[發明專利]一種芯片動態熱管理中熱傳感器溫度實時校準的方法

有效

• 申請號: 201710798296.X
• 申請日: 2017-09-07
• 公開（公告）號: CN107677393B
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 李鑫;歐興濤;李智;段哲民;周巍
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01K15/00
• 分類號: G01K15/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 常威威

本發明提供了一種芯片動態熱管理中熱傳感器溫度實時校準的方法。首先，利用平滑濾波得到熱傳感器溫度預測值；然后，通過卡爾曼濾波將溫度預測值和觀測值進行融合，得到第一次熱傳感器溫度校準值；接著，利用第一次卡爾曼濾波得到的校準值和相關性系數判斷熱傳感器觀測值偏大或偏小，并對熱傳感器溫度觀測值進行校正；最后，再次利用卡爾曼濾波將校正后的觀測值和平滑濾波得到的預測值進行融合。利用本發明方法可以得到更加準確的熱傳感器溫度估計值，實現熱傳感器溫度的實時校準。

技術領域

本發明屬芯片溫度監控技術領域，具體涉及一種芯片動態熱管理中熱傳感器溫度實時校準的方法。

背景技術

隨著集成電路特征尺寸的縮小和性能需求的增加，其功率密度迅速上升，導致芯片溫度不斷升高。此外，為了提高處理器性能，芯片設計者不斷提升處理器頻率，導致其動態功耗不斷增加。再者，隨著集成電路制造技術的不斷改進，門電路的閾值電壓、氧化厚度以及通道長度進一步減小，致使漏電流不斷增大，漏電功耗(即靜態功耗)顯著增加。目前研究顯示，電路總功耗中靜態功耗已經占據一半以上。值得注意的是，靜態功耗不但與制造工藝有關，還和芯片溫度存在一定關系。一方面，靜態功耗隨芯片溫度的上升呈指數級增加；另一方面，增加的靜態功耗反過來會進一步提高芯片溫度，導致惡性循環，進而出現熱失控。

近年來，高性能多核處理器普遍集成片上熱傳感器，采用動態熱管理(DynamicThermal Management,DTM)技術對芯片實施連續溫度監控，一旦溫度超過警戒閾值，便采取調節手段使其恢復到安全范圍內。然而，實際芯片中的熱傳感器不可避免地伴隨有多種噪聲，例如制造隨機性噪聲、電源電壓噪聲、溫度與電路參數交叉耦合和非線性關系引起的噪聲等等。這些噪聲大部分是由于生產制造的不完美性和環境的不確定性造成的。具體來說，因為當前半導體工藝技術的客觀限制，不可避免地存在生產制造的隨機性，即在實際制造中各個器件不可能和設計的參數毫無出入。同時，在芯片上還存在電網噪聲和交叉耦合效應。此外，熱傳感器的溫度參數和芯片參數之間還存在一些非線性的限制關系問題。由于這些噪聲源理論上不能被完全消除，即使不斷提高半導體的制造工藝，努力提供穩定的運行環境，也只能減小噪聲的產生，這就給動態熱管理的運行埋下了隱患。如果不對片上熱傳感器溫度讀數進行降噪處理，熱點誤警率會顯著增加，在一定程度上會加劇錯誤的預警和不必要的響應，使動態熱管理的可靠性受到嚴重影響，給系統性能帶來不必要的損失。一方面，過高的溫度估計會引起錯誤的預警和觸發不必要的熱控制機制，導致動態熱管理的使用次數增加；另一方面，過低的溫度估計將極大降低處理器的可靠性，甚至導致芯片的損壞。

實時有效的熱傳感器溫度校準方法對芯片的性能、壽命、可靠性等影響至關重要，已成為一個新興且極其重要的研究方向及一個迫切需要解決的問題。通過對現有技術文獻檢索發現，Yufu Zhang和Ankur Srivastava在2011年IEEE Transactions on Very LargeScale Integration(VLSI)Systems(IEEE超大規模集成電路系統)發表文章《AccurateTemperature Estimation Using Noisy Thermal Sensors for Gaussian and Non-Gaussian Cases》(對于含噪熱傳感器在高斯和非高斯噪聲下的精確溫度估計)，該文章對于芯片上含噪熱傳感器溫度估計提出了一種統計學的處理方法，分別對單傳感器和多傳感器在高斯和非高斯噪聲兩種狀態下的溫度估計進行分析。其不足之處在于該方法首先需要模擬出芯片的先驗功率密度信息，缺乏實時預測的能力，實用性較差。

發明內容