對處理單元的分布式電力輸送的制作方法
【專利摘要】提供了用于對印刷電路板上的處理單元的分布式電力輸送的技術。在一個示例中，印刷電路板包括耦連到多個電通道的處理單元，包括在處理單元的第一側的一個或多個第一通道，以及在處理單元的第二側的一個或多個第二通道。印刷電路板進一步包括經由第一通道耦連到處理單元的第一電源，以及經由第二通道耦連到處理單元的第二電源。處理單元配置為接收總電流，包括實質上同時從第一電源和第二電源汲取的電流。總電流大約等于處理單元將從單個電源汲取的電流。
【專利說明】對處理單元的分布式電力輸送
【技術領域】
[0001]本發明總地涉及集成電路，并且更具體地，涉及對印刷電路板上的處理單元的分布式電力輸送(deli very)。
【背景技術】
[0002]印刷電路板上的處理單元和其他電路消耗和耗散電力。這類處理單元的示例包括但不限于圖形處理單元(GPU)和中央處理單元(CPU)。耦連到處理單元的其他電路包括但不限于將處理單元耦連到印刷電路板上的電源(例如，電池)的電通道。處理單元可消耗電力，例如通過開關包括在處理單元內的器件(例如觸發器、晶體管等)。處理單元的這類操作自然與非零量的浪費和/或耗散電力相關聯。例如，處理單元所需求的電力致使電流從電源通過電通道流到處理單元。因為電流流動通過電通道，所以電通道由于其阻抗(例如電阻等)而以熱量的形式自然耗散非零量的電力。因此，所耗散的熱量相當于印刷電路板的浪費和/或耗散的電力。
[0003]不同的處理單元消耗和耗散不同程度的電力。處理單元的一些實現方案使用相對少的電力。例如，移動電話中的處理單元可能僅消耗和耗散幾百毫瓦特的電。嵌入式系統的微控制器可能消耗和耗散幾毫瓦特。相比之下，諸如臺式機或便攜式電腦的通用個人計算機的處理單元可能因為較高的復雜度和個人計算機的速度而消耗和耗散相當多的電力。這類微電子處理單元可能消耗和耗散大約幾瓦特到數百瓦特的電力。歷史上，利用真空管所實現的早期處理單元消耗大約許多千瓦特的電力。
[0004]無論處理單元是何種類型，設計高效地實施處理任務而不過熱的處理單元一直是首要設計目標。此外，印刷電路板的物理設計常常包括處理單元耦連到在處理單元一側的單個電源。不幸地，在這類設計(例如，單個電源在處理單元一側)中，電力常被不必要地耗散。
[0005]如前述所示，本領域需要的是用于將電力分布到印刷電路板上的電子器件的更高效的方法。

【發明內容】

[0006]本技術的一個實現方案闡述了印刷電路板，其包括耦連到多個電通道的處理單元，包括在處理單元的第一側的一個或多個第一通道，以及在處理單元的第二側的一個或多個第二通道。印刷電路板進一步包括經由第一通道耦連到處理單元的第一電源，以及經由第二通道耦連到處理單元的第二電源。處理單元配置為接收總電流，包括實質上同時從第一電源和第二電源汲取的電流。總電流約等于處理單元原本從單個電源汲取的電流。
[0007]有利地，所公開的方法通過物理地將電源相位分布在處理單元的周圍來提高對處理單元的電力輸送效率。因此，本技術可幫助制造商減少耗散在印刷電路板中的電力。減少電力耗散使例如電源(例如電池)能夠更高效并能夠更長時間地為處理單元提供能量。【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]因此，可以詳細地理解本發明的上述特征，并且可以參考實施例得到對如上面所簡要概括的本發明更具體的描述，其中一些實現方案在附圖中示出。然而，應當注意的是，附圖僅示出了本發明的典型實現方案，因此不應被認為是對其范圍的限制，本發明可以具有其他等效的實現方案。
[0009]圖1是示出了配置為實現本發明的一個或多個方面的計算機系統的框圖。
[0010]圖2是示范性印刷電路的概念圖。
[0011]圖3是根據本發明的一個實施例的、具有分布在兩個不同電源之中的電源的示范性印刷電路板的概念圖。
