感器。
6.如权利要求5所述的集成电路,其特征在于,所述异构电路包括使用不同晶体管类型
的电路。
7.如权利要求5所述的集成电路,其特征在于,所述异构电路包括使用不同单元库的电
路。
8.如权利要求1所述的集成电路,其特征在于,所述多个类别包括针对所述多个供电域
中的每一个供电域的类别。
9.如权利要求8所述的集成电路,其特征在于,所述多个性能传感器包括用于具有供电
电压与电路速度之间的不同关系的异构电路的传感器,并且所述多个类别进一步包括针对
每种类型的异构电路的类别。
10.一种集成电路,包括:
多个性能传感器,其被配置成测量所述集成电路中的电路?#20302;?#30340;性能,其中所述多个
性能传感器被连接到所述集成电路中的至少一个供电域,并且其中所述多个性能传感器包
括用于具有供电电压与电路速度之间的不同关系的异构电路的传感器;以及
核心功率降低(CPR)控制器模块,其被耦?#31995;?#25152;述多个性能传感器并被配置成:
通过顺序地执行以下步骤来从所述多个性能传感器收集性能测量:
从所述多个性能传感器中的每一个性能传感器接收所述性能测量,以及
将所述性能测量中的每一个性能测量指派给多个类别中的一类别;以及
处理所述性能测量以确定所述至少一个供电域的目标电压电平。
11.如权利要求10所述的集成电路,其特征在于,所述多个性能传感器以扫描链耦?#31995;?br />所述CPR控制器模块。
12.如权利要求11所述的集成电路,其特征在于,所述CPR控制器模块包括:
传感器接口模块,其被配置成与所述多个性能传感器进行通信;
类别标识符/?#25104;?#27169;块,其被配置成标识所述多个类别中与所述多个性能传感器中的
每一个性能传感器相关联的类别;
测量预处理模块,其被配置成针对所述多个类别中的每一个类别产生类别性能测量;
以及
CPR处理器模块,其被配置成处理所述类别性能测量以确定所述至少一个供电域的所
述目标电压电平。
13.如权利要求11所述的集成电路,其特征在于,所述扫描链包括针对所述多个性能传
感器的至少一个块的旁路。
14.如权利要求10所述的集成电路,其特征在于,所述异构电路包括使用不同晶体管类
型的电路。
15.如权利要求10所述的集成电路,其特征在于,所述异构电路包括使用不同单元库的
电路。
16.如权利要求12所述的集成电路,其特征在于,所述多个类别包括针对每种类型的异
构电路的类别,并且所述CPR处理器模块被进一步配置成将所述类别性能测量合并以用于
确定所述至少一个供电域的所述目标电压电平。
17.一种用于控制多个供电域的供电电压以降低集成电路中的功率的方法,所述方法
包括:
使用多个异构性能传感器来测量所述多个供电域中的电路性能;
通过顺序地执行以下步骤来收集性能测量:
从所述多个异构性能传感器中的每一个异构性能传感器接收所述性能测量,以及
将所述性能测量中的每一个性能测量指派给多个类别中的一类别;以及处理所述性能
测量以确定所述供电电压的目标电平。
18.如权利要求17所述的方法,其特征在于,所述异构性能传感器测量具有供电电压与
电路速度之间的不同关系的不同电路类型的性能。
19.如权利要求18所述的方法,其特征在于,所述不同电路类型包括使用不同晶体管类
型的电路。
20.如权利要求18所述的方法,其特征在于,所述不同电路类型包括使用不同单元库的
电路。
21.如权利要求17所述的方法,其特征在于,所述多个类别包括针对所述多个供电域中
的每一个供电域的类别。
22.如权利要求18所述的方法,其特征在于,所述多个类别包括针对所述不同电路类型
中的每一种电路类型的类别。
23.如权利要求17所述的方法,其特征在于,收集所述性能测量包括在顺序接收所述性
能测量时预处理所述性能测量以针对所述多个类别中的每一个类别产生类别性能测量,并
且处理所述性能测量以确定所述供电电压的目标电平包括将与所述多个供电域中的相应
一个供电域相关联的所述类别性能测量合并。
24.如权利要求23所述的方法,其特征在于,所述类别性能测量包括针对所述多个类别
中的相应一个类别的所述性能测量中的最坏情形测量。
25.如权利要求17所述的方法,其特征在于,处理所述性能测量是使用多线程处理来执
行的。
26.一种设备,包括:
多个用于感测集成电路中的电路?#20302;?#30340;性能的装置,其中所述多个用于感测性能的装
置中的至少一个用于感测性能的装置被连接到所述集成电路中的多个供电域中的每一个
供电域,并且其中所述多个用于感测性能的装置包括用于具有供电电压与电路速度之间的
不同关系的异构电路的传感器;以及
用于控制所述多个供电域的电压的装置,其被配置成:
通过顺序地执行以下步骤来从所述多个用于感测性能的装置收集性能测量:
从所述多个用于感测性能的装置中的每一个用于感测性能的装置接收所述性能测量,
以及
将所述性能测量中的每一个性能测量指派给多个类别中的一类别;以及
处理所述性能测量以确定所述多个供电域中的每一个供电域的目标电压电平。
27.如权利要求26所述的设备,其特征在于,所述多个用于感测性能的装置以扫描链耦
?#31995;?#25152;述用于控制电压的装置。
28.如权利要求27所述的设备,其特征在于,所述用于控制电压的装置包括:
传感器接口模块,其被配置成与所述多个用于感测性能的装置进行通信;
类别标识符/?#25104;?#27169;块,其被配置成标识所述多个类别中与所述多个用于感测性能的
装置中的每一个用于感测性能的装置相关联的一类别;
测量预处理模块,其被配置成针对所述多个类别中的每一个类别产生类别性能测量;
以及
处理器模块,其被配置成处理所述类别性能测量以确定所述多个供电域中的每一个供
电域的所述目标电压电平。
29.如权利要求26所述的设备,其特征在于,所述异构电路包括使用不同晶体管类型的
电路以及使用不同单元库的电路。
30.如权利要求26所述的设备,其特征在于,所述多个类别包括针对所述多个供电域中
的每一个供电域的类别以及每种类型的异构电路的类别。

