专利名称：一种为图形处理单元芯片提供动态核心电压的系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及半导体器件，特别涉及一种为图形处理单元芯片提供动态核心电 压的系统。
背景技术：
在计算机中，为了对大量图像数据进行高速显示，除了显示器之外，显示系统往往 还安装有图像处理器件。图像处理器件往往由专用于图像处理的运算处理器件(以下称为 GPU，即图像处理单元)、作为存储器件的用来存储图像数据的视频随机存取存储器(以下 称为VRAM)、显示处理器件等构成。此处，显示系统表示一种系统，它具有对中央处理器中执 行的运算过程的结构进行解释处理并在显示部分显示图像的功能。而且，图像处理器件表 示一种器件，它接收GPU中执行的运算的结构，并形成要送到显示系统中的显示器件的图 像数据。而且，显示器件表示一种器件，它将图像处理器件中形成的图像数据显示为显示部 分中的图像。显示部分表示一个区域，它由多个像素组成，并在其中显示图像。GPU是相对于CPU的一个概念，它能够从硬件上支持多边形转换与光源处理的图 像显示硬件。目前在GPU上进行的主要运算包括光罩计算、深度检测、光栅化等。由于GPU 采用的是单指令多数据的处理器设计模式，而且它不需要进行内存管理、对系统的输入输 出做出响应等，所以它在图形处理方面的性能远远大于CPU。因此，GPU已经逐渐成为组成 电脑不可缺少的一部分。诸如GPU的半导体芯片可运行的最高速度由三个因素决定1、芯片的体质，包括 芯片制造时个体差异以及使用一段时间之后芯片内部的老化；2、芯片工作的电压。电压越 高，其极限频率越高；3、芯片的结温，其温度越低，极限频率越高。一般情况下，为了保证 GPU在正常状态下工作，GPU的核心电压和工作频率的数值保持在一定的范围内。但是，这 有时会增加GPU的功耗。例如，GPU当前的实时工作频率为710兆赫兹，而实际上当GPU的 使用率下降时，就不需要这么高的频率，如果此时提供给GPU的核心电压仍然是满足710兆 赫兹的核心电压，就会造成功耗过高的问题，进一步地可能会导致烧毁GPU，从而缩短GPU 的使用寿命。因此，需要一种新的为GPU动态地提供核心电压的系统，既能保证GPU正常工作又 能降低功耗，从而降低系统的运行成本。
实用新型内容在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式
部分 中进一步详细说明。本实用新型的实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护 的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保 护范围。本实用新型提供了一种为图形处理单元芯片提供动态核心电压的系统，其特征在 于，包括所述图形处理单元芯片和电压调节模块，所述图形处理单元芯片包括实时检测模块、计算模块和核心电源接口，所述实时检测模块的输出端连接所述计算模块的输入端，将 检测到的所述图形处理单元芯片的实时工作状态参数发送到所述计算模块；所述计算模块 的输出端连接所述电压调节模块的输入端，将所述图形处理单元芯片所需要的最小实时工 作电压的值计算出来后发送到所述电压调节模块；所述电压调节模块的输出端连接所述核 心电源接口，将所述最小实时工作电压提供给所述核心电源接口。可选地，所述计算模块为数字信号处理模块。可选地，所述计算模块包括数字信号处理模块和数模转换模块。可选地，所述计算模块将计算出所述图形处理单元芯片所需要的最小实时工作电 压的值直接发送到电压调节模块。可选地，所述计算模块将计算出所述图形处理单元芯片所需要的最小实时工作电 压的值发送到所述数模转换模块，所述数模转换模块将转换后的数据发送到所述电压调节 模块。可选地，所述电压调节模块包括反馈模块、运算放大器和参考电压源。可选地，所述实时工作状态参数为实时工作频率。可选地，所述实时工作频率为600 740兆赫兹。根据本实用新型，能够为GPU芯片动态地提供GPU芯片能够正常工作的最小实时 工作电压，减小了功耗，降低了系统的运行成本。根据本实用新型的系统确保了能够在特点 的条件下，即特定的芯片体质、结温以及运行频率下动态调整使芯片电压最低以达到最大 的节能，以及确保了在特定的条件下下尽量提高运行频率以达到最高性能。
