用于使用热阻值预测最佳功率电平以实现便携式计算设备中的热管理的系统和方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]便携式计算设备(“pro”)成为个人和专业人士人员的必需品。这些设备可以包括蜂窝电话、便携式数字助理(PDA)、便携式游戏控制台、掌上型计算机和其它便携式电子设备。
[0002]PCD的一个独特方面在于它们通常并不具有诸如风扇之类的有源冷却装置，而诸如膝上型计算机和桌面型计算机之类的大型计算设备中通常能找到这些装置。不使用风扇，PCD可以依赖电子封装的空间布置，使得两个或更多个有源和发热部件在位置上不相互邻近。此外，很多PCD还依赖于诸如散热片之类的无源冷却装置，以管理共同地形成各个P⑶的电子部件之间的热能。
[0003]通常，现实情况是P⑶的其尺寸受到限制，因此，用于P⑶中的部件的空间通常极为稀缺。因此，通常在PCD中没有足够的空间可被工程师和设计师利用，使得不能通过采用无源散热部件的巧妙空间布局或者策略性布置来减轻处理部件的热性能下降或者故障问题。因此，当前的系统和方法依赖于嵌入在PCD芯片上的各种温度传感器来监测热能的耗散，并转而使用这些测量值来触发热管理技术的应用，其中这些热管理技术调整工作负荷分配、处理速度等等以减少热能的产生。
[0004]例如，一些系统和方法可以监测温度传感器，以便在动态调整电压和/或频率(“DVFS”)设置之前认识到已超过了热门限，从而“回调”内核的功耗以减少热能的产生。值得注意的是，现有解决方案的实施例可以将针对内核的功率电平一次减少一个格(bin)，或者依赖于使用情形的识别以便一次下跳多个格(bin)，从而尽力更快速地稳定热能产生。但不管怎样，在调整功率电平之后，再次查询温度传感器以判断前一次的功率电平调整是否获得了所希望的发热量的下降。如果没有，则进行进一步的调整，继续该循环直到热能电平达到可接受为止。
[0005]这些现有的解决方案可以视作为“闭环”解决方案，这是由于它们监测温度传感器，进行功率设置调整，再次监测温度传感器，进行进一步的功率设置调整，转而继续处于调整和反馈的“闭环”之中，直到充分地缓解了热能产生问题为止。用此方式，现有的闭环解决方案代表热能缓解的反应式方法，其在持续的条件之下，相对缓慢地达到用于缓解热能产生的最佳功率设置。因此，本领域需要在热门限被超过时，主动地确定最佳功率设置来缓解热能产生，从而减少或者消除需要进行另外的功率电平设置的系统和方法。具体而言，本领域需要用于管理PCD中的热能产生的系统和方法，该系统和方法基于跟踪的热阻值来计算最佳功率设置。
【发明内容】
[0006]本文公开了用于基于功率电平计算，实现便携式计算设备(“PCD”)中的热能管理的方法和系统的各种实施例。值得注意的是，在很多PCD中，与PCD中的各种部件相关联的温度门限(例如，芯片硅结温度和层叠封装(“PoP”)存储器温度)，限制了可以利用该PCD的性能能力的程度。当工作温度达到或者超过某些预先规定的温度门限时，必须执行热缓解测量以管理热能产生和优化QoS。
[0007]—种用于管理P⑶中的热能产生的示例性方法包括:规定与该P⑶中的一个或多个部件相关联的温度门限。随后，对于与所述一个或多个部件相关联的温度传感器进行监测。温度传感器所采集的温度测量值可以指示瞬时工作温度，并且关联这些部件进行跟踪。与跟踪瞬时工作温度同时地，还跟踪供应给这些部件的有效功率电平。供应的瞬时工作温度和有效功率电平，可以用于计算这些部件的瞬时热阻值:
[0008]Rinst — (T INST _ TA) /PSLJPP
[0009]其中:
[0010]Rinst是实时或者瞬时热阻；
[0011 ] Tinst是实时或者瞬时工作温度；
[0012]Ta是该P⑶所暴露到的环境温度，其可以是估计的值，也可以是测量的值；以及
[0013]?5?是供应给该内核的有效功率。
[0014]对瞬时热阻值进行跟踪。随后，如果达到了温度门限，则可以使用瞬时Rinst值和替代上式中的Tinst值的目标工作温度，来计算经调整的供电电平。随后，可以使用调整后的供电电平计算值来确定为了将该部件保持在可接受的热范围之内而需要进行的电压和/或频率调节的必需量。
[0015]值得注意的是，可以使用上面的系统和方法的实施例，以便响应于温度测量值的提升，通过降低供电电平来缓解热能产生，或者替代地，响应于识别到有可用的另外热净空，可以使用上面的系统和方法的实施例来授权供电电平的增加(并因此增加了热能产生)。
【附图说明】
[0016]在附图中，除非另外指出，否则贯穿各个视图的相同附图标记指代类似的部件。对于利用诸如“ 102A”或“ 102B”之类的字母字符进行命名的附图标记而言，这些字母字符命名可以区分在同一附图中出现的两个类似部件或者组成部分。当一个附图标记旨在涵盖所有附图之中利用该相同附图进行标记的所有部件时，可以省略针对附图标记的字母字符命名。
[0017]图1是示出用于在便携式计算设备(“PCD”)热管理方法中实现的，使用热阻值来预测最佳功率电平设置的片上系统的实施例的功能框图；
[0018]图2是以无线电话的形式来示出图1的PCD的示例性、非限制性方面的功能框图，其中该无线电话实现了使用热阻值来预测最佳功率电平设置的热管理的方法和系统；
[0019]图3A是示出用于图2中所描绘的芯片的硬件的示例性空间布局的功能框图；
[0020]图3B是示出图2的PCD的示例性软件体系结构的示意图，以便实现使用热阻值来预测最佳功率电平设置的热管理；
