(10)申请公布号 (43)申请公布日 2013.10.09C N 103345299 A (21)申请号 201310314426.X
(22)申请日 2013.07.24
G06F 1/32(2006.01)
(71)申请人华为技术有限公司
地址518129 广东省深圳市龙岗区坂田华为
总部办公楼
(72)发明人谢谦 王新入
(74)专利代理机构深圳市威世博知识产权代理
事务所(普通合伙) 44280
代理人
何青瓦
(54)发明名称
系统
(57)摘要
本申请公开了一种电压调整方法及相应的
HPM 、芯片和芯片系统。其中，所述方法用于调整芯
片的工作电压，包括AVS 模块和至少一个HPM ，所 述方法包括：所述AVS 模块向所述HPM 输出时钟 信号；所述HPM 根据所述时钟信号产生相应的脉
得到第一实际输出值，对所述脉冲信号进行第二
延时，以得到第二实际输出值；所述AVS 模块至少
根据所述第一、第二实际输出值的权重，对所述第
一、第二实际输出值进行拟合，获得拟合输出值，
并通过比较所述拟合输出值与预设的基准值的大
小，确定是否调整所述芯片的工作电压。通过上述
方式，本申请能够使芯片正常工作的前提下有效
降低芯片功耗。
(51)Int.Cl.
权利要求书3页 说明书17页 附图5页
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书3页 说明书17页 附图5页(10)申请公布号CN 103345299 A
*CN103345299A*
1.一种电压调整方法，用于调整芯片的工作电压，其特征在于，所述芯片包括自适应电压调整AVS模块和至少一个硬件性能监视器HPM，所述方法包括：
所述AVS模块向所述HPM输出时钟信号；
所述HPM根据所述时钟信号产生相应的脉冲信号，并至少对所述脉冲信号进行与所述芯片中随温度变化最快的第一阈值电压Vt类型相关的第一延时，以得到能够反映所述第一Vt类型的当前性能信息的第一实际输出值，对所述脉冲信号进行与所述芯片中随温度变化最慢的第二Vt类型相关的第二延时，以得到能够反映所述第二Vt类型的当前性能信息的第二实际输出值，将所述第一、第二实际输出值输出至所述AVS模块；
所述AVS模块至少根据所述第一、第二实际输出值的权重，对所述第一、第二实际输出值进行拟合，获得能反映所述芯片当前关键路径的性能信息的拟合输出值，并通过比较所述拟合输出值与预设的基准值的大小，确定是否调整所述芯片的工作电压，其中，所述预设的基准值为所述芯片在任何温度下以最小工作电压工作时所述HPM的拟合输出值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述AVS模块至少根据所述第一、第二实际输出值的权重，对所述第一、第二实际输出值进行拟合，获得能反映所述芯片当前关键路径的性能信息的拟合输出值的步骤包括：
所述AVS模块计算所述HPM的第一实际输出值乘以预设的第一权重得到第一乘积，以及计算所述HPM的第二实际输出值乘以预设的第二权重得到第二乘积，获得所述第一乘积和第二乘积的和，以作为所述HPM的拟合输出值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述AVS模块向所述HPM输出时钟信号的步骤之前包括：
获取所述芯片分别在不同温度下的最小工作电压，以及在不同温度下，所述芯片分别处于不同工作电压时的HPM的第一、第二实际输出值；
采用最小二乘法，对所述芯片分别在不同温度下的最小工作电压，以及在不同温度下，所述芯片分别处于不同工作电压时的HPM的第一、第二实际输出值进行计算，获得所述预设的第一权重和预设的第二权重。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过比较所述拟合输出值与预设的基准值的大小，确定是否调整所述芯片的工作电压的步骤包括：
所述AVS模块判断所述拟合输出值减去预设的基准值的差是大于零还是小于零；
如果大于零，则确定所述芯片当前工作电压大于当前所需最小工作电压，并降低所述芯片的工作电压，如果小于零，则确定所述芯片当前工作电压小于当前所需最小工作电压，并调高所述芯片的工作
电压。
5.一种硬件性能监视器，其特征在于，至少包括第一延时电路和第二延时电路，其中，
