(57)【要約】集積回路のパッケージ前の特性表示に基づいて電力を適応制御する方法およびシステムである。特定の集積回路の特性を使用して、その集積回路の電力が適応制御される。
2006512684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロプロセッサを動作させる方法であって、
前記マイクロプロセッサのための所望の動作周波数を決定するステップと、
前記マイクロプロセッサ内に記憶され、そして、前記マイクロプロセッサに特化された情報にアクセスするステップであって、前記情報を使用して、前記所望の動作周波数で前記マイクロプロセッサを動作させるための、前記マイクロプロセッサの特性に基づく最適電圧を決定するステップと、
前記最適電圧で前記マイクロプロセッサを動作させるステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記情報が、前記マイクロプロセッサのパッケージングに先立って、前記マイクロプロセッサ内で符号化される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記最適電圧で動作している間、前記マイクロプロセッサを前記所望の動作周波数で動作させるステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記マイクロプロセッサの前記特性が、前記マイクロプロセッサの温度測定を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記温度測定が、アクセスする前記ステップを行う位置の最も近くで実施される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記情報が、複数組の周波数−電圧動作点のうちの１組へのマッピングを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記複数組の周波数−電圧動作点が、前記マイクロプロセッサ内に記憶されない、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
マイクロプロセッサの製造方法であって、
複数の未パッケージのマイクロプロセッサにアクセスするステップと、
前記複数の未パッケージのマイクロプロセッサのうちの１つのマイクロプロセッサに必要な、指定周波数における電力制限に合致するための電圧を決定するステップと、
前記電圧の情報を前記１つのマイクロプロセッサの中に符号化するステップと
を含む方法。
【請求項９】
前記決定ステップが、前記１つのマイクロプロセッサのパッケージングに先立って実行される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
決定する前記ステップがウェハレベルで実行される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
符号化する前記ステップもまた、前記ウェハレベルで実行される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記電圧が、前記１つのマイクロプロセッサのキャパシタンスを測定することによって決定される、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記電圧が、前記１つのマイクロプロセッサのアイドル電流を測定することによって決定される、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
決定する前記ステップが複数の温度で実行される、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記情報が、周波数−電圧特性の複数の関係のうちの１つへのマッピングを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
集積回路であって、
マイクロプロセッサ回路と、
前記マイクロプロセッサ回路に結合された不揮発性記憶装置の少なくとも１つのビットとを備え、
前記不揮発性記憶装置が、前記集積回路の周波数−電圧特性の情報を含んでいる集積回路。
【請求項１７】
前記情報が、周波数−電圧特性の複数のグループのうちの１つへのマッピングを含む、請求項１６に記載の集積回路。
【請求項１８】
前記マイクロプロセッサ回路が、前記集積回路の動作状態を示す値を提供する、請求項１６に記載の集積回路。
【請求項１９】
前記値が前記集積回路の温度を含む、請求項１８に記載の集積回路。
【請求項２０】
前記値が前記集積回路の所望の動作周波数を含む、請求項１８に記載の集積回路。
【請求項２１】
不揮発性記憶装置の前記少なくとも１つのビットがリセット不能である、請求項１６に記載の集積回路。
【請求項２２】
前記情報が前記集積回路のパッケージングに先立って記憶される、請求項１６に記載の集積回路。
【請求項２３】
２組の周波数−電圧動作点を備えた、コンピュータ可読メモリ内のデータ構造であって、
前記組の個々の周波数−電圧動作点が、マイクロプロセッサ集積回路を所望の周波数で動作させるために必要な最低動作電圧を指定し、更に、
周波数−電圧動作点の組の各々が、複数のマイクロプロセッサ集積回路の１つのクラスを表し、複数のマイクロプロセッサ集積回路の前記クラスの各々が異なる周波数−電圧特性を有しているところのデータ構造。
【請求項２４】
前記データ構造がマイクロプロセッサ集積回路の外部に存在する、請求項２３に記載のデータ構造。
【請求項２５】
温度依存動作電圧情報を更に含む、請求項２３に記載のデータ構造。
【請求項２６】
マイクロプロセッサ集積回路に記憶されている情報によって前記組の周波数−電圧動作点の各々を指示することができる、請求項２３に記載のデータ構造。
【請求項２７】
マイクロプロセッサ集積回路と、
前記マイクロプロセッサ集積回路に結合されて、前記マイクロプロセッサ集積回路に選択可能電圧を供給するための電圧源と、
前記マイクロプロセッサ集積回路に結合されて、前記マイクロプロセッサ集積回路の動作電圧を最適化する方法を実施するための命令を含むメモリ空間と
を備えたコンピュータであって、前記方法が、
前記マイクロプロセッサ集積回路のための所望の動作周波数を決定するステップと、
前記マイクロプロセッサ集積回路内に記憶されている情報にアクセスして、前記マイクロプロセッサを前記所望の動作周波数で動作させるための最適電圧を決定するステップであって、前記最適電圧が、前記マイクロプロセッサ集積回路の特性に基づいているところのステップと、
前記電圧源に前記最適電圧を前記マイクロプロセッサ集積回路に供給させるステップとを含んでいる
ところのコンピュータ。
【請求項２８】
少なくとも２組の周波数−電圧動作点を備えた第２のメモリ空間を更に備え、
前記組の個々の周波数−電圧動作点が、マイクロプロセッサ集積回路を所望の周波数で動作させるために必要な最低動作電圧を指定し、更に、
少なくとも２組の周波数−電圧動作点の各々が、複数のマイクロプロセッサ集積回路の１つのクラスを表し、複数のマイクロプロセッサ集積回路の各々のクラスが異なる周波数−電圧特性を有する、請求項２７に記載のコンピュータ。
【請求項２９】
前記情報が、前記少なくとも２組の周波数−電圧動作点のうちの１つへのマッピングを含む、請求項２８に記載のコンピュータ。