说明书

用于降低集成电路功率的多域异构工艺-电压-温度跟踪

背景

领域

本发明涉及集成电路,尤其涉及使用多域异构工艺-电压-温度跟踪来降低功率的
?#20302;?#21644;方法。

背景技术

移动的电池供电设备的增加使用已经增加了降低较大的异构片上?#20302;?#38598;成电路
(SoC)中的功耗的重要性。在用于实现功率降低的技术当中,基于跟踪工艺、温度和压降来
动态地调整供电电压是高度有效的,因为降低供电电压可以显著地降低SoC的动态和静态
功率两者。

然而,在单个管芯上具有数百万个晶体管的较大SoC中,存在可具有独立电压电平
的若干供电域。另外,SoC可具有数个异构器件,例如,具有不同阈值电压(Vth)和通道长度
的晶体管,其中每种类型的器件具有其自己的性能和功率属性。动态地调整整个SoC的供电
电压也可能因以下各项的使用而非常困难:(1)不同技术库实现(诸如高速和高密度);(2)
具有不同电压调节器配置(例如,使用开关模?#38477;?#28304;(SMPS)或低压差(LDO)调节器)的不同
供电域;以及(3)可各自具有不同供电域和独立功率控制的各种硬宏。

现有办法的限制包括高复杂度、难以适应新设计、成本(功率和芯片面积)以及丢
失的性能。用于跟踪具有异构硬宏和技术库实现的所有这些供电域的一种现有办法是工艺
电压缩放(PVS)。这是确定管芯的工艺条件的传统办法。它基于在生产测试期间使用Fmax
(最大操作频率)向量的分档。PVS的限制包括:不能跟踪温度;较高测试时间成本;工艺分档
是?#33267;?#24230;的;难以跟踪异构域和硬宏;确定复杂SoC上的良好Fmax向量是非常困难的;以及
无法补偿供电电压上的板级下降。