[0012]圖4是根據本發明的一個實施例的、具有分布在可能不均勻(uneven)的兩個不同電源之中的電源的示范性印刷電路板的概念圖。
[0013]圖5是根據本發明的一個實施例的、印刷電路板上的分布式電力輸送的示范性曲線圖。
[0014]圖6是根據本發明的一個實施例的、具有分布在三個不同電源之中的電源的示范性印刷電路板的概念圖。
[0015]圖7是根據本發明的一個實施例的、具有分布在四個不同電源之中的電源的示范性印刷電路板的概念圖。
【具體實施方式】
[0016]在下面的描述中，將闡述大量的具體細節以提供對本發明更透徹的理解。然而，本領域的技術人員應該清楚，本發明可以在沒有一個或多個這些具體細節的情況下得以實施。在其他實例中，未描述公知特征以避免對本發明造成混淆。
[0017]系統概述
[0018]圖1為示出了配置為實現本發明的一個或多個方面的計算機系統100的框圖。計算機系統100包括中央處理單元(CPU) 102和包括設備驅動程序103的系統存儲器104。CPU102和系統存儲器104經由可以包括存儲器橋105的互連路徑通信。存儲器橋105可以是例如北橋芯片，經由總線或其他通信路徑106 (例如超傳輸(HyperTransport)鏈路)連接到輸入/輸出(I/O)橋107。I/O橋107，其可以是例如南橋芯片，從一個或多個用戶輸入設備108 (例如鍵盤、鼠標)接收用戶輸入并且經由路徑106和存儲器橋105將該輸入轉發到CPU102。并行處理子系統112經由總線或其他通信路徑113 (例如外圍部件互連(PCI)Express、加速圖形端口(AGP)或超傳輸鏈路)耦連到存儲器橋105 ;在一個實施例中，并行處理子系統112是將像素傳遞到顯示設備110 (例如常規的基于陰極射線管(CRT)或液晶顯示器(IXD)的監視器)的圖形子系統。系統盤114也連接到I/O橋107。交換器116提供I/O橋107與諸如網絡適配器118以及各種插卡120和121的其他部件之間的連接。其他部件(未明確示出)，包括通用串行總線(USB)或其他端口連接、壓縮光盤(⑶)驅動器、數字視頻光盤(DVD)驅動器、膠片錄制設備及類似部件，也可以連接到I/O橋107。通信路徑互連圖1中的各部件可以使用任何適合的協議實現，諸如PC1、PC1-Express (PCIe), AGP、超傳輸或者任何其他總線或點到點通信協議，并且如本領域已知的，不同設備間的連接可使用不同協議。[0019]在一個實施例中，并行處理子系統112包含經優化用于圖形和視頻處理的電路，包括例如視頻輸出電路，并且構成圖形處理單元(GPU)。在另一個實施例中，并行處理子系統112包含經優化用于通用處理的電路，同時保留底層(underlying)的計算架構，本文將更詳細地進行描述。在又一個實施例中，可以將并行處理子系統112與一個或多個其他系統元件集成，諸如存儲器橋105、CPU102以及I/O橋107，以形成片上系統(SoC)。
[0020]應該理解，本文所示系統是示例性的，并且變化和修改都是可能的。連接拓撲，包括橋的數目和布置、CPU102的數目以及并行處理子系統112的數目，可根據需要修改。例如，在一些實施例中，系統存儲器104直接連接到CPU102而不是通過橋，并且其他設備經由存儲器橋105和CPU102與系統存儲器104通信。在其他替代性拓撲中，并行處理子系統112連接到I/O橋107或直接連接到CPU102，而不是連接到存儲器橋105。而在其他實施例中，I/O橋107和存儲器橋105可能被集成到單個芯片上。大型實施例可以包括兩個或更多個CPU102以及兩個或更多個并行處理系統112。本文所示的特定部件是可選的；例如，任何數目的插卡或外圍設備都可能得到支持。在一些實施例中，交換器116被去掉，網絡適配器118和插卡120、121直接連接到I/O橋107。[0021]圖2是示范性印刷電路202的概念圖。