【請求項３０】
前記第２のメモリ空間が前記マイクロプロセッサ集積回路内に包含されない、請求項２８に記載のコンピュータ。
【請求項３１】
前記第２のメモリ空間が温度依存動作電圧情報を更に含む、請求項２８に記載のコンピュータ。
【請求項３２】
前記マイクロプロセッサ集積回路の温度を測定するための手段を更に備えた、請求項３１に記載のコンピュータ。
【請求項３３】
前記方法が、
前記マイクロプロセッサ集積回路の温度にアクセスするステップと、
前記温度依存動作電圧情報にアクセスして、前記所望の動作周波数および前記マイクロプロセッサ集積回路の前記温度で、前記マイクロプロセッサを動作させるための最適電圧を決定するステップとを更に含む、請求項３２に記載のコンピュータ。
【請求項３４】
マイクロプロセッサのクラスに関連する、電圧−周波数の複数の関係を記憶するメモリと、
前記クラスの複数のマイクロプロセッサのうちの１つのマイクロプロセッサと
を備えた電子デバイスであって、前記マイクロプロセッサが、前記マイクロプロセッサ上に記憶され、前記複数の電圧−周波数の関係のうちの特定の電圧−周波数の関係を示す情報を含み、前記特定の電圧−周波数の関係が前記マイクロプロセッサに特化され、そして、前記特定の電圧−周波数の関係を使用して、前記マイクロプロセッサに印加すべき、前記マイクロプロセッサの所望の動作周波数に基づく最適電圧が選択されるところの電子デバイス。
【請求項３５】
前記最適電圧を印加し、そして、前記マイクロプロセッサを前記所望の動作周波数で動作させるための論理を更に備え、前記論理は、前記メモリおよび前記マイクロプロセッサに結合されている、請求項３４に記載のデバイス。
【請求項３６】
前記メモリが前記マイクロプロセッサから分離している、請求項３４に記載のデバイス。
【請求項３７】
前記情報が、前記マイクロプロセッサ上に組み込まれたプログラマブルヒューズに記憶される、請求項３４に記載のデバイス。
【請求項３８】
前記情報が、前記マイクロプロセッサ上に組み込まれたプログラマブルメモリに記憶される、請求項３４に記載のデバイス。
【請求項３９】
前記情報が、前記マイクロプロセッサの特性表示後に獲得される、請求項３４に記載のデバイス。
【請求項４０】
前記情報が、ウェハレベルの前記マイクロプロセッサにプログラムされる、請求項３９に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書の実施形態は、集積回路の製造および動作に関する。より詳細には、本明細書の実施形態は、集積回路をその集積回路の最適電圧で動作させるためのコンピュータ実施プロセスに関する。本明細書は、部分的に、集積回路のパッケージ前の特性表示に基づく適応電力制御を開示する。
【背景技術】
【０００２】
移動コンピュータ、たとえば電池によって電力が供給されるコンピュータが直面している重大な問題は、このようなコンピュータを充電と充電の間で動作させることができる時間の長さである。もう１つの問題は、エレクトロニクスの熱損失の問題である。コンピュータプロセッサには、その能力が高くなるにつれてより速いクロック速度で動作し、かつ、より多くの電力を散逸する傾向がある。また、より能力の高い周辺装置、たとえばより容量の大きいハードドライブおよび無線高速ネットワークも、有効電池電力のこれまで以上の増加部分を主コンピュータプロセッサと競い合っている。同時に、携帯型コンピュータのサイズおよび重量は、それらを更に可搬性に富んだものにするために絶えず縮小されている。電池は、通常、携帯型コンピュータおよび他の携帯型デバイスの重量の極めて大きな割合を占めるため、電池のサイズ延いては電池の容量を最小限に維持する傾向が続いている。また、携帯型デバイスのコンパクトな性質が熱損失の問題を大きくしている。
【０００３】
多大な時間、経費および努力が、携帯型コンピュータの動作寿命を長くするための技法に傾注されている。現在、典型的なプロセッサおよびコンピュータシステムは、携帯型コンピュータの様々な機能に対して、それらが長期間に渡って使用されていない場合に、それらの機能による電力の消費を不能にするための回路およびソフトウェアを備えている。たとえば、選択された一定の期間の間、表示画面が未使用である場合、表示画面をターンオフするための様々な技法が工夫されている。同様のプロセスがハードドライブが使用されていない時間の長さを測定し、一定期間が経過すると回転を不能にしている。別のこのようなプロセスを使用して、一定の非アクティブ期間が経過すると、中央処理装置を休止状態にしている。
【０００４】
これらのプロセスは、一般的には携帯型コンピュータの動作寿命を長くするために有効であるが、一般的には動作寿命は依然として望ましい持続期間を達成していない。実際、電池の寿命は、携帯型プロセッサとコンピュータ製造者との間の高度に競合的な仕様であり、より長い電池寿命に対する要望は、ほぼ世界中に存在している。
【０００５】
極めて多くの研究がなされており、必要な電力が少ないプロセッサが製造されることであろう。今日、コンピュータシステムに使用されているほとんどのプロセッサは、相補性金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）技術を使用して製造されている。ＣＭＯＳ集積回路によって消費される電力は、静的部分と動的部分との２つの構成要素からなっている。動的電力は、近似的に、ｐ＝ＣＶ２ｆで与えられる。Ｃはアクティブスイッチングキャパシタンス、Ｖは供給電圧、ｆは動作周波数である。静的電力は、アイドルすなわち「オフ」電流×電圧で表される。
【０００６】
プロセッサは、任意の所与の瞬間に使用者によって要求される計算資源を提供する周波数の最低可能電圧で動作させることが望ましい。たとえば、プロセッサが６００ＭＨｚで動作しており、かつ、プロセッサの需要の半分しか使用者がプロセスを走らせていない場合、周波数をほぼ１／２にすることができる。これに対応して、多くの場合、同じく電圧を１／２にすることができる。したがって動的電力の消費を１／８にすることができる。従来技術においては、この動的周波数−電圧スケーリングを実施する様々な方法が記述されている。
【０００７】
カリフォルニア州サンタクララにあるＴｒａｎｓｍｅｔａ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎは、プロセッサに使用することができる、処理要求に応じて電圧を調整するための極めて有効なシステムを市販している。本出願の譲受人に譲渡された、２０００年１月１８日出願の、Ｓ．Ｈａｌｅｐｅｔｅらに対する「Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ」という名称の米国特許出願第０９／４８４，５１６号に、このようなシステムの実施形態が記載されている。
【０００８】
Ｈａｌｅｐｅｔｅらは、プロセッサの電圧およびクロック周波数を、ソフトウェアによってプロセッサに課せられる要求に対応する電圧およびクロック周波数に動的に適合させるためのプロセッサの能力を開示している。動的電力は、クロック速度に比例して直線的に変化し、かつ、電圧の２乗で変化するため、電圧および周波数の両方を調整することにより、動的電力の消費を３乗もしくはそれ以上のオーダで低減することができる。これに対して、従来のプロセッサに可能な電力の調整は、直線的（周波数の調整のみによる）な調整のみである。
【０００９】
