[發明專利]片內串聯供電系統及應用其的運算單元、芯片、算力板和計算設備

在審

• 申請號: 201811206445.X
• 申請日: 2018-10-16
• 公開（公告）號: CN111142641A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 劉杰堯;張楠賡;吳敬杰;馬晟厚
• 申請（專利權）人: 北京嘉楠捷思信息技術有限公司
• 主分類號: G06F1/26
• 分類號: G06F1/26;G06F1/3203;G06F1/20
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 梁揮;祁建國

本發明提供一種片內串聯供電系統及應用其的運算單元、芯片、算力板和計算設備。片內串聯供電系統，包括兩個或兩個以上待供電電壓域，所述待供電電壓域串聯連接在電源和地之間；兩個或兩個以上的隔離區域，所述待供電電壓域形成在所述隔離區域內，所述隔離區域用于隔離所述待供電電壓域；所述隔離區域串聯連接在所述電源和所述地之間；電源補償單元，連接在所述待供電電壓域和所述隔離區域之間，用于向所述待供電電壓域提供電源補償；其中，還包括穩壓單元，所述穩壓單元并聯連接在每一所述隔離區域兩端。本發明的片內串聯供電系統能夠有效減小功耗，降低設計難度，節約芯片面積，減少生產成本。

技術領域

本發明涉及一種多電壓域供電系統，特別涉及一種具有穩壓單元的基于襯底基準對電源電壓進行補償的片內串聯供電系統及應用其的運算單元、芯片、算力板和計算設備。

背景技術

虛擬貨幣(如比特幣、以太幣)是一種P2P形式的數字貨幣，比特幣系統自2009年推出以來就受到了廣泛關注。該系統是基于區塊鏈構建的分布式共享總賬，這樣可以保證系統運行的安全、可靠以及去中心化。

在哈希運算和工作量證明上，比特幣是基于計算得到的唯一正確的哈希值，來證明工作量從而獲得記賬打包區塊權，因此獲得獎勵，這就是工作量證明(Pow)。目前除了暴力計算外，還沒有有效的算法進行哈希運算。對于新一代用于挖掘虛擬數字貨幣的計算設備而言，挖礦過程就是進行大量重復性的邏輯計算流水線。

此種計算設備設計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礦的效率更高，同時意味著在相同的電力消耗下能夠實現更多的算力。

另外，大量重復性的邏輯計算需要向計算設備提供較大的電流，這將導致除邏輯計算所需的功耗之外，計算設備的額外功耗也較大。因此，需要降低計算設備的工作電流，從而降低其額外功耗。

CN206039425U公開了一種串聯供電電路，如圖1所示，在供電端VCC與地之間串行連接多個封裝單元，每個封裝單元中分別包括一組或多組元件，每組元件包括一個相連接的待供電芯片和輔助電源單元，兩組相鄰元件中的待供電芯片之間分別串行連接一個信號電平轉換單元。雖然該串聯供電電路可以實現向每一待供電芯片提供低的電源電壓，但其針對的是向印刷電路板上不同的封裝單元提供串聯供電，無法實現向芯片內部不同電壓域之間的串聯供電。

多電壓域(Multi-supply voltage domain)供電技術越來越廣泛的應用于片上芯片系統(System-on-chip，SoC)及多處理器計算結構中。在應用了多電壓域技術的芯片中，該芯片通常含有多個獨立的電壓域或電壓島，并且每個電壓域下的模塊根據其時序的要求工作在恰當的電源電壓下。一般來說，對于時序比較關鍵的模塊，它通常工作在高的電源電壓下(VDDH)下，以滿足芯片對速度性能的要求；而對于非關鍵的電路模塊，它則工作在低的電源電壓(VDDL)甚至亞閾值電源電壓下，以降低芯片的功耗消耗和能量消耗。