[0021]图4是示出用于在图1的P⑶中，使用热阻值来预测最佳功率电平设置的热管理的方法的逻辑流程图；
[0022]图5是示出用于基于根据与图1的PCD中的部件相关联的实时热阻值所确定的最佳功率电平设置，来应用动态电压和频率调整(“DVFS”)热缓解技术的子方法或子例程的逻辑流程图。
【具体实施方式】
[0023]本文所使用的“示例性的”一词意味着“用作例子、例证或说明”。本文中描述为“示例性”的任何方面不应被解释为是排他性的、比其它方面更优选或更具优势。
[0024]在本说明书中，术语“应用”还可以包括具有可执行内容的文件，例如:目标代码、脚本、字节码、标记语言文件和补丁。此外，本文所引用的“应用”还可以包括:在本质上不可执行的文件，例如，需要被打开的文档或者需要进行访问的其它数据文件。
[0025]如本说明书中所使用的，术语“部件”、“数据库”、“模块”、“系统”、“热能产生部件”、“处理部件”、“热侵略器(aggressor) ”等等旨在指代与计算机相关的实体，无论其是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或运行中的软件。例如，部件可以是，但不限于是:在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行的线程、程序和/或计算机。举例而言，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是部件。一个或多个部件可以存在于处理和/或执行线程中，部件可以位于一个计算机中和/或分布在两个或更多计算机之间。此外，这些部件能够从其上存储有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些部件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组的信号(例如，来自一个部件的数据，该部件与本地系统、分布式系统中的另一个部件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互)，以本地和/或远程处理的方式进行通信。
[0026]在本说明书中，术语“中央处理单元(“CPU”)”、“数字信号处理器(“DSP”)”、“图形处理单元(“GPU”)”和“芯片”可互换地使用。此外，CPU、DSP、GPU或芯片可以包括本文通常称为“内核”的一个或多个不同的处理部件。另外，在这个意义上，CPU、DSP、GPU、芯片或内核是PCD中的消耗各种电平的功率，按照各种水平的功能效率进行操作的功能部件，本领域普通技术人员应当认识到，这些术语的使用并不是将所公开的实施例或者它们的等同物的应用，限制于PCD中的处理部件的范围。也就是说，虽然很多的实施例在处理部件的背景下进行描述，但可以预期的是，根据本发明的系统和方法的实施例的热管理策略也可以应用于PCD中的任何功能部件，其包括但不限于:调制解调器、照相机、无线网络接口控制器(“WNIC”)、显示器、视频编码器、外围设备、电池等等。
[0027]在本说明书中，应当理解的是，可以结合能产生或者消散能量的设备或部件来使用术语“热量”和“热能”，其中该能量可以以“温度”为单位进行测量。因此，还应当理解的是，参照某种标准值，术语“温度”预想任何测量值，其可以指示产生“热能”的设备或部件的相对发热或者不发热情况。例如，当两个部件处于“热”平衡时，这两个部件的“温度”是相同的。
[0028]在本说明书中，术语“工作负荷”、“处理负荷”和“处理工作负荷”可以互换地使用，并通常针对于与给定的实施例中的给定处理部件相关联的处理负担、或者处理负担的百分比。除了上面所规定的之外，“处理部件”或“热能生成部件”或“热侵略器”可以是，但不限于是:中央处理单元、图形处理单元、内核、主核、子核、处理区域、硬件引擎等等、或者位于便携式计算设备中的集成电路之内或者之外的任何部件。此外，在这个意义上，术语“热负载”、“热分布”、“热特征”、“热处理负荷”等等指示可以在处理器上运行的工作负荷负担，本领域普通技术人员应当确认的是，在本发明中使用的这些“热”术语可以与处理负荷分布、工作负荷负担和功耗有关。
[0029]在本说明书中，术语“热缓解技术”、“热策略”、“热管理”、“热缓解测量”、“性能水平的抑制”等等可互换地使用。值得注意的是，本领域普通技术人员应当认识到，根据使用的具体背景，本段落中所列出的任何术语可以用于描述能够实现以热能产生为代价来增加性能、以性能为代价来减少热能产生或者在这些目标之间进行交换的硬件和/或软件。
[0030]在本说明书中，术语“便携式计算设备”(“PCD”)用于描述在有限容量的电源(例如，电池)上操作的任何设备。虽然电池供电的PCD已经使用了几十年，但与第三代(“3G”)和第四代(“4G”)无线技术的出现伴随发生的可再充电电池的技术进步，实现了具有多种能力的众多P⑶。因此，P⑶可以是蜂窝电话、卫星电话、寻呼机、PDA、智能电话、导航设备、智能本或阅读器、媒体播放器、前述设备的组合、具有无线连接的膝上型计算机等等。
[0031]可以通过使用一个或多个传感器测量值(其与内核中的硅结的温度相关)结合该内核的瞬时热阻值，来实现PCD中的热能产生的高效管理。值得注意的是，虽然本文在与内核的硅结相关联的温度测量的背景下，描述了本发明的系统和方法的实施例，但应当理解的是，替代的实施例可以使用与PCD中的其它部件相关联的温度测量值和热阻值。也就