所述第一延时电路包括至少一个为第一阈值电压Vt类型的第一延时单元和一第一编码单元，所述至少一个第一延时单元的输出端和输入端首尾相接，以形成回路，所述第一编码单元根据所述至少一个第一延时单元的输出值进行编码，获得能够反映出所述第一延时单元的延时情况的第一实际输出值，进而反映出所述第一Vt类型的当前性能信息； 所述第二延时电路包括至少一个为第二Vt类型的第二延时单元和一第二编码单元，所述至少一个第二延时单元的输出端和输入端首尾相接，以形成回路，所述第二编码单元根据所述至少一个第二延时单元的输出值进行编码，获得能够反映出所述第二延时单元的
延时情况的第二实际输出值，进而反映出所述第二Vt类型的当前性能信息；
其中，所述第一Vt类型与第二Vt类型为随温度变化的速率不同的Vt类型。
6.一种芯片，其特征在于，包括：自适应电压调整AVS模块和至少一个硬件性能监视器HPM，所述AVS模块与所述至少一个HPM耦接，其中，
所述AVS模块包括输出单元、拟合单元和调整单元，所述输出单元用于输出时钟信号给所述HPM；
所述HPM至少包括：生成模块、第一延时电路和第二延时电路，所述生成模块用于根据所述时钟信号，产生相应的脉冲信号，所述第一延迟电路用于对所述脉冲信号进行与所述芯片中随温度变化最快的第一阈值电压Vt类型相关的第一延时，以得到能够反映所述第一Vt类型的当前性能信息的第一实际输出值，所述第二延迟电路用于对所述脉冲信号进行与所述芯片中随温度变化最慢的第二Vt类型相关的第二延时，以得到能够反映所述第二Vt类型的当前性能信息的第二实际输出值，所述HPM至少将所述第一、第二实际输出值输出至所述AVS模块的拟合单元；
所述AVS模块的拟合单元用于至少根据所述第一、第二实际输出值的权重，对所述第一、第二实际输出值进行拟合，得到能够反映所述芯片当前关键路径的性能信息的拟合输出值；
所述调整单元用于通过比较所述拟合输出值与预设的基准值的大小，确定是否调整所述芯片的工作电压，其中，所述预设的基准值为所述芯片在任何温度下以最小工作电压工作时所述HPM的拟合输出值。
7.根据权利要求6所述的芯片，其特征在于，所述拟合单元具体用于计算所述HPM的第一实际输出值乘以预设的第一权重得到第一乘积，以及计算所述HPM的第二实际输出值乘以预设的第二权重得到第二乘积，获得所述第一乘积和第二乘积的和，以作为所述HPM的拟合输出值。
8.根据权利要求7所述的芯片，其特征在于，
所述预设的第一权重和预设的第二权重具体由：获取所述芯片分别在不同温度下的最小工作电压，以及在不同温度下，所述芯片分别处于不同工作电压时的HPM的第一、第二实际输出值，并采用最小二乘法，对所述芯片分别在不同温度下的最小工作电压，以及在不同温度下，所述芯片分别处于不同工作电压时的HPM的第一、第二实际输出值进行计算，而获得。
9.根据权利要求6所述的芯片，其特征在于，所述调整单元具体用于判断所述拟合输出值减去预设的基准值的差是大于零还是小于零，在大于零时，确定所述芯片当前工作电压大于当前所需最小工作电压，并降低所述芯片的工作电压，在小于零时，确定所述芯片当前工作电压小于当前所需最小工作电压，并调高所述芯片的工作电压。
10.根据权利要求6所述的芯片，其特征在于，所述第一延时电路包括至少一个为所述第一Vt类型的第一延时单元和一第一编码单元，所述至少一个第一延时单元的输出端和输入端首尾相接，以形成回路，所述第一编码单元根据所述至少一个第一延时单元的输出值进行编码，获得能够反映出所述第一延时单元的延时情况的第一实际输出值，进而反映出所述第一Vt类型的当前性能信息，所述第二延时电路包括至少一个为所述第二Vt类型的第二延时单元和一第二编码单元，所述至少一个第二延时单元的输出端和输入端首尾
相接，以形成回路，所述第二编码单元根据所述至少一个第二延时单元的输出值进行编码，获得能够
反映出所述第二延时单元的延时情况的第二实际输出值，进而反映出所述第二Vt 类型的当前性能信息。
11.根据权利要求10所述的芯片，其特征在于，所述HPM还包括第三延时电路，所述第三延时电路包括至少一个为所述第三Vt类型的第三延时单元和一第三编码单元，所述至少一个第三延时单元的输出端和输入端首尾相接，以形成回路，所述第三编码单元根据所述至少一个第三延时单元的输出值进行编码，获得能够反映出所述第三延时单元的延时情况的第三实际输出值，进而反映出所述第三Vt类型的当前性能信息，其中，所述第三Vt类型是所述芯片中随温度变化在最快和最慢之间的一种Vt类型；