用于跟踪具有异构硬宏和技术库实现的所有这些供电域的第二种现有办法是使
用工艺监视器进行开环电压调整,其中若干PVT(工艺、电压、温度)监视器可被置于每个供
电域中并在芯片测试期间被读取以确定管芯工艺条件(例如,慢、标称、快)。可在测试过程
期间基于来自工艺监视器的测量(例如,通过烧?#20808;?#19997;)来存储每个供电域的适当电压。这
种办法与PVS相比具有更好的测试时间和更小的复杂度,不需要Fmax向量,并且可与异构域
联用。该第二种现有办法的限制包括它仅可跟踪工艺变化并且由此要求温度和其它因素的
附加裕度(其降低了器件性能)。

用于跟踪具有异构硬宏和技术库实现的所有这些供电域的第三种现有办法将以
上办法的工艺监视器与PVT监视器组合并且对每个供电域和每种器件类型使用中央控制器
以在SoC的操作期间动态地调整电压。由于附加的供电电压调整,这种办法可以降低开环办
法的功耗。然而,这种办法需要每个功率和供电域中的PVT监视器以及每个供电域或亚调节
域和每种库实现类型一中央处理器。这些中央处理器读取PVT监视器的数据、解读该数据、
并向仲裁器(例如,基于硬件或软件的功率管理集成电路(PMIC)控制器)发送针?#36816;?#20204;的域
的电压推荐。

第三种办法的限制包括使用多个中央控制器以用于每个供电域和每个库实现而
导致的功率和面积开销。?#27599;?#38144;可能是非常大的,因为复杂SoC中的供电域的数量是较大
的。?#27599;?#38144;可能擦除功率节省。同时,这种办法也是复杂的。例如,仅在具有不同技术库实现
和具有不同器件类型的单个供电域中管理供电电压是困难的。

概述

在一个方面,提供了一种集成电路,其包括?#21495;?#32622;成测量该集成电路中的电路?#20302;?br />的性能的多个性能传感器,其中该多个性能传感器中的至少一个性能传感器被连接到该集
成电路中的多个供电域中的每一个供电域;以及核心功率降低(CPR)控制器模块,其耦?#31995;?br />该多个性能传感器并且被配置成通过顺序地执行以下步骤来从该多个性能传感器收集性
能测量:从该多个性能传感器中的每一个性能传感器接收性能测量,以及将这些性能测量
中的每一个性能测量指派给多个类别中的一个类别;以及处理这些性能测量以确定多个供
电域中的每一个供电域的目标电压电平。

在一个方面,提供了一种集成电路,其包括?#21495;?#32622;成测量该集成电路中的电路?#20302;?br />的性能的多个性能传感器,其中该多个性能传感器被连接到该集成电路中的至少一个供电
域,并且其中该多个性能传感器包括用于具有供电电压与电路速度之间的不同关系的异构
电路的传感器;以及核心功率降低(CPR)控制器模块,其耦?#31995;?#35813;多个性能传感器并且被配
置成通过顺序地执行以下步骤来从该多个性能传感器收集性能测量:从该多个性能传感器
中的每一个性能传感器接收性能测量,以及将这些性能测量中的每一个性能测量指派给多
个类别中的一个类别;以及处理这些性能测量以确定至少一个供电域的目标电压电平。

在一个方面,提供了用于控制多个供电域的供电电压以降低集成电路中的功率的
方法。该方法包括:使用多个异构性能传感器来测量多个供电域中的电路性能;通过顺序地
执行以下步骤来收集性能测量:从该多个异构性能传感器中的每一个异构性能传感器接收
性能测量,以及将这些性能测量中的每一个性能测量指派给多个类别中的一个类别;以及
处理这些性能测量以确定供电电压的目标电平。