本实用新型的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图 中示出了本实用新型的实施例及其描述，用来解释本实用新型的原理。在附图中，图1是根据本实用新型的一个实施例的计算机系统；图2是关于为GPU芯片提供能保证GPU正常工作的动态核心电压的系统一个具体 实施例。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理 解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细 节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些 技术特征未进行描述。为了彻底了解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便说明本实用 新型中的为GPU提供能保证GPU正常工作的动态核心电压的系统。显然，本实用新型的施 行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本实用新型的较佳实施例详细描 述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。计算机系统平台图1展示根据本发明一个实施例的计算机系统100。计算机系统100描绘根据本发 明实施例的基本计算机系统的组件，其提供执行平台以获得某种基于硬件的和基于软件的功能性。大体上来说，计算机系统100包括至少一个CPU 101、系统存储器115，和至少一个 图形处理器单元(GPU) 110。CPU 101可经由桥接器组件/存储器控制器(未图示)耦合到 系统存储器115，或可经由CPU 101内部的存储器控制器(未图示)直接耦合到系统存储器 115。GPU 110耦合到显示器112。一个或一个以上额外GPU可视需要耦合到系统100以进 一步增加其计算能力。GPUllO耦合到CPU 101和系统存储器115。系统100可实施为(例 如)台式计算机系统或服务器计算机系统，其具有耦合到专门图形渲染GPUllO的功能强大 的通用CPU 101。在此实施例中，可包含添加外围总线、专门图形存储器、IO装置等的组件。 类似地，系统100可实施为手提式装置(例如，手机等)或视频游戏控制台装置，例如美国 华盛顿州雷蒙德市Microsoft公司的Xbox ,或日本东京的Sony ComputerEntertainment 公司的 PlayStation3 。应了解，GPU 110可实施为单独的组件、经设计以经由连接器(例如，AGP插槽、 PCI-Express插槽等)耦合到计算机系统100的单独的图形卡、单独的集成电路芯片(例 如，直接安装在母板上)，或作为包含在计算机系统芯片集组件(未图示)的集成电路芯片 内的集成GPU。另外，可为GPU 110包含本地图形存储器114以实现高带宽图形数据存储。图2是关于为GPU芯片提供能保证GPU正常工作的动态核心电压的系统一个具体 实施例。本实用新型的供压系统由GPU芯片210和外接的电压调节模块204组成GPU芯片210包括实时检测模块201、计算模块202和GPU芯片210的核心电源接 口 203。其中，实时检测模块201的输出端连接计算模块202的输入端，计算模块202的输 出端连接外部的电压调节模块204的输入端，电压调节模块204的输出端连接核心电源接 Π 203。实时检测模块201检测GPU芯片210的实时工作状态参数，例如实时工作频率、工
作电压、温度等。计算模块202可以是数字信号处理(DSP)模块或由数字信号处理模块和数模(D/ A)转换模块组成。计算模块202可根据电压调节模块204的接口来选择是采用数字信号处 理模块还是由数字信号处理模块和数模(D/A)转换模块共同组成。例如，当电压调节模块 204的接口为数字视频接口时，可以选择数字信号处理模块；当电压调节模块204的接口为 模拟视频接口时，计算模块202可以由数字信号处理模块和数模(D/A)转换模块组成。电压调节模块204用来调节输出到GPU芯片210的工作电压，可以本领域任何公 知的方式来实现，例如可以包括反馈模块、运算放大器和参考电压源等。具体工作过程为实时检测模块201检测GPU芯片210的实时工作状态参数，例如采用工作频率，然 后将检测到的实时工作频率数据传送给计算模块202，传送可通过任何本领域人员公知的 方式，例如通过GPU芯片内的并行数据总线传送16bit的二进制非整数。计算模块202中 的数字信号模块读取到实时检测模块201发送来的实时工作频率数据后与存于显卡基本 输入输出系统(BIOS)内的目标频率比较。如果发现GPU芯片210的实时工作电压可以降 低以减小系统功耗，则计算模块202将应当提供给GPU芯片210的最小工作电压的数据发 送给电压调节模块204。下面通过一个具体的实施例来详细阐述具体比较及调节的方法。