[发明专利]集成电路的温度管理

说明书

本发明所属技术领域

本发明涉及集成电路(IC)，尤其涉及用于在维持功率并保持可接受的性能水平的同时控制集成电路内部产生废热的装置和方法。

与本发明相关的背景技术

集成电路是包含由薄膜导电线迹连接的固态开关(晶体管)的电系统。在小面积中以高频进行开关操作的大量晶体管会产生热。高频率的开关操作是产生热的一个主要因素，因为绝对电流的流动与频率成比例。

很久以来的一个发展趋势是集成电路的越来越高的集成度，而这一趋势也增加了热的产生。另一个因素与在电路中集成电路的使用和位置有关。高密度的动机扩展到高水平的电路，诸如印刷电路板。此外，在工业中很久以来的一个趋势是产品体积越来越小，诸如在台式计算机之后发展了膝上计算机，然后是笔记本计算机，然后是掌上计算机，而近来甚至是更小的称为个人数字助理计算机。

所有上述的发展导致消散集成电路操作所产生的热的难度增加。如果所产生的热不能除去，则温度上升，而如果不能达到热产生和热消散之间的一种平衡，则温度可能上升到导致性能降低的点，并甚至达到可能发生物理性损坏的点。热的产生以及结果使得温度升高的问题是与这样的事实相伴的，即对于大多数材料，电阻是随温度上升的。

上述热的产生以及结果使得温度升高的问题在微处理器中尤为显著，虽然这不限于微处理器，这种温度问题的某种特性可通过参考微处理器而有效地展示和说明。

图1是包含几个功能单元的一个微处理器的某种简化框图。其中有地址单元(AU)，执行单元(EU)，总线通信单元(BU)，和指令单元(IU)，它们均通过地址总线、数据总线、和控制总线进行连接。这一功能单元结构是微处理器的示范，先有技术的微处理器一般要比图1所示的更为复杂。

微处理器中的功能单元一般不是均衡使用的。例如，数学应用使用一个或多个计算单元的机会多于微处理器中的其它功能单元。作为另一个例子，某些应用涉及较多的使用存储器，或者可能在较大的程度上使用逻辑单元。由于这种不均衡的使用结果，CPU的某些区域比其它区域要更快产生热并因而可能使温度升高。

微处理器区域不均衡的使用可能产生大大影响集成电路芯片中的机械应力的热点。集成电路一般是通过分层及选择性地去除不同材料的工艺制造的，于是由于不同材料的不同的热膨胀系数不同，不均匀的发热可能导致应力和弯曲。所引发的应力和变形可能造成微小破裂和疲劳破损。

本发明的目的

因此，所需要的是在诸如微处理器之类的集成电路上实现管理功率消散以维持可接受的集成电路性能和结构集成的系统。本发明的技术方案

在本发明的一个实施例中，在具有不同功能区域的一个集成电路中，提供了用于至少在一个功能区域中控制功率消散的系统，它包括与所控制的功能区域接触的温度传感器，以及连接到被控制的功能区域的时钟调节电路，该时钟调节电路用于基于系统时钟速率而提供操作时钟速率，以便操作被控制的功能区域。还有连接到温度传感器和时钟调节电路的控制电路，用于驱动时钟调节电路以提供作为由温度传感器所提供的温度指示的函数的操作时钟速率。

在一个较佳实施例中，集成电路是一个微处理器，且多个功能单元基于系统时钟速率和每一功能区域的温度分别设置有各自的操作时钟速率。在另一个实施例中，相对于计算和逻辑负载、时钟速率、及操作电压，基于来自装设到包含该微处理器的集成电路组件的温度传感器的温度指示而管理一个计算机系统中的多个微处理器。

附图的简要说明

图1是一个微处理器的简化框图；

图2是根据本发明的一个实施例的微处理器的框图；

图3是表示本发明的另一个实施例的框图；

图4是表示对于多处理器提供任务管理的一个实施例的框图；

图5是表示提供功率管理和时钟速率管理以及任务管理的另一实施例的框图；以及

图6是本发明的一个实施例中应用的控制程序的逻辑流图。

本发明的最佳实施例

图2是根据本发明的一个实施例的微处理器11的框图。微处理器11包括设置在一个单一集成电路芯片12上的一个地址单元(AU)13，一个执行单元(EU)15，一个总线通信单元(BU)17，及一个指令单元(IU)19。地址总线21，数据总线23，及控制总线25将该四个功能单元相互连接。还有将微处理器连接到诸如外部地址总线22和外部数据总线24的其它部件(未示出)的外部总线连接。还示出作为典型外部连接的时钟，复位，及电源连接，虽然所示的连接并不是对微处理器可作的全部连接。