図１は、マイクロプロセッサを動作させるための従来技術による例示的動作周波数対供給電圧曲線１１０を示したものである。曲線１１０は、所望の動作周波数を達成するために必要な供給電圧Ｖｄｄを示しており、たとえば周波数１２０で動作させるためには、供給電圧１６０が必要である。
【００１０】
曲線１１０は、たとえば多数のマイクロプロセッササンプルに対する周波数対電圧情報を収集することによって、マイクロプロセッサの母集団のための標準として確立することができる。良く知られている様々な統計的分析手法を使用して曲線１１０を確立し、性能とプロセス歩留りとの最適トレードオフを達成することができる。たとえば、全母集団の９０％が曲線１１０より良好な周波数−電圧性能を示すように曲線１１０を確立することができる。曲線１１０を使用して１組の周波数−電圧動作点を確立することができる。たとえば周波数１５０は電圧１９０と対であり、周波数１４０は電圧１８０と、周波数１３０は電圧１７０と、また、周波数１２０は電圧１６０とそれぞれ対である。また、このような１組の周波数−電圧対（すなわち動作点）は、次の表１に示すように、テーブルの形態で表すことも可能である。
【００１１】
【表１】
2006512684.tif 000003
【００１２】
このようなプロセッサは、周波数および電圧の多数の異なる組合せ、すなわち動作点で動作するように構成される。専用の電力管理ソフトウェアによってプロセッサがモニタされ、プロセッサによる動的電力の消費を有利に最少化するために、これらの動作点と動作点の間で、ランタイム条件変更として動的にスイッチされる。
【００１３】
残念なことには、従来技術の場合、このような電力管理ソフトウェアは、１組の周波数−電圧動作点での動作に限定されている。たとえば特定の製造プロセスに対する特定のプロセッサモデルを認定試験している間に、１組の周波数−電圧動作点が決定され、そのプロセッサモデルのすべてのデバイスの動作に使用される。このような１組の周波数−電圧動作点は、プロセッサデバイスの母集団の最悪動作に基づいて決定され、たとえばそのプロセッサデバイスの汎用可用性に先立って決定される。
【００１４】
プロセッサ集積回路（「マイクロプロセッサ」）の電力消費に関連する多くの特性は、製造プロセスの間に大きく変化する。たとえば、最大動作周波数、閾値電圧およびキャパシタンスは、バッチ間で、更には同じウェハにおいて、それぞれ３０％以上変化することがある。漏れ電流は閾値電圧の指数であり、公称値から５００％変化することがある。残念な結果として、このような１組の周波数−電圧動作点は、たとえば認定プロセスの間に、一般的にはプロセッサデバイスの汎用可用性に先立って決定されるプロセッサデバイスの母集団の最悪動作に基づいている。
【００１５】
多くのプロセッサ、典型的には製造済み母集団の大半は、最悪性能に基づく標準の１組より多い有利な周波数−電圧動作点で動作させることができる。たとえば、標準組が１．２ボルトで６００ＭＨｚの動作を指定している場合、個々のプロセッサデバイスの多くは、６００ＭＨｚでたったの１．１ボルトで動作させることができる。しかしながら、このようなより良好な性能を発揮するプロセッサは、標準の周波数−電圧動作点での動作に不利益に設定されており、電力を無駄に消費している。また、このような部品は、通常、より低い閾値電圧を有することになり、より高い供給電圧での動作を強制されると、漏れ電流が増加することになる。これらの両方の効果が電力を過度に消費し、電池の寿命を、いたずらに、このような特定のプロセッサデバイスに対する最適な電池寿命より短くしている。
【００１６】
また、通常、プロセッサモデルの商用寿命の間に、様々な洗練および改善がその製造プロセスに加えられる。これらの洗練および改善の中には、たとえば、既存の標準周波数−電圧動作点の組を最適ではない組にしているプロセッサ母集団の電力特性を改善するものもある。
【００１７】
従来技術は、主としてマイクロプロセッサの動的電力消費の低減に的を絞っているが、残念なことには、近代の半導体プロセス、たとえば最小フィーチャサイズが約０．１３ミクロン以下のプロセスにおいては、総電力消費に占める静的電力消費を無視することはもはやできない。このようなプロセスの場合、静的電力は、総電力消費の１／２を占めることもある。また、静的電力が総電力に占める割合は、半導体プロセスの逐次生成に伴って増加する傾向がある。
【００１８】
たとえば、最大動作周波数は、通常、量（１−Ｖｔ／Ｖｄｄ）、つまり、供給電圧で除した閾値電圧を１から引いた量に比例している（微小プロセス幾何学の場合）。プロセス幾何学が縮小されると、通常、酸化膜の破壊などの有害な影響を回避するために供給電圧（Ｖｄｄ）も低減される。したがって、有利な最大動作周波数を維持し、あるいは高くするためには、同じく閾値電圧を低くしなければならず、したがって、ゲート酸化膜は、ゲートがチャネルの制御を維持することができるよう、より薄く構築されている。ゲート酸化膜をより薄くすることにより、ゲートキャパシタンスを大きくすることができる。「オフ」であるか、あるいはＣＭＯＳデバイスの漏れ電流が一般的にゲートキャパシタンスに比例しているため、ゲート酸化膜をより薄くする傾向には、漏れ電流を大きくする傾向がある。残念なことには、漏れ電流が増加すると、静的電力の消費が著しく増加する。また、残念な結果として、半導体プロセスのサイズの絶えることのない縮小により、総電力消費に対する静的電力散逸の関与がこれまで以上に増加している。
【００１９】
また、漏れ電流は、デバイス幾何学の多数のアスペクトおよびインプラント特性の影響を受けるため、静的電力は、公称レベルの上下に５００％も変化することがある。電力消費の面における性能は、移動プロセッサの重要な属性であるため、プロセッサの製造者は、通常、部品が最大電力レベルにおける特定のクロック速度、たとえば８．５ワットにおける１ＧＨｚに合致していることを試験し、認証している。固定組の周波数−電圧動作点で動作させる場合、このような最大電力レベルは、その組の周波数−電圧動作点によって指定される電圧で達成しなければならない。
【００２０】
特定のプロセッサデバイスが標準周波数−電圧動作点における最大電力制限に合致することができない場合、そのプロセッサデバイスは除外されるか、あるいはより大きい電力の範疇、つまり製造試験におけるそれほど望ましくないカテゴリすなわち「貯蔵所」に置かれることになる。このような部品は、製造者に対する歩留り損失および潜在的な収入の損失を表しているが、このような部品は、要求されるクロック速度仕様および電力消費仕様の両方を、より低い電圧で達成することができることがしばしばである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
したがって、従来技術による周波数−電圧動作点を制御するシステムおよび技法は、プロセッサの電力消費の低減に改善をもたらしているが、プロセッサの可変母集団のすべてに標準組の動作点を使用しているため、電力の消費が最適ではなく、また、極めて望ましくない製造歩留り損失をもたらしている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
前述の観点から、特定の集積回路の特性を反映している、集積回路のパッケージ前の特性表示に基づいて電力を適応制御するシステムおよび方法が必要である。
【００２３】
