[發(fā)明專利]片上集成處理和發(fā)電

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201480034042.5
• 申請(qǐng)日: 2014-05-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105359333B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: G·J·麥克奈特;C·L·貝拉迪;B·A·魯本斯坦;B·亞瑙什;S·M·詹姆斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 微軟技術(shù)許可有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H01M16/00
• 分類號(hào): H01M16/00;H01M8/04007
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 蔡悅

自供電處理設(shè)備包括物理地、電地、以及熱能地彼此耦合的處理設(shè)備和發(fā)電機(jī)兩者。發(fā)電機(jī)可以是燃料電池，該燃料電池可由還能夠支持處理電路的材料來(lái)制造，諸如基于硅的材料。發(fā)電機(jī)和處理設(shè)備之間的熱耦合可包括或者從溫度差中生成電能或者消費(fèi)電能來(lái)生成溫度差的熱電。具有自供電處理設(shè)備的計(jì)算設(shè)備還包括能量存儲(chǔ)設(shè)備，用于存儲(chǔ)自供電處理設(shè)備所產(chǎn)生的過(guò)量能量并在需要時(shí)將其提供回來(lái)。自供電處理設(shè)備包括無(wú)線或有線網(wǎng)絡(luò)連接中的任意一個(gè)，后者可被連接到背板上的插槽，背板能夠聚集多個(gè)自供電處理設(shè)備并為它們提供燃料遞送路徑。

背景

隨著在多個(gè)計(jì)算設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)通信的吞吐量持續(xù)增加，在物理上固定的傳統(tǒng)計(jì)算設(shè)備(諸如無(wú)處不在的臺(tái)式計(jì)算設(shè)備或同樣無(wú)所不在的服務(wù)器計(jì)算設(shè)備)的上下文之外執(zhí)行計(jì)算處理變得更為可行。例如，可被劃分成子任務(wù)(子任務(wù)隨后可被并行執(zhí)行)的處理任務(wù)可由多個(gè)物理上分布式處理單元高效地完成，物理上分布式處理單元包括不被認(rèn)為在計(jì)算方面強(qiáng)勁的處理單元，諸如低功耗處理單元。這類物理上分布式處理單元不需要占駐在單個(gè)數(shù)據(jù)中心或其它類似的物理邊界內(nèi)，而是替代地被物理地跨不同物理位置處的大量的不同物理設(shè)備來(lái)分布。只要這類設(shè)備能夠高效地彼此通信，它們的物理位置可以是無(wú)關(guān)緊要的。

雖然高吞吐量網(wǎng)絡(luò)通信能夠使得計(jì)算設(shè)備采用無(wú)數(shù)種形式，但是電能仍然是處理電路所需要的。因此，計(jì)算設(shè)備要么需要連接到電源的接線連接(諸如傳統(tǒng)的墻壁插座)，要么需要非接線電源(諸如電池)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的，使用電池來(lái)為計(jì)算處理供電可包括一些缺點(diǎn)，包括例如用來(lái)存儲(chǔ)電能的電池的有限容量、電池的有限充放電循環(huán)壽命、制造電池包括對(duì)有害化學(xué)物質(zhì)的處理的成本、以及其它類似缺點(diǎn)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的，從電網(wǎng)獲得的電能也可能包括一些缺點(diǎn)，包括高成本、在特定環(huán)境下的不穩(wěn)定性、以及對(duì)于大量的基礎(chǔ)設(shè)施及其支援的需求。

概述

在一個(gè)實(shí)施例中，處理設(shè)備(諸如包括一個(gè)或多個(gè)中央處理單元(CPU)或片上系統(tǒng)(SOC)的集成電路)可與具有類似物理大小的可向處理設(shè)備提供電能的發(fā)電機(jī)耦合，由此創(chuàng)建可消耗原材料(諸如發(fā)電機(jī)所需的材料)并輸出經(jīng)處理的數(shù)據(jù)的獨(dú)立的自供電處理設(shè)備。處理設(shè)備和發(fā)電機(jī)可以物理地、電地、以及熱能地彼此耦合以形成單個(gè)單一的自供電處理設(shè)備。

在另一實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)可以是燃料電池，該燃料電池可由還能夠支持處理電路的材料來(lái)制造，諸如基于硅的材料。這一燃料電池可被設(shè)定物理大小以具有與其耦合到的處理設(shè)備的表面積相當(dāng)?shù)谋砻娣e。燃料(諸如氫氣或甲烷以及氧化劑氣體形式)可被分別引導(dǎo)到這一燃料電池的陽(yáng)極和陰極上，或者以正交的定向(使得流的方向分隔這兩種燃料)，或者以平行的定向(使得檔板或其他物理屏障分隔這兩種燃料)。設(shè)備可被縱向地堆疊使得堆疊中的一個(gè)設(shè)備的一些部分能夠創(chuàng)建集氣室，用于將氣體形式的燃料遞送到堆疊中的另一設(shè)備的一些部分。

在又一實(shí)施例中，處理設(shè)備可包括物理通信連接，諸如從該設(shè)備的邊緣伸出或伸到該邊緣的引線，由此使得多個(gè)這樣的單一發(fā)電機(jī)和處理設(shè)備能夠被通信耦合，諸如耦合到具有用于物理通信連接的物理接受器的背板。這一背板還可提供到更寬泛的計(jì)算設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的高帶寬通信連接以及其它功能。替代地或附加地，處理設(shè)備可包括無(wú)線通信連接，諸如可提供短距離上的(甚至是噪聲環(huán)境下的)高吞吐量無(wú)線通信的高頻無(wú)線通信連接。

在又一實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)和處理設(shè)備之間的熱耦合可包括從可在較低溫度下運(yùn)行的處理設(shè)備和(在燃料電池的示例中)可維持較高溫度的發(fā)電機(jī)之間的溫度差中來(lái)生成電能的熱電。替代地，熱電可消耗電能并生成發(fā)電機(jī)和處理設(shè)備之間的溫度差，由此有益地對(duì)處理設(shè)備進(jìn)行冷卻，同時(shí)有益地對(duì)發(fā)電機(jī)增加熱量。發(fā)電機(jī)和處理設(shè)備之間的熱耦合可進(jìn)一步包括遞送給發(fā)電機(jī)的燃料和處理設(shè)備之間的熱耦合，由此使得涼爽的燃料能夠在被發(fā)電機(jī)所消耗之前冷卻處理設(shè)備。

在又一實(shí)施例中，計(jì)算設(shè)備可包括一個(gè)或多個(gè)自供電處理設(shè)備以及一個(gè)或多個(gè)能量存儲(chǔ)設(shè)備，使得在執(zhí)行最小量的處理并因此自供電處理設(shè)備可能產(chǎn)生比其處理所消耗的更多的電能期間，由自供電處理設(shè)備產(chǎn)生的能量可被存儲(chǔ)在能量存儲(chǔ)設(shè)備中。反之，在提高處理期間，自供電處理設(shè)備可能需要消耗比它能產(chǎn)生的更多量的電能，因此可消耗存儲(chǔ)在能量存儲(chǔ)設(shè)備中的能量中的一些。