例如，实时检测 模块201检测到当前GPU芯片210可运行的最高频率如700兆赫兹，然后将700兆赫兹的数据发送给计算模块202，计算模块202将700兆赫兹与存于显卡上基本输入输出系统内 的目标频率，目标频率例如为600兆赫兹，进行比较。一般情况下，为了保持系统运行稳定， GPU芯片210的实时工作频率应大于目标频率10 %，这样通过计算，例如PID算法，发现GPU 芯片210的工作电压可以降低以减小功耗，则计算模块202将应当向GPU芯片210提供的 最小实时工作电压的数据传送给电压调节模块203，例如需要下调GPU芯片210核心电压 6. 25mV。此时传送数据的方式可通过任何本领域人员公知的方式，例如通过数字方式，即计 算模块202内的数字信号处理器接收到数据后，通过计算得到当前GPU芯片210最小的工 作电压，并直接输出VID(电压识别认证)，例如Intel VRM 11 ；也可以通过模拟方式，例如 计算模块202中的数模转换器接收到数据后，数模转换器将数字信号转换为模拟信号后， 然后输出特定的参考电压Vref给电压调节模块204。电压调节模块204根据计算模块202 传送过来的数据，通过调节自身的输出电压，然后向核心电源接口 203输出当前能够使GPU 芯片210正常工作的最小工作电压，即实时工作电压。接着，在下一个周期，例如在内存刷 新的周期(例如，64ms)内重复所有的步骤，使得提供给GPU芯片210的核心电压始终维持 在能够保证GPU芯片210正常工作的最小核心电压。通过采用本实用新型中的为图形处理单元芯片提供动态核心电压的系统，能够为 GPU动态的提供保证GPU芯片正常工作的最小工作电压，降低了功耗，降低了整个系统的运 行成本。本实用新型已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是 用于举例和说明的目的，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施例范围内。此外本领 域技术人员可以理解的是，本实用新型并不局限于上述实施例，根据本实用新型的教导还 可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以 内。本实用新型的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
权利要求一种为图形处理单元芯片提供动态核心电压的系统，其特征在于，所述系统包括所述图形处理单元芯片和电压调节模块，所述图形处理单元芯片包括实时检测模块、计算模块和核心电源接口，所述实时检测模块的输出端连接所述计算模块的输入端，将检测到的所述图形处理单元芯片的实时工作状态参数发送到所述计算模块；所述计算模块的输出端连接所述电压调节模块的输入端，将所述图形处理单元芯片所需要的最小实时工作电压的值计算出来后发送到所述电压调节模块；所述电压调节模块的输出端连接所述核心电源接口，将所述最小实时工作电压提供给所述核心电源接口。
2.如权利要求1所述的为图形处理单元芯片提供核心电压的系统，其特征在于，所述 计算模块为数字信号处理模块。
3.如权利要求1所述的为图形处理单元芯片提供核心电压的系统，其特征在于，所述 计算模块包括数字信号处理模块和数模转换模块。
4.如权利要求2所述的为图形处理单元芯片提供核心电压的系统，其特征在于，所述 计算模块将计算出所述图形处理单元芯片所需要的最小实时工作电压的值直接发送到电 压调节模块。
5.如权利要求3所述的为图形处理单元芯片提供核心电压的系统，其特征在于，所述 计算模块将计算出所述图形处理单元芯片所需要的最小实时工作电压的值发送到所述数 模转换模块，所述数模转换模块将转换后的数据发送到所述电压调节模块。
6.如权利要求1所述的为图形处理单元芯片提供核心电压的系统，其特征在于，所述 电压调节模块包括反馈模块、运算放大器和参考电压源。
专利摘要本实用新型提供了一种为图形处理单元芯片提供动态核心电压的系统，包括图形处理单元芯片和电压调节模块，图形处理单元芯片包括实时检测模块、计算模块和核心电源接口，实时检测模块的输出端连接计算模块的输入端，将检测到的图形处理单元芯片的实时工作状态参数发送到计算模块；计算模块的输出端连接电压调节模块的输入端，将图形处理单元芯片所需要的最小实时工作电压的值计算出来后发送到电压调节模块；电压调节模块的输出端连接核心电源接口，将最小实时工作电压提供给核心电源接口。根据本实用新型，能够有效减小系统的功耗，降低系统的运行成本。
文档编号G06F1/32GK201725272SQ20102015307
公开日2011年1月26日 申请日期2010年4月8日 优先权日2010年4月8日
发明者徐爽 申请人:辉达公司