本明細書は、部分的に、集積回路のパッケージ前の特性表示に基づいて電力を適応制御する方法およびシステムを開示する。特定の集積回路の特性を使用してその集積回路の電力が適応制御される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明すなわち集積回路のパッケージ後の特性表示に基づく適応電力制御についての以下の詳細説明では、本発明を完全に理解するために、多数の特定の詳細が示されている。しかしながら、当業者には、これらの特定の詳細がなくても本発明を実践することができ、あるいはこれらの特定の詳細の均等物を使用して本発明を実践することができることは認識されよう。したがって、本発明の態様を明確にするために、良く知られている方法、処理手順、コンポーネントおよび回路についての詳細な説明は、ここでは省略されている。
【００２５】
表記法および名称集
以下の詳細説明のいくつかの部分（たとえばプロセス６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００および１３００）は、処理手順、ステップ、論理ブロック、処理、およびコンピュータメモリ上で実行することができるデータビットに対する動作の他の記号表現の形で示されている。これらの記述および表現は、データ処理分野の技術者に使用されている、それらの働きの本質を他の当業者に最も効果的に伝えるための手段である。処理手順、コンピュータ実行ステップ、論理ブロック、プロセス等は、ここでは一般的に、所望の結果を得るための自己無矛盾ステップシーケンスあるいは命令もしくはファームウェアと見なすべきである。ステップは、物理量の物理的な操作を必要とするステップである。通常、物理量は、必ずしもそうとは限らないが、記憶し、転送し、結合し、比較し、あるいはコンピュータシステムの中で操作することができる電気信号もしくは磁気信号の形態を取っている。これらの信号は、主として共通に利用するという理由で、ビット、値、エレメント、記号、特性、用語、数などとして参照することがしばしば便利であることが分かっている。
【００２６】
しかしながら、これらのすべての用語およびすべての類似用語は、適切な物理量に関連させるべきであり、また、これらの物理量に適用された単に便利なラベルに過ぎないことに留意されたい。以下の考察から明らかであるように、特に言及されていない限り、本発明を通して、「入手する」、「索引付けする」、「処理する」、「計算する」、「翻訳する」、「計算する」、「決定する」、「選択する」、「記憶する」、「認識する」、「生成する」、「選択する」、「移動させる」、「符号化する」、「結合する」、「試験する」、「設定する」、「動作させる」、「変換する」、「決定する」、「最適化する」、「合成する」、「グループ化する」、「予測する」、「記述する」、「測定する」、「記録する」、「関連付ける」などの用語を利用した考察は、コンピュータシステムのレジスタおよびメモリ内の物理（電子）量として表されたデータを、コンピュータシステムメモリあるいはレジスタもしくは他のこのような情報記憶装置、転送デバイスもしくは表示デバイス内の物理量として同様に表された他のデータに操作し、かつ、変換するコンピュータシステムもしくは類似の電子計算デバイスのアクションおよびプロセスを意味していることを理解されたい。
【００２７】
集積回路のパッケージ後の特性表示に基づく適応電力制御
本発明の実施形態について、高度に集積化された半導体の設計および動作のコンテキストの中で説明する。より詳細には、本発明の実施形態は、マイクロプロセッサの適応電力管理に関している。しかしながら、本発明のエレメントは、半導体動作の他の領域に利用することが可能であることを理解されたい。
【００２８】
２０００年１月１８日出願の、Ｓ．Ｈａｌｅｐｅｔｅらに対する「Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ」という名称の米国特許出願第０９／４８４，５１６号は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。
【００２９】
半導体製造プロセスは、一般に高度な自己無矛盾プロセスであると見なされている。つまり、半導体製造プロセスは、集積回路設計の「厳密な」コピーの製造に極めて良好であり、ディジタル領域で動作する半導体製品の場合、とりわけ良好である。機能的には、半導体技術は、同様に機能する本質的に完璧なコピーの製造に成功している。
【００３０】
しかしながら、半導体の多くのアナログ特性は極めて変化しやすく、たとえば閾値電圧、キャパシタンス、ゲート遅延、電流消費、最小動作電圧および最大動作周波数は、チップ間で３０％以上変化することがある。漏れ電流すなわち「オフ」電流は、更に変化しやすく、たとえば公称レベルの上下５００％の漏れ電流の変化は希なことではない。より詳細には、集積回路の電力消費に関連するパラメータは、極めて変化しやすい。
【００３１】
図２は、本発明の一実施形態による、特定の集積回路の例示的周波数−電圧特性を示したものである。曲線２１０は、測定した周波数−電圧特性を示したもので、製造済み母集団の特定の集積回路の出力に対応している。また、参考として、標準の周波数−電圧曲線１１０が示されている。曲線２１０で示す周波数−電圧特性は、標準曲線１１０とは異なっており、製造プロセスの結果が変動していることを反映していることを理解されたい。
【００３２】
曲線２１０は、標準曲線１１０より良好な周波数−電圧特性を備えた特定の集積回路を示している。たとえば、曲線２１０で示す集積回路は、標準の周波数−電圧特性によって指定される供給電圧１９０（表１）より低い供給電圧２６０で周波数１５０を達成することができる。有利な結果として、このような集積回路は、標準の電圧（たとえば電圧１９０）での動作と比較して、より低い電圧（たとえば電圧２６０）延いてはより小さい電力で同じレベルの処理性能（周波数で表される）を提供することができる。
【００３３】
曲線２１０は、標準曲線（１１０）より有利な周波数−電圧特性を備えた集積回路を示している。通常、製造母集団の大半は、標準曲線を決定する際に、製造プロセスの歩留りを少なくとも部分的に最小化するために優れた周波数−電圧特性を有することになるが、このような標準周波数−電圧特性の有害な影響は、集積回路のほとんどが、それらの定格より良好な電力性能が可能であることである。
【００３４】
電力消費の面における性能は、移動プロセッサの重要な属性であるため、プロセッサの製造者は、通常、部品が最大電力レベルにおける特定のクロック速度に合致していることを試験し、認証している。固定組の周波数−電圧動作点で動作させる場合、このような最大電力レベルは、所望の周波数に対応する、その組の周波数−電圧動作点によって指定される電圧で達成しなければならない。たとえば、集積回路の電力レベルは、供給電圧１９０における周波数１５０に対する最大制限未満でなければならない。
【００３５】
たとえば曲線２１０に対応する集積回路のような「高速」部品は、「より速度の遅い」部品と比較すると、より低い電圧でより高い動作周波数を達成することができる。高速部品は、通常、より速度の遅い部品と比較すると、所与の電圧における電流消費も多く、したがって、曲線２１０に対応する集積回路は、供給電圧１９０、周波数１５０で容易に動作させることができるが、この集積回路は、通常、より多くの電流を消費するため、試験電圧における電力制限を超過することがある。従来技術の場合、曲線２１０に対応する集積回路は、所望の動作周波数、たとえば標準の周波数−電圧特性によって指定される電圧より低い電圧で周波数１５０を達成することは可能であるが、有害なことには消費する電力が多すぎるため、除外されることになる。