在一个方面,提供了一种设备,其包括:多个用于感测集成电路中的电路?#20302;?#30340;性
能的装置,其中该多个用于感测性能的装置中的至少一个用于感测性能的装置被连接到该
集成电路中的多个供电域中的每一个供电域,并且其中该多个用于感测性能的装置包括用
于具有供电电压与电路速度之间的不同关系的异构电路的传感器;以及用于控制多个供电
域的电压的装置,其被配置成通过顺序地执行以下步骤来从多个用于感测性能的装置收集
性能测量:从该多个用于感测性能的装置中的每一个用于感测性能的装置接收性能测量,
以及将这些性能测量中的每一个性能测量指派给多个类别中的一个类别;以及处理这些性
能测量以确定多个供电域中的每一个供电域的目标电压电平。

本发明的其它特征和优点将从通过示例解说本发明的各方面的以下描述而变得
明了。

附图简述

本发明的?#38468;?就其结构和操作两者而言)可通过?#33455;?#25152;?#38477;?#38468;图来部分搜集,其
中类似的附图标记指代类似的部分,并且其中:

图1是根据本文所公开的实施例的具有多域异构工艺-电压-温度跟踪的电子?#20302;?br />的功能框图;

图2是解说根据本文所公开的实施例的具有多域异构工艺-电压-温度跟踪的集成
电路的布局的框图;

图3是根据本文所公开的实施例的核心功率降低控制器的功能框图;

图4是根据本文所公开的实施例的性能传感器的各方面的功能框图;以及

图5是解?#20302;?的?#20302;?#30340;操作的波形图;

图6是根据本文所公开的实施例的用于多域异构工艺-电压-温度跟踪的过程的流
程图。

详细描述

以下结合附图阐述的详细描述旨在作为对各种配置的描述,而无意表示可实践本
文中所描述的概念的仅有的配置。本详细描述包括具体?#38468;?#20197;便提供对各种概念的透彻理
解。然而,对于本领域技术人员将显而易见的是,没有这些具体?#38468;?#20063;可实践这些概念。在
一些实例中,以简化形式示出公知的结构和组件从而避免湮没此类概念。

图1是根据本文所公开的实施例的具有多域异构工艺-电压-温度跟踪的电子?#20302;?br />的功能框图。多域是指该?#20302;?#20351;用可具有独立电压电?#38477;?#22810;个供电域。异构是指该?#20302;?#21253;
括相异类型的电路。工艺-电压-温度跟踪是指该?#20302;?#35843;整参数(诸如供电电压)以跟踪工
艺、电压和温度(它们是对电路性能的主要影响)或其它条件的变化。该?#20302;?#21487;以使用一个
或多个集成电路来实现。该?#20302;?#21487;以例如在移动电话中使用。

该?#20302;?#21253;括执行该?#20302;?#30340;操作功能的各个模块。图1中所解说的示例?#20302;?#21253;括处
理器模块120、图形处理单元(GPU)130、调制解调器模块140和核心模块150。处理器模块120
可以提供一般可编程功能;图形处理单元130可以提供图形功能?#22351;?#21046;解调器模块140可以
提供通信功能,例如,根据长期演进(LTE)或码分多址(CDMA)协议的无线通信;而核心模块
150可以提供其它模块未提供的各种功能。

时钟生成模块113接收参考时钟输入并且将一个或多个时?#26377;?#21495;供应到其它模
块。时钟生成模块113可包括锁相环和?#21046;?#22120;以按照各?#21046;?#29575;来供应时?#26377;?#21495;。时钟生成模
块113按照由核心功率降低(CPR)控制器模块111控制的频率将时钟供应到其它模块。时钟
生成模块113的所有或部分功能可以位于使用时?#26377;?#21495;的各个模块中。

功率管理集成电路(PMIC)115将一个或多个电?#26500;?#24212;?#36739;低?#20013;的其它模块。PMIC
115可包括开关电压调节器和低压差调节器。PMIC 115可以是单独的集成电路。由PMIC 115
供应的电压也由核心功率降低控制器模块111控制。?#20302;?#30340;各模块可具有一个电压电源、多
个电压电源(例如,核心模块150),或者多个模块可使用共用电压电源来操作(例如,处理器
模块120和GPU模块130)。另外,模块可以包括使用根据另一供电电压调节的供电电压的亚
域。例如,亚域电压可使用LDO调节器来从域电压向下调节或者亚域电压可被关闭以?#21451;?#22495;
中的电路节省功率。