處理單元205、電源210和電通道240耦連到印刷電路板202上。處理單元205經由電通道240耦連到電源210。將理解的是，印刷電路板202可包括其他電路(未示出)，諸如存儲器器件和另一個處理單元，以及其他器件。在一個實現方案中，印刷電路板202可位于移動系統上，諸如例如手機、便攜式電腦、平板計算機和/或手持游戲設備，以及其他計算機系統。在一個實現方案(未示出)中，電源210可物理地位于處理單元205的另一側，而不是如圖2中所示出的在左側。處理單元205的示例包括但不限于圖形處理單元(GPU)和/或中央處理單元(CPU)。電源210的示例包括但不限于電池，諸如例如鋰離子電池、鋰聚合物電池、鎳鎘電池、鎳金屬氰化物電池、另一類型的可充電電池和/或非可充電電池。
[0022]在圖2的示例中，電源210操作為單個電源并且物理地位于印刷電路板202的一偵U。處理單元205操作為電源210的單點載荷。在一個實現方案中，其中電源210配置為對處理單元205提供多相電源，輸送自電源210的所有電源相位配置為經過(一個或多個)電通道240到處理單元205。電通道240概括地包括涉及將電力從電源210輸送到處理單元250的任何電路和器件。在一個實現方案中，電通道240包括從層壓到印刷電路板202的非導電襯底上的銅片所刻蝕的導電通路、軌道或信號走線(trace)。
[0023]因為電流流過電通道240，所以不幸地，由于印刷電路板202及其部件的固有阻抗，電力在印刷電路板202中和/或印刷電路板202的部件中被耗散。為了描述本技術，可將阻抗簡化到電阻，其為阻抗在數學上的實數部分(與虛數部分相反)。例如，電通道240具有可簡化為電阻&的阻抗，電流I1流過該電阻。電源210以電壓V1進行操作。根據電子電路中相稱的歐姆定律，印刷電路板202中所耗散的電力可根據下面的等式來描述:
[0024]
/? 散=?( I )
[0025]例如，如果處理單元205需求200安培的總電流，并且電阻R1為0.0002歐姆，那么印刷電路板202中所耗散的電力為8瓦特(2002x0.00 0 2)。制造商可能想盡可能地減少電力耗散。減少電力耗散使例如電源(例如電池)能夠更高效并能更長時間地為處理單元提供能量。如下面參照圖3-7所進一步描述的，本技術設計用于通過提供分布式電源來減少印刷電路板中的電力耗散的技術。
[0026]分布電力輸送以提高效率
[0027]圖3是根據本發明一個實施例的、具有分布在兩個不同的電源之中的電源的示范性印刷電路板302的概念圖。印刷電路板302包括和/或耦連到處理單元305、電源310、電源312、電通道340以及電通道342。處理單元305經由電通道340耦連到電源310。處理單元305還經由電通道342耦連到電源312。因此，在一些實現方案中，印刷電路板302可配置為類似于圖2中的印刷電路板202，但是要具有分布在兩個電源之中的電源。圖3的系統包括分布式電源(例如電源310和312)以及單點載荷(例如處理單元305)。
[0028]電通道340具有可簡化為電阻R2的阻抗。電通道342具有可簡化為電阻R3的阻抗。在圖3的一個實現方案中，電阻R2和電阻R3每個大約等于圖2的電阻R1的一半。電源310提供電流“并以電壓V2進行操作。電源312提供電流“并以電壓V3進行操作。在一個實現方案中，電流i2和電流i3每個大約等于圖2的電流I1的一半。
[0029]每個電源(310，312)可定位在印刷電路板302上任何許可的物理位置處。例如，如圖3中所示，處理305可利用電源310和312在其相反兩側而被配置。在另一個示例(未示出)中，處理305可利 用一個電源在處理單元305的第一側、并且另一個電源在物理上與第一側大致正交的第二側而被配置。機械約束限制電源(310，312)的許可的配置。例如，器件(例如存儲器器件、導電通道、電軌、CPU、GPU等)的物理位置和/或局限性可限制電源(310,312)的許可配置。