【００３６】
典型的な動作周波数、たとえば数百メガヘルツからギガヘルツの範囲における集積回路の試験、たとえば曲線２１０の作成に必要な試験は、通常、集積回路がパッケージされた後に実行される。パッケージ部品の試験に必要な試験設備は、通常、ベアダイレベルもしくはウェハレベルの試験に必要な試験設備より安価である。また、たとえばリードフレームを含むパッケージングにより、パッケージデバイスの性能、とりわけ周波数性能に影響する多くの追加電気特性および熱特性が導入される。
【００３７】
残念なことには、パッケージングプロセスは、パッケージング材料、プロセス設備の運転経費および能力の点で高価である。パッケージ後におけるパッケージ半導体が望ましくない電力特性を有していることが分かると、パッケージングの経費が損失する。また、半導体のある種の不揮発性エレメント、たとえばデータ記憶ヒューズは、通常、パッケージングに先立ってのみセットすることができる。たとえば、データ記憶ヒューズは、直接アクセスされる（たとえばレーザによって）半導体構造にすることができ、あるいは一般的にはボンディングされないパッドを介してアクセスされる半導体構造にすることができる。これらおよびその他の理由により、集積回路の電力性能をパッケージングに先立って決定することがしばしば有利である。
【００３８】
ＣＭＯＳ回路によって消費される電力は、静的部分と動的部分との２つの構成要素からなっている。動的電力は、近似的に、ｐ＝ＣＶ２ｆで与えられる。Ｃはアクティブスイッチングキャパシタンス、Ｖは供給電圧、ｆは動作周波数である。静的電力は、アイドル電流×電圧で表される。既に説明したように、通常、パッケージングに先立って集積回路を周波数で正確に試験することは不可能である。したがって動的電力を集積回路のパッケージングに先立って正確に測定することはできないが、キャパシタンスＣおよびアイドル電流は、パッケージングによる影響が比較的小さく、また、ベアダイレベルおよび／またはウェハレベルで正確に測定することができる。
【００３９】
本発明の一実施形態によれば、有利には、キャパシタンスが与えられると、パッケージングに先立って、仮想動作周波数に基づいて動的電力を予測することができる。たとえば、測定したキャパシタンスの値に基づいて、所望の動作周波数に対する動的電力を予測することができる。動作電圧は、たとえば標準の周波数−電圧動作点毎に指定することができる。また、パッケージが施されていないデバイス上でアイドル電流を測定することができるため、総電力（所望の動作周波数における）を直接予測することができる。
【００４０】
本発明の一実施形態によれば、電力消費のこのような予測（所望の動作周波数に対する）を使用して、パッケージングに先立って、過剰電力消費に基づいて除外された部品を試験することができる。しかしながら、既に説明したように、このような基準に基づく除外は、集積回路デバイス、たとえば図２に示す曲線２１０に対応する集積回路を有害に除外することになる。
【００４１】
本発明の代替実施形態によれば、所望の動作周波数の達成が可能であることを仮定して、最大電力制限を達成するために必要な最大電圧を決定することがより望ましい。たとえば、前述の電力予測では、電力（最大制限として）を指定して電圧の解を求めている。得られた電圧は、許容可能な電力レベルを達成するための所望の周波数で集積回路デバイスを動作させることができる最大電圧である。集積回路は、所望の周波数では試験されていないことを理解されたい。しかしながら、電力制限に合致するためには、集積回路は、得られた決定電圧に等しいか、あるいはそれより低い電圧の所望の周波数で動作しなければならない。
【００４２】
本発明の一実施形態によれば、得られたこのような電圧の表現を符号化し、たとえば、集積回路のデータ記憶ヒューズ（たとえばリセット不能半導体フィーチャ）、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）などの不揮発性エレメントの中にプログラムすることができる。たとえば、許容される最大電圧を集積回路の中に符号化することができる。別法としては、可変周波数−電圧特性の組の中へのマッピングを符号化することも可能である。
【００４３】
もう一度図２を参照すると、本発明の一実施形態によれば、曲線２２０は、製造母集団の部分と部分の間の分割線を表している。集積回路の中には、たとえば曲線２１０に対応する集積回路のように曲線２２０の「左側」までの電圧−周波数特性を有している集積回路があり、また、曲線２２０と曲線１１０の間の電圧−周波数特性を有している集積回路もある。
【００４４】
所望の動作周波数に対する許容最大電圧（最大電力レベルを超過しないよう）の決定に基づいて、特定の集積回路を上記複数のグループのうちの１つに置くことができる。曲線２２０は、第２の組の周波数−電圧動作点になり得るため、曲線１１０および２２０で表される２組の周波数−電圧動作点を使用して、所与の特定の集積回路の特定の特性に基づいて、より最適な電力レベルで集積回路を動作させることができる。たとえば曲線２１０に対応する集積回路は、曲線２２０の周波数−電圧動作点で動作させることができるため、同じ集積回路を曲線１１０の標準周波数−電圧動作点で動作させた場合と比較して電力が節約される。符号化された不揮発性回路エレメントは、動作中に使用すべき周波数−電圧動作点の組を決定することができる。
【００４５】
次の表２は、本発明の一実施形態による周波数−電圧動作点の組の例示的な対を示したものである。
【００４６】
【表２】
2006512684.tif 000004
【００４７】
表２は、２組の周波数−電圧動作点を示したもので、左側の２列は標準の組であり、右側の２列は「高速」部品のための組である。たとえば、「高速」の組の周波数−電圧動作点が曲線２２０に対応している場合、曲線２１０に対応する集積回路は、表２の「高速」の組中の周波数−電圧点で有利に動作させることができる。このような「高速」動作点に従って動作させた場合の「高速」集積回路の消費電力は、標準組の動作点で動作させた場合より少ない。
【００４８】
本発明の実施形態は、集積回路の周波数−電圧特性を表すための他の方法にも適しており、たとえば、周波数−電圧特性の多項式記述あるいは近似記述の係数として周波数−電圧特性を表すことができる。
【００４９】
また、同様に、このような符号化不揮発回路エレメントを使用して、パッケージデバイスの動的電力試験の供給電圧を決定することができる。たとえば、曲線２１０に対応する集積回路などの高速部品は、曲線２２０に対応する所望の周波数に対して、より低い供給電圧で試験しなければならない。従来技術の場合、高速部品は、標準の周波数−電圧動作点、たとえば曲線１１０で動作する最大電力制限試験には合格しないが、曲線２２０に対応するより低い電圧で動作するこのような試験には、より高い割合のデバイスが合格する。有利な結果として、本発明の実施形態により、製造歩留りが有利に向上する。
【００５０】
本発明の実施形態は、表２に示す２つのグループより多い複数のグループへの製造母集団のセグメント化に適していることを理解されたい。より多くの周波数−電圧特性の組を生成し、このような複数の組の識別に使用されるより多くのビットを特定の集積回路の各々の中に符号化することができる。