处理器模块120、图形处理单元130、调制解调器模块140和核心模块150包括性能
传感器。在图1的示例?#20302;?#20013;,处理器模块120包括两个性能传感器121、122;图形处理单元
130包括性能传感器131?#22351;?#21046;解调器模块140包括性能传感器141;而核心模块150包括两个
性能传感器151、152。性能传感器中的每一个性能传感器包括测量电路速度的电路?#20302;场?#20363;
如,性能传感器可以对环形振荡器的振荡进行计数。性能传感器测量传感器中的电路?#20302;?br />的性能特性。尽管集成电路中的电路?#20302;?#30340;性能可随着位置、温度、压降、以及其它参数而
改变,但由性能传感器测得的性能可被用于估计该性能传感器附近的类似电路?#20302;?#30340;性
能。

这些性能传感器是异构的,即,它们提供对不同类型的电路(具有电路速度与供电
电压之间的不同关系的那些电路)的测量。例如,处理器模块120中的性能传感器121可以提
供对使用高速晶体管构建的电路的测量,而处理器模块120中的性能传感器122可以提供对
使用低泄漏晶体管构建的电路的测量。对于另一示例,核心模块150中的性能传感器151和
性能传感器152可以提供对在不同供电域中操作的电路的测量。

核心功率降低控制器模块111一般作用于降低电子?#20302;?#20013;的功率。尽管核心功率
降低控制器模块111与核心模块150共享词“核心?#20445;?#20294;是核心功率降低控制器模块111的效
果不限于核心模块150。另外,核心功率降低控制器模块111可作用于影响电子?#20302;?#30340;其它
特性;例如,核心功率降低控制器模块111可作用于增大电子?#20302;?#30340;操作频率。

在所解说的实施例中,核心功率降低模块111控制?#19978;低?#20013;的各模块使用的时钟
频率和供电电压。核心功率降低控制器模块111可以例如基于由处理器模块120选择的操作
模式来控制频率和电压。核心功率降低控制器模块111可以基于来自对应模块中的性能传
感器的性能测量来确定供电电压。核心功率降低控制器模块111可以确定供电电压以使得
它们等于或仅稍微超过(例如,10mV)所选操作频率所需的最小电压。

在其它实施例中,核心功率降低控制器模块111可以仅控制供电电压或仅控制时
钟频率。核心功率降低控制器模块111可替换地或附加地控制其它?#20302;?#21442;数。例如,核心功
率降低控制器模块111可控制温度(冷却)或晶体管的体偏置(自适应体偏置)。

现有?#20302;?#24050;经使用动态电压控制来操作或者已经针对不同域和电路类型使用多
个控制器。例如由于电压电源被设为比给定操作条件所需的电压更高的电压,这些?#20302;?#30340;
开发可能是复杂的并且可能消耗过量功率。

本文所描述的?#20302;?#21644;方法提供了用于跟踪具有在较大SoC中使用的异构硬宏、器
件和单元库的众多供电域中的性能的高效(例如,低功率和小面积)手段。来自散布在SoC周
围的性能传感器(或工艺-电压-温度(PVT)传感器)的测量被收集和处理以确定这些供电域
中的每一个供电域的电压电平。这种技术是灵活的并且可以容易地适配成在具有不同电源
域和电路类型的SoC中使用。

图2是解说根据本文所公开的实施例的具有多域异构工艺-电压-温度跟踪的集成
电路的布局的示图。该集成电路可被用于实现图1的电子?#20302;场?#20363;如,该集成电路可使用互
补金属氧化物半导体(CMOS)工艺来制造。

图2的集成电路包括位于沿集成电路边缘的四个外围块210(210a、210b、210c和
210d)。该集成电路包括作为该集成电路内部的较大块的处理器模块220、图形处理模块
230、以及调制解调器模块240。该集成电路的其它功能(诸如由图1的?#20302;?#20013;的核心模块150
提供的那些功能)可以散布遍及该集成电路的其余(“核心”)区域250。在图2的实施例中,核
心功率降低控制器模块225被实现在集成电路的其余区域250中。

