[发明专利]片内串联供电系统及应用其的运算单元、芯片、算力板和计算设备

说明书

本发明提供一种片内串联供电系统及应用其的运算单元、芯片、算力板和计算设备。片内串联供电系统，包括两个或两个以上待供电电压域，所述待供电电压域串联连接在电源和地之间；两个或两个以上的隔离区域，所述待供电电压域形成在所述隔离区域内，所述隔离区域用于隔离所述待供电电压域；所述隔离区域串联连接在所述电源和所述地之间；电源补偿单元，连接在所述待供电电压域和所述隔离区域之间，用于向所述待供电电压域提供电源补偿；其中，还包括稳压单元，所述稳压单元并联连接在每一所述隔离区域两端。本发明的片内串联供电系统能够有效减小功耗，降低设计难度，节约芯片面积，减少生产成本。

技术领域

本发明涉及一种多电压域供电系统，特别涉及一种具有稳压单元的基于衬底基准对电源电压进行补偿的片内串联供电系统及应用其的运算单元、芯片、算力板和计算设备。

背景技术

虚拟货币(如比特币、以太币)是一种P2P形式的数字货币，比特币系统自2009年推出以来就受到了广泛关注。该系统是基于区块链构建的分布式共享总账，这样可以保证系统运行的安全、可靠以及去中心化。

在哈希运算和工作量证明上，比特币是基于计算得到的唯一正确的哈希值，来证明工作量从而获得记账打包区块权，因此获得奖励，这就是工作量证明(Pow)。目前除了暴力计算外，还没有有效的算法进行哈希运算。对于新一代用于挖掘虚拟数字货币的计算设备而言，挖矿过程就是进行大量重复性的逻辑计算流水线。

此种计算设备设计的核心在于性能功耗比，更高的性能以及更低的功耗表示挖矿的效率更高，同时意味着在相同的电力消耗下能够实现更多的算力。

另外，大量重复性的逻辑计算需要向计算设备提供较大的电流，这将导致除逻辑计算所需的功耗之外，计算设备的额外功耗也较大。因此，需要降低计算设备的工作电流，从而降低其额外功耗。

CN206039425U公开了一种串联供电电路，如图1所示，在供电端VCC与地之间串行连接多个封装单元，每个封装单元中分别包括一组或多组元件，每组元件包括一个相连接的待供电芯片和辅助电源单元，两组相邻元件中的待供电芯片之间分别串行连接一个信号电平转换单元。虽然该串联供电电路可以实现向每一待供电芯片提供低的电源电压，但其针对的是向印刷电路板上不同的封装单元提供串联供电，无法实现向芯片内部不同电压域之间的串联供电。

多电压域(Multi-supply voltage domain)供电技术越来越广泛的应用于片上芯片系统(System-on-chip，SoC)及多处理器计算结构中。在应用了多电压域技术的芯片中，该芯片通常含有多个独立的电压域或电压岛，并且每个电压域下的模块根据其时序的要求工作在恰当的电源电压下。一般来说，对于时序比较关键的模块，它通常工作在高的电源电压下(VDDH)下，以满足芯片对速度性能的要求；而对于非关键的电路模块，它则工作在低的电源电压(VDDL)甚至亚阈值电源电压下，以降低芯片的功耗消耗和能量消耗。