[0030]如上文參照圖2所描述的，電源(例如多相電源)可在處理單元305的一側具有所有電源相位，但不是在兩側或更多側。這類單個電源意味著從電源所輸送到處理單元的所有電力均經過在處理單元的任一側、而不是在多于一側上的電通道。
[0031]相比之下，圖3的印刷電路板302的部件配置為通過物理地將電源相位分布在處理單元305的周圍來提高電力輸送到處理單元305的效率。印刷電路板302的部件將電源分布在處理單元305的兩側。例如，部件對較高電力GPU所需的多相電源進行分布，允許電力輸送實質上同時流向GPU的左邊和右邊。
[0032]在一個實現方案中，輸送到處理單元305的電力可被從電源310和電源312大約均勻地分布。處理單元305是單點載荷。在一個實現方案，總電阻(R2+R3)可與圖2的電通道240的電阻R1大約相同。但是，總電阻(R2+R3)被各自分到電通道340和電通道342上。在一個實現方案中，特定電流流動所要求的電通道的數目與流自電源的電流量成比例。根據電子電路中相稱的歐姆定律，印刷電路板302中所耗散的電力可根據下面的等式來描述:
[0033]
【權利要求】
1.一種印刷電路板,包括: 耦連到多個電通道的處理單元，包括在所述處理單元的第一側的一個或多個第一通道，并且進一步包括在所述處理單元的第二側的一個或多個第二通道； 經由所述一個或多個第一通道耦連到所述處理單元的第一電源；以及 經由所述一個或多個第二通道耦連到所述處理單元的第二電源； 其中所述處理單元配置為接收包括實質上同時從所述第一電源和所述第二電源汲取的電流的總電流，其中所述總電流約等于所述處理單元原本將從單個電源汲取的電流。
2.根據權利要求1所述的印刷電路板，其中所述第一電源配置為對所述處理單元提供第一電流，所述第二電源配置為對所述處理單元提供第二電流，并且其中所述第一電流和所述第二電流之和約等于所述總電流。
3.根據權利要求1所述的印刷電路板，其中所述第一電源配置為對所述處理單元提供第一電流，并且所述第二電源配置為對所述處理單元提供第二電流，所述第一電流和所述第二電流之和約等于所述總電流，并且所述第一電流和所述第二電流各自約等于所述總電流的一半。
4.根據權利要求1所述的印刷電路板，其中所述第一電源配置為對所述處理單元提供第一電流，所述第二電源配置為對所述處理單元提供第二電流，所述第一電流和所述第二電流之和約等于所述總電流，并且所述第一電流不等于所述第二電流。
5.根據權利要求1所述的印刷電路板，其中所述處理單元的所述第一側與所述處理單元的所述第二側在物理上大致相反。
6.根據權利要求1所述的印刷電路板，其中所述處理單元的所述第一側與所述處理單元的所述第二側在物理上大致正交。
7.根據權利要求1所述的印刷電路板，其中分布式電源配置為，在所述印刷電路板中耗散的電力比原本與所述單個電源相關聯的電力耗散更少。
8.根據權利要求1所述的印刷電路板，其中所述多個電通道進一步包括在所述處理單元的第三側的一個或多個第三通道，并且其中所述印刷電路板進一步包括經由所述一個或多個第三通道耦連到所述處理單元的第三電源。
9.根據權利要求8所述的印刷電路板，其中所述多個電通道進一步包括在所述處理單元的第四側的一個或多個第四通道，并且其中所述印刷電路板進一步包括經由所述一個或多個第四通道耦連到所述處理單元的第四電源。
10.根據權利要求1所述的印刷電路板，其中所述印刷電路板被布置在移動系統內，所述移動系統包括下列中的至少一個: 手機； 便攜式電腦； 平板計算機；或 手持游戲設備。
【文檔編號】G06F1/26GK103914117SQ201310746929
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年12月30日 優先權日:2012年12月28日
【發明者】布賴恩·羅杰·羅艾勒爾 申請人:輝達公司