集成电路还包括遍及该集成电路区域间隔开的性能传感器261。尽管图2解说了二
十四个性能传感器,但集成电路实现可包括数百个性能传感器。这些性能传感器以扫描链
连接到核心功率降低控制器模块225。这些性能传感器可以之?#20013;?#22270;案来链接。另外,模块
的性能传感器链可以是毗连的(或大多数毗连的)以使得该模块可被降低功率并且那些性
能传感器作为块旁路掉。例如,处理器模块220中的性能传感器可以通过将图形处理模块
230中的性能传感器的扫描链的输出直接耦?#31995;?#26680;心功率降低控制器模块225来旁路掉。性
能传感器261中的电路?#20302;?#25110;其它电路?#20302;?#21487;执行块的旁路。个体性能传感器也可被旁路
掉。

图3是根据本文所公开的实施例的核心功率降低(CPR)控制器模块325的框图。CPR
控制器模块可被用于实现图1的?#20302;?#20013;的核心功率降低控制器模块111和图2的集成电路中
的核心功率降低控制器模块225。

CPR控制器模块包括用于与性能传感器进行通信的传感器接口模块335。与性能传
感器的通信包括供应对各种传感器模式(例如,将作出何种类型的测量或旁路该传感器)的
控制以及从这些传感器接收性能测量。传感器接口模块335可以例如使用有限状态机来实
现。

类别标识符(ID)/?#25104;?#27169;块333确定经由传感器接口模块335接收的每个传感器测
量的类别。这些类别针对特定类型的传感器和供电域。例如,对来自第一供电域中的高速库
的单元的性能测量和对来自第一供电域中的高密度库的单元的性能测量在分开的类别(有
时被称为桶)中保持。另外,对来自第一供电域中的高速库的单元的性能测量和对来自第二
供电域中的高速库的单元的性能测量在分开的类别中保持。到类别的?#25104;?#21487;以基于例如传
感器标识符或扫描链上的传感器的位置。

测量预处理模块331可执行测量的初始处理。例如,可确定最坏情形测量。当测量
是环形振荡器的计数时,测量预处理模块331可仅保持最小值,其是最坏情形(最慢)测量。
逐类别地执?#24615;?#22788;理以产生针对每个类别的类别性能测量。可在测量被扫描时执?#24615;?#22788;
理。这可以在测量的收集完成之后加速测量的分析并(例如,通过将许多测量减小到一个最
坏情形值)降低处理量。

CPR处理器模块337接收经预处理测量并确定每个供电域的目标电压电平。目标电
压电平可以随后被发信令通知给例如PMIC以调整其输出电压。处理器可以是多线程的,例
如,其中每个域或类别一个处理线程。CPR处理器功能可由其它模块提供,例如,图1的?#20302;?br />中的处理器模块120或图2的集成电路中的处理器模块220。

CPR处理器模块337可以执行对测量结果的许多不同分析。CPR处理器模块337可以
例如针对具有多个器件类型或库单元的供电域,聚集两种或更多种类型的性能测量的结果
并提供针对该域的电压的单个确定。CPR处理器模块337可以同时确定多个域的电压电平
(包括具有异构电路的供电域)。例如,CPR处理器模块337可以控制父域和?#21451;?#22495;的电压。子
亚域例如由LDO调节器从父域进行亚调节。CPR处理器模块337可以聚集来自父域和子域的
测量结果以确定每个域的电压。

图4是根据本文所公开的实施例的性能传感器的各方面的功能框图。性能传感器
可被用于实现图1的性能传感器(121、122、131、141、151、152)和图2的性能传感器261。性能
传感器在输入接口401上接收来自扫描链(或CPR控制器模块)上的前一性能传感器的信号
并在输出接口402上将信号供应到扫描链(或CPR控制器模块)上的后续性能传感器。在图4
的实施例中,每个接口包括模式信号、使能信号、时?#26377;?#21495;以及2位数据信号。在其它实施例
中可以使用更宽或更窄的数据信号。