【００５１】
ほとんどの半導体の速度すなわち動作周波数は、温度によって変化する。たとえば、所与の電圧においては、集積回路は、温度が低い方がより高速で動作する。必然的な結果として、集積回路は、通常、同じ所望の周波数で、より高い温度で動作させるためにより高い供給電圧を必要とする場合、より低い温度で、より低い供給電圧を使用して、所望の周波数で動作させることになる。
【００５２】
本発明の一実施形態によれば、チップの温度を使用して、所望の動作周波数に対する最適動作電圧を選択することができる。次の表３は、本発明の一実施形態による、チップの温度を組み込んだ周波数−電圧動作点の例示的な組を示したものである。
【００５３】
【表３】
2006512684.tif 000005
【００５４】
表３は、４組の周波数−電圧動作点を示したもので、第２列および第３列は２つの標準組であり、右側の２列は、「高速」部品のための２組である。これらの組は、チップの温度、たとえば「ホット」および「クール」に基づく２つの標準組および２つの高速組である。チップの温度が５０℃以下であることが分かっている場合、集積回路は、「クーラ」すなわち表３の下の部分に示す周波数−電圧点で動作させることが有利である。このような「クール」動作点に従って動作させた場合の集積回路の消費電力は、標準組の動作点（たとえば表２に示す、温度が考慮されていない組）で動作させた場合より少ない。
【００５５】
本発明の実施形態は、表３に示す２つの温度グループより多い複数のグループへの周波数−電圧特性の特性化に適していることを理解されたい。より多くの温度依存周波数−電圧特性の組を生成し、このような複数の組の識別に使用されるより多くのビットを特定の集積回路の各々の中に符号化することができる。
【００５６】
場合によっては、可変周波数−電圧特性の組へのマッピングを集積回路の中に符号化することが望ましいが、この符号化には限界も存在している。第１の限界は、実際に集積回路の中に符号化することができる情報の量に関係している。マイクロプロセッサは、通常、その不揮発性記憶装置の量が極端に制限されているか、あるいは不揮発性記憶装置を有していない。このようなオンチップ不揮発性記憶装置が不足している理由の１つは、回路のサイズに関係しており、たとえば不揮発性記憶装置の１ビットは、マイクロプロセッサ回路をより最適に使用するための貴重な回路面積を消費している。もう１つの理由は、半導体プロセスに関係しており、たとえば多くのタイプの集積回路不揮発性記憶装置には、標準のマイクロプロセッサ回路には不要な半導体マスクおよび処理ステップを追加する必要がある。このようなマスクおよび処理ステップは高価であり、また、製造プロセスの複雑性が増すため、コストが増加し、かつ、歩留りが悪くなる。これらの理由およびその他により、通常、マイクロプロセッサには、追加処理ステップを必要とする不揮発性記憶装置は含まれていない。
【００５７】
第２の限界には、ダイレベル／ウェハレベルの試験の容量および能力が含まれている。ダイレベルおよびウェハレベルのテスタは、パッケージテスタより高価であり、また、既に説明したように、通常、パッケージングによる電気的な影響のため、集積回路の周波数−電圧挙動を完全に特性化することはできない。したがって、場合によっては、パッケージング後の集積回路の周波数−電圧挙動を特性化することがより望ましい。
【００５８】
本発明の実施形態は、可変周波数−電圧特性の組へのマッピングの、パッケージング後の集積回路の中への符号化に適していることを理解されたい。たとえば、オンチップ不揮発性記憶装置は、パッケージピンを介してアクセスすることができ、また、テスタは、このような記憶装置にマッピング情報を書き込むことができる。しかしながら、オンチップ不揮発性記憶装置は、パッケージング後には符号化することができない場合がしばしばである。また、場合によっては、所望する量の情報を符号化するために利用することができる十分なオンチップ不揮発性記憶装置が存在していない場合もあり、そのような場合は、１つまたは複数の周波数−電圧特性を特定の集積回路に結合するための代替手段を使用しなければならない。
【００５９】
本発明の一実施形態によれば、特定の集積回路の周波数−電圧特性もしくは周波数−電圧特性のマッピングを、その特定の集積回路と結合している不揮発性記憶装置の中に符号化することができる。このようなデバイスの実施例には、それらに限定されないが、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、バッテリバックアップランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、マスクＲＯＭ、強磁性ＲＡＭ、半導体パッケージ内のデータ記憶ヒューズ、集積回路の一部であるデータ記憶ヒューズ、配線接続（たとえば、ピンをＶｃｃおよび／または接地に結合することによる符号化）などがある。
【００６０】
不揮発性記憶装置を特定の集積回路に結合するための望ましい方法の１つは、その特定の集積回路のパッケージ内、たとえばマルチチップモジュール内に記憶装置を備えることである。
【００６１】
本発明の実施形態は、特定の集積回路の周波数−電圧特性もしくは周波数−電圧特性のマッピングをその特定の集積回路に結合する他の方法にも適している。ある方法によれば、複数の集積回路に対する複数の周波数−電圧特性のコンピュータ可読媒体中のデータベースが維持され、その集積回路の属性、たとえば固有通し番号を識別することによって、特定の集積回路の特定の周波数−電圧特性が参照される。
【００６２】
この特定の周波数−電圧特性は、広範囲に渡る様々な手段、たとえばインターネットダウンロードを使用して転送することができ、その集積回路を使用した製品の製造中および／または使用中における多くのポイントで参照することができる。たとえば、その集積回路がマイクロプロセッサであったと仮定すると、そのマイクロプロセッサを備えたコンピュータの製造者は、そのコンピュータをアセンブルし、電子的にそのマイクロプロセッサの通し番号を入手し、たとえばデータファイル内のその特定の周波数−電圧特性を入手して、そのコンピュータに対する固有のＲＯＭを構成することができる。したがって、このようなＲＯＭは、その特定のコンピュータの心臓部であるマイクロプロセッサの特定の周波数−電圧特性を反映している。
【００６３】
一般的には、情報をパッケージング操作の後に符号化することによって、より大量の記憶装置をパッケージングに先立つ符号化に利用することができる。たとえば、メモリ半導体は、通常、マイクロプロセッサに含まれている数ビットではなく、数百万ビットの情報を備えている。また、マイクロプロセッサ、たとえば試験マシンに結合することができる、良く知られている多くのタイプのコンピュータシステムは、本質的に無制限の記憶装置を有することができ、更には本質的に無制限の記憶装置に結合することができる。
【００６４】
また、パッケージングの後は、集積回路を完全に特性化することができるため、一般的には、パッケージング後の特定の集積回路に特化された情報をより大量に符号化することが可能である。本発明の一実施形態によれば、特定の集積回路がパッケージングされた後に、その集積回路の特定の周波数−電圧特性情報を符号化することができる。
【００６５】