所述拟合单元具体用于根据所述第一、第二、第三实际输出值的权重，对所述第一、第二、第三实际输出值进行拟合，得到能够反映所述芯片关键路径的当前性能信息的拟合输出值。
12.一种芯片系统，其特征在于，所述芯片系统包括权利要求6至11任一项所述的芯片和电源芯片，所述电源芯片用于向所述芯片供电，所述芯片的AVS模块在确定需要调高芯片的工作电压时，指示所述电源芯片向所述芯片输入比原来工作电压高出预设值的工作电压，在确定需要降低芯片的工作电压时，指示所述电源芯片向所述芯片输入比原来工作电压低出预设值的工作电压。
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一种电压调整方法及相应的HPM、芯片和芯片系统技术领域
[0001]
本申请涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种电压调整方法及相应的HPM 、芯片
和芯片系统。背景技术
[0002]
在如今讲究节能的时代，如何降低芯片的功耗，是当前很值得关注的问题。众所周
知，芯片的功耗与工作电压有关，其工作电压越大，则功耗越大。芯片需要的最小工作电压由芯片中的关键路径决定，而芯片所需的最小工作电压也随所述关键路径所处的温度等方面的不同而变化。如果芯片使用固定工作电压，而在芯片的需要的最小工作电压较小时，会造成不必要的功耗。
[0003] 为使芯片的功耗尽量处于最低状态，现有技术提供一种自适应电压调整（Adaptive Voltage Scaling ，简称AVS ）方法。请参阅图1，芯片110包括自适应电压调整AVS 模块111及分别设置在所有关键路径附近的多个硬件性能监视器（Hardware Performance Monitor ，简称HPM ）112，HPM112实时反映芯片110内相应的关键路径随工艺、电压、温度（简称PVT ）的变化。AVS 模块111通过获取当前HPM112的输出值，并与自动测试机（Automatic Test Equipment ，简称ATE ）测试的基准值作比较。其中，所述基准值为所述芯片在任何温度下以最小工作电压工作时所述硬件性能监视器的输出
值。当HPM112输出值小于该基准值，则表示芯片110当前的工作电压不足，因此，AVS 模块111通过调压接口130控制外部电源芯片120向芯片110输出工作电压Vdd 增大。反之，则表示芯片当前电压过高，AVS 模块111通过调压接口130控制外部电源芯片120向芯片110输出工作电压Vdd 减少。
[0004] 请参阅图2，现有的HPM112包括生成模块1122和一个延时电路1121，一般，延时电路1121包括多个延时单元11211。当AVS 模块111对HPM112发送时钟信号，使HPM112的生成模块1122向延时电路1121输入相应的脉冲信号，延时电路1121对输入信号进行延时后产生输出值，并向AVS 模块发送。为了保证HPM112的输出值能够正确反映芯片110内相应的关键路径随PVT 的变化，延时电路1121的延时单元11211的Vt 类型必须与芯片110内关键路径的Vt 类型相同。例如，请参阅图3，图3是不同Vt 类在不同温度下所需要的最小工作电压。如果HPM112的Vt 类型，即延时单元11211的Vt 类型是UHVT ，而芯片110的关键路径的Vt 类型是LVT ，由图3易得，在-40度状态下，HPM112所反映的芯片性能为：芯片需要的最小工作电压为0.82伏（V ），而芯片110内的关键路径本身只需要0.78V ，此时，则造成芯片功耗的浪费。
[0005] 然而，在现有技术芯片中，为降低功耗，一般会采用多阈值（Multi-Vt ）技术，因此，芯片内对应不同关键路径的Vt 类型就有可能不同，此时，HPM 内延时单元的Vt 类型的选择则是个难题。例如，一个芯片中采用了SVT+HVT+UHVT 类型的标准单元器件，则该芯片的不同关键路径的Vt 类型也有可能为SVT 、HVT 或UHVT 类型。这时，HPM 选择任意一种类型的延时单元，均不能准确反映芯
片的所有关键路径的性能。例如，如图3所示，如果HPM 选择SVT 说 明 书CN 103345299 A
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