图4的性能传感器包括测量模块430,该测量模块430具有用于例如通过操作环形
振荡器以产生其频率指示电路性能的输出来测量电路性能的一个或多个电路。测量模块
430可以测量不同类型的电路(例如具有不同晶体管类型或不同单元库类型的电路)的性
能。

性能传感器包括提供用于性能传感器的控制逻辑的控制模块425。控制模块425可
以包括用于对来自测量模块430的输出的振荡进行计数的计数器。计数器可以计数达一已
知时间段以测量测量模块430中的振荡器的频率。

控制模块425解码在输入接口401上接收?#38477;?#20449;号。例如,控制模块425可以基于模
式和使能信号的值来控制模式(例如,空?#23567;?#27979;量、移位出结果或旁路)。例如,控制模块425
还控制输出接口402上的信号以供应测量结果。

接口信号使用源同步定时以使得信号的定时需求可以被容易地满足。输入数据信
号在时?#26377;?#21495;的上升沿上被锁存在触发器443、444中。输出数据信号通过在时?#26377;?#21495;的下
降沿上被锁存在触发器453、454中来在时?#26377;?#21495;的下降沿上发生转变。由此数据信号相对
于时?#26377;?#21495;的设立和保持时间约为时钟周期的二分之一。当性能传感器被旁路掉时,复用
器462、463选择数据输入信号以直接驱动在数据输出信号上。缓冲器441、442、445接收输入
接口401上的模式信号、使能信号和时?#26377;?#21495;并将对应信号驱动在输出接口402上。缓冲器
441、442、445帮助维?#20013;?#33021;传感器链中的每个位置处的各接口信号之间的基本相同的定时
关系。

性能传感器的各部分可在不同供电域中操作。例如,测量模块430可以被连接到特
定性能传感器所位于的模块的供电电压且该性能传感器的其它部分可以在所有性能传感
器共用的供电电压上。同样,性能传感器可以在不具有到其位于的功能模块的任何连接的
情况下操作。

图5是解说可以使用图2的集成电路来实现并且使用图3的CPR控制器模块325和图
4的性能传感器的图1的?#20302;?#30340;操作的波形图。在图5中,示出了CPR测量-数据收集-分析循
环。

在时间区间511期间,性能传感器在测量性能。例如,控制模块425中的计数器可以
在测量时段的历时内对测量模块430中的环形振荡器的振荡进行计数。测量时间区间511之
前可以是给性能传感器的例如指示要被执行的测量的类型的命令。如图5中所示,例如,由
于从供电电压VDD汲取电流的各种电路的电流汲取的变化,该供电电压可以随时间围绕其
标称值移动。通过在测量时间区间511上操作性能传感器,测量提供了该时间区间的电压上
的平均。

在测量完成之后,在时间区间515期间,?#26377;?#33021;传感器扫描测量结果给CPR控制器
模块。如参照图3所描述的,当测量结果被扫描时,它们被分类并?#20197;?#22788;理被执?#23567;?#22312;结果被
扫描、分类和预处理之后,该结果被分析以确定每个供电域的目标电压电平。如果目标电压
电平不同于当前电压电平,则CPR控制器模块可引起对应变化。

在测量被扫描到CPR控制器中并且被处理之后,在时间区间516期间,CPR控制器和
性能传感器可以保持空?#23567;?#21478;一CPR测量-数据收集-分析循环随后开始于测量时间区间
521。

图6是根据本文所公开的实施例的多域异构工艺-电压-温度跟踪的过程的流程
图。可对每个CPR测量-数据收集-分析循?#20998;?#34892;该过程。该过程的各步骤可以例如使用图1
的电子?#20302;?#26469;执行,在图2的集成电路中执行,使用图3的CPR控制器来执行,以及使用图4的
性能传感器来执?#23567;?br />