このようなパッケージング後の符号化によって、様々なタイプの情報を記憶することができる。たとえば、集積回路は、同様の周波数−電圧特性を有する集積回路の複数のグループのうちのいずれか１つに属するものとして特性化することができる。符号化された情報は、このようなグループの中から、特定の集積回路を最も良好に記述しているグループを識別することができる。
【００６６】
別法としては、特定の集積回路の周波数−電圧特性を符号化することも可能であり、たとえば曲線２１０（図２）の属性を符号化することができる。この方法によれば、特定の集積回路上で動作する電力管理ソフトウェアは、１組の周波数−電圧特性を利用することができる。有利には、このような１つの特性組により、複数の組を記憶する場合と比較して記憶装置要求事項が緩和される。また、電力管理ソフトウェアを単純化することができ、かつ、より有効に動作させることができるため、１組の動作点の間接的な参照が減少する。
【００６７】
本発明の実施形態は、データリダクション技法を始めとする、良く知られている広範囲に渡る様々な曲線表現方法、たとえば集積回路の周波数−電圧曲線などの表現技法に適している。本発明の一実施形態によれば、座標点を含んだテーブルを使用して周波数−電圧特性が表される。代替実施形態によれば、周波数−電圧特性の多項式記述もしくは近似記述の係数として周波数−電圧特性を表すことができる。
【００６８】
次の表４は、本発明の一実施形態による、特定のマイクロプロセッサの周波数−電圧特性を示したものである。
【００６９】
【表４】
2006512684.tif 000006
【００７０】
表４には、１組の電圧−周波数特性しか含まれていないことを理解されたい（温度毎に任意選択である）。
【００７１】
図３は、本発明の一実施形態による集積回路モジュール３００を示したものである。モジュール３００は、マイクロプロセッサ３１０および不揮発性記憶装置３２０を備えている。マイクロプロセッサ３１０および記憶装置３２０は、カップリング３３０によって結合されている。モジュール３００は、広範囲に渡る様々なタイプの集積回路パッケージ、たとえば印刷回路基板上への直接もしくは間接実装用に設計されたパッケージに概ね準拠している。パッケージの実施例には、それらに限定されないが、ボールグリッドアレイ、ピングリッドアレイ、シンＱＦＰ、ＬＣＣなどがある。モジュール３００は、複数の集積回路を含むことができるマルチチップモジュールであってもよい。一実施例では、プロセッサ３１０および記憶装置３２０は、個別の集積回路である。
【００７２】
また、本発明の実施形態は、たとえばダイレクトチップアタッチ（ＤＣＡ）を介して回路基板に直接取り付けられるマイクロプロセッサを備えたモジュールに適している。本発明の実施形態には必要ではないが、ＤＣＡによって実装される集積回路は、通常、実装後に塗布されるカプセル封止材すなわち「グロップトップ」を有している。モジュールのコンポーネントを物理的に近接させる要求事項は、前述の考察には意図されていない。
【００７３】
不揮発性記憶装置３２０は、広範囲に渡る様々なタイプの不揮発性記憶装置に適している。たとえば、記憶装置３２０は、それらに限定されないが、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、バッテリバックアップランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、マスクＲＯＭ、強磁性ＲＡＭを始めとする集積回路デバイスであってもよい。また、記憶装置３２０は、半導体パッケージ内のデータ記憶ヒューズ、集積回路の一部であるデータ記憶ヒューズ、配線接続（たとえば、ピンをＶｃｃおよび／または接地に結合することによる符号化）などを始めとする、広範囲に渡る他の様々なタイプのデータ記憶装置に適している。
【００７４】
図４は、本発明の一実施形態によるデバイス４００を示したものである。デバイス４００は、コンピュータもしくはコンピュータの一部、たとえばコンピュータマザーボードを形成することができる。デバイス４００は、マイクロプロセッサ４１０およびメモリ空間４５０を備えている。マイクロプロセッサ４１０は、複数の電圧での動作が可能であり、更には複数の周波数での動作が可能である。
【００７５】
メモリ空間４５０は、マイクロプロセッサ４１０に結合されている。メモリ空間４５０は、それらに限定されないが、マイクロプロセッサ４１０内の内部ＲＡＭもしくはＲＯＭ、マイクロプロセッサ４１０の外部のＲＡＭもしくはＲＯＭ、およびコンピュータ可読媒体の他の形態を始めとする、良く知られている広範囲に渡る様々なタイプのメモリに適している。
【００７６】
電圧源４２０は、マイクロプロセッサ４１０に結合されている。電圧源４２０は、選択可能な電圧４３０をマイクロプロセッサ４１０に供給している。マイクロプロセッサ４１０は、電圧源４２０に最適電圧を選択させるために、カップリング４４０を介して電圧源４２０に結合されている。
【００７７】
本発明の代替実施形態によれば、デバイス４００は、更に、メモリ空間４６０を備えることができる。メモリ空間４６０は、たとえばメモリ空間４５０と同じ結合手段を介してマイクロプロセッサ４１０に結合されている。メモリ空間４６０は、メモリ空間４５０に関連して上で説明したメモリと同様のタイプのメモリに適しており、更に、メモリ空間４５０と同じ物理デバイス内への配置に適している。しかしながら、メモリ空間４６０は、必ずしもメモリ空間４５０と同じ物理デバイス内に配置する必要はなく、これらの２つのメモリのタイプおよび／またはデバイスを異なるタイプおよび／またはデバイスにすることによって、コンピュータ４００をある程度最適化することが優先される。
【００７８】
本発明の他の代替実施形態によれば、デバイス４００は、論理４７０を備えることができる。論理４７０は、メモリ４６０およびマイクロプロセッサ４１０に結合されている。論理４７０は、マイクロプロセッサ４１０によって決定することができる所望の動作周波数を入手し、また、メモリ４６０を使用して対応する電圧を決定している。論理４７０は、マイクロプロセッサ４１０を所望の動作周波数および対応する電圧で動作させている。論理４７０は、たとえばマイクロプロセッサ４１０上でのソフトウェア実施形態の実行に適している。また、論理４７０は、第２のプロセッサ（図示せず）上での動作が可能であり、あるいはゲートおよび／またはラッチの機能の組を備えることも可能である。論理４７０は、マイクロプロセッサ４１０の内部もしくは外部への配置に適している。
【００７９】
図５Ａ、５Ｂおよび５Ｃは、計算エレメントの本発明の実施形態による構成を示したものである。図５Ａには、計算エレメントの本発明の一実施形態による構成５７０が示されている。構成５７０は、広範囲に渡る様々な配置、実装および相互接続構造に適している。たとえば、構成５７０は、コンピュータ「マザーボード」の一部であってもよい。別法としては、構成５７０は、マルチチップモジュールであってもよい。
【００８０】
データ構造５０５は、プロセッサ５０１に特化された電圧−周波数の関係の情報を備えている。従来技術とは対照的に、データ構造５０５の情報は、同様の設計のプロセッサの母集団に概ね関係する情報ではなく、プロセッサ５０１の試験に基づいている。データ構造５０５は、プロセッサ５０１の外部メモリであるメモリ５０６に常駐させることができる。メモリ５０６は、たとえばＲＯＭ集積回路であってもよい。本発明の実施形態は、たとえばＲＡＭ、回転磁気記憶装置などの他のタイプのメモリにも適している。