在步骤605,性能传感器测量电路性能。性能传感器位于多个供电域中并且测量异
构类型的电路。

该过程针对每个性能传感器顺序通过步骤610、620和630来顺序地收集性能测量。
在步骤610,例如,随着性能测量?#26377;?#33021;传感器链移位,接收性能测量。在步骤630,将测量指
派给类别(桶)。该类别可以是针对特定供电域和电路类型的。在步骤640,预处理这些测量
例如以保持每个类别的最坏情形值的运行记数。预处理可包括掩盖(从分析中排除)测量。

在步骤650,该过程例如基于将所接收?#38477;?#27979;量的计数与传感器的数目进行比较
来检查是否存在更多个要接收的测量。如果存在更多个测量,则该过程返回到步骤610?#29615;?br />则,在步骤660,处理这些桶以确定供电域的目标电压电平。

在步骤660,该过程可评估每个类别的测量以确定所指示的目标电压电平。例如,
该过程可以将每个类别的性能测量的最坏情形值(来自步骤640)与目标性能?#21040;?#34892;比较以
确定该类别的测量指示相关联的供电域的电压电平应当被增大、减小还是保持在当前值。
目标性能值可基于期望性能来选择。目标性能值可例如基于相关联的电路类型关于每个类
别而不同。该过程可随后将针对这些供电域中的每一个供电域中的类别所指示的目标电压
电平合并以确定该供电域的目标电压电平。

例如,用于多域异构工艺-电压-温度跟踪的过程可以通过添加、省略、重排序或更
改步骤来修改。另外,各步骤可被并发地执?#23567;?br />

尽管本发明的各实施例在上文针对特定实施例来描述,但本发明的许多变型是可
能的。例如,各个组件的数目可以被增加或减少,确定供电电压的各模块和步骤可被修改以
确定频率、另一?#20302;?#21442;数或参数组合。另外,各个实施例的特征可在与以上描述的不同的组
合中进行组合。

本领域技术人员将领会,结合本文公开的实施例所描述各?#32440;?#35828;性框和模块能以
各?#20013;?#24335;实现。一些框和模块已经在上文以其功能性的形式作了一般化描述。此类功能性
如何被实现取决于加诸于整体?#20302;成?#35774;计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方
式来实现所描述的功能性,但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的?#27573;А?#21478;
外,在一个模块、框或步骤内的功能的编群是为了便于描述。具体功能或步骤可以从一个模
块或框中移动,或者跨各模块或框分布而不背离本发明。

结合本文所公开的实施例描述的各?#32440;?#35828;性逻辑框以及模块可用设计成执行本
文中描述的功能的通用处理器、数?#20013;?#21495;处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程
门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其任何
组合来实现或执?#23567;?#36890;用处理器可以是微处理器,但在替换方案中,处理器可以是任何处理
器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组?#24076;?#20363;如DSP与微处
理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其它此类配置。

结合本文所公开的实施例描述的方法或算法的各步骤可直接用硬件、由处理器执
行的软件模块或这两者的组合来实现。软件模块可驻留在RAM存储器、?#38142;妗OM存储器、
EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或任何其它形?#38477;?#23384;储介质
中。示例性存储介质可被耦?#31995;?#22788;理器以使得该处理器能从/向该存储介质?#21015;?#20449;息。在替
换方案中,存储介质可以被整?#31995;?#22788;理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。

提供前面对所公开的实施例的描述是为了使本领域任何技术人员皆能制作或使
用本发明。对这些实施例的各?#20013;?#25913;对本领域技术人员来?#21040;?#26159;显而易见的,且本文所描
述的一般原理可被应用于其它实施例而不背离本发明的精神或?#27573;А?#22240;此,应理解本文给
出的描述和附图表?#38236;?#21069;优选实施例并且代表本发明所广泛地构想的主题。将进一步理
解,本发明的?#27573;?#23436;全涵盖可对本领域技术人员显而易见的其它实施例,并且本发明的范
围相应地除了所附权利要求之外不受任何限制。

关于本文
本文标题:用于降低集成电路功率的多域异构工艺电压温度跟踪.pdf
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