【００８１】
制御論理５０７は、データ構造５０５からの情報を使用して、プロセッサ５０１の動作電圧および／または動作周波数を制御している。このような制御により、プロセッサ５０１が消費する電力を最少化することができる。制御論理５０７は、プロセッサ５０１上でのソフトウェアの実行に適している。
【００８２】
図５Ｂには、計算エレメントの本発明の一実施形態による構成５８０が示されている。構成５８０は、広範囲に渡る様々な配置、実装および相互接続構造に適している。たとえば、構成５８０は、コンピュータ「マザーボード」の一部であってもよい。別法としては、構成５８０は、マルチチップモジュールであってもよい。
【００８３】
データ構造５３０は、プロセッサ５０３のタイプのプロセッサのクラスのための電圧−周波数の関係の情報を備えている。同様に、データ構造５４０および５５０も、それぞれプロセッサ５０３のタイプのプロセッサの他のクラスのための電圧−周波数の関係の情報を備えている。従来技術とは対照的に、データ構造５３０〜５５０の情報は、プロセッサ５０３と同じタイプのプロセッサの製造母集団のセグメントを表している。通常、情報５３０、５４０および５５０は異なっている。本発明の実施形態は、可変数のこのようなデータ構造に適している。データ構造５３０、５４０および５５０は、プロセッサ５０３の外部メモリであるメモリ５６０に常駐させることができる。メモリ５６０は、たとえばＲＯＭ集積回路であってもよい。本発明の実施形態は、たとえばＲＡＭ、回転磁気記憶装置などの他のタイプのメモリにも適している。
【００８４】
クラス識別子５２０は、プロセッサ５０３に最も良好に対応する電圧−周波数の関係（たとえばデータ構造５３０、５４０もしくは５５０に含まれている）に関する情報を備えている。プロセッサ５０３の製造中にクラス識別子５２０が決定され、記録される。クラス識別子のこのような決定および記録は、プロセッサ５０３のパッケージングに先立って実行することができる。通常、クラス識別子５２０は数ビットであり、多くのタイプの不揮発性記憶装置、たとえばデータ記憶ヒューズもしくは電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）に適している。
【００８５】
制御論理５２５は、クラス識別子５２０から情報を入手して、プロセッサ５０３に対応するデータ構造、たとえば５３０、５４０もしくは５６０を決定しており、また、プロセッサ５０３の動作電圧および／または動作周波数を制御するためにはこの情報を使用しなければならない。このような制御により、プロセッサ５０３が消費する電力を最少化することができる。制御論理５２５は、プロセッサ５０３上でのソフトウェアの実行に適している。
【００８６】
図５Ｃには、計算エレメントの本発明の一実施形態による構成５９０が示されている。構成５９０は、広範囲に渡る様々な配置、実装および相互接続構造に適している。たとえば、構成５９０は、コンピュータ「マザーボード」の一部であってもよい。別法としては、構成５９０は、マルチチップモジュールであってもよい。
【００８７】
データ構造５０５は、プロセッサ５０２に特化された電圧−周波数の関係の情報を備えている。従来技術とは対照的に、データ構造５０５の情報は、同様の設計のプロセッサの母集団に概ね関係する情報ではなく、プロセッサ５０２の試験に基づいている。データ構造５０５は、プロセッサ５０２の内部に存在している。データ構造５０５は、プロセッサ内に含むことができる、良く知られている広範囲に渡る様々なタイプのメモリ、たとえば不揮発性ＲＡＭ、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）等に記憶することができる。
【００８８】
制御論理５０８は、データ構造５０５からの情報を使用して、プロセッサ５０２の動作電圧および／または動作周波数を制御している。このような制御により、プロセッサ５０２が消費する電力を最少化することができる。制御論理５０８は、プロセッサ５０２上でのソフトウェアの実行に適している。
【００８９】
図６は、本発明の一実施形態によるマイクロプロセッサ製造方法６００を示したものである。ステップ６１０で、マイクロプロセッサに必要な、指定周波数における電力制限に合致するための電圧が決定される。この電圧は、たとえば、指定周波数でマイクロプロセッサを動作させ、その電力消費を測定することによって決定することができる。
【００９０】
ステップ６２０で、その電圧の情報がコンピュータ可読媒体に記憶される。本発明の実施形態は、集積回路テスタもしくは製造データロギングシステムのメモリすなわち記憶システム、マイクロプロセッサの共通パッケージ内の集積回路、個別集積回路メモリなどを始めとする、広範囲に渡る様々なタイプのコンピュータ可読媒体での情報の記憶に適している。本発明の一実施形態によれば、この情報は、マイクロプロセッサに特化された周波数−電圧の関係を含んでいる。
【００９１】
図７は、本発明の一実施形態によるマイクロプロセッサ製造方法７００を示したものである。ステップ７１０で、マイクロプロセッサに必要な、複数の指定周波数の各々で動作させるための最適電圧が決定され、電圧−周波数の複数の関係が生成される。この電圧−周波数の関係は、上記表４と同様である。
【００９２】
ステップ７２０で、その複数の関係の情報がコンピュータ可読媒体に記憶される。本発明の実施形態は、集積回路テスタもしくは製造データロギングシステムのメモリすなわち記憶システム、マイクロプロセッサの共通パッケージ内の集積回路、個別集積回路メモリなどを始めとする、広範囲に渡る様々なタイプのコンピュータ可読媒体での情報の記憶に適している。
【００９３】
図８は、本発明の一実施形態によるマイクロプロセッサ製造方法８００を示したものである。ステップ８１０で、複数の未パッケージマイクロプロセッサがアクセスされる。「パッケージング」などの用語は、出荷あるいは消費者パッケージングではなく、半導体パッケージング、たとえばピングリッドアレイパッケージを意味していることを理解されたい。マイクロプロセッサは、ウェハの形態であってもよい。
【００９４】
ステップ８２０で、複数の未パッケージマイクロプロセッサのうちの１つに必要な、指定周波数における電力制限に合致するための電圧が決定される。この電圧は、マイクロプロセッサのキャパシタンスおよび／またはアイドル電流を測定することによって決定することができる。
【００９５】
ステップ８３０で、前記電圧の情報がマイクロプロセッサの中に符号化される。本発明の実施形態は、マイクロプロセッサの一部であってもよく、また、ステップ８３０で符号化することができる、良く知られている広範囲に渡る様々なタイプの記憶装置に適している。この記憶装置の実施例には、それらに限定されないが、データ記憶ヒューズ、電気的消去可能リードオンリメモリなどがある。
【００９６】
図９は、本発明の一実施形態による、集積回路を動作させる方法９００を示したものである。ステップ９１０で、集積回路の周波数−電圧特性が測定され、記録される。集積回路は、マイクロプロセッサであってもよく、また、パッケージされていても、あるいはパッケージされていなくてもよい。
【００９７】
ステップ９２０で、集積回路の動作を最適化するために、周波数−電圧特性が集積回路に結合される。周波数−電圧特性は、集積回路内の符号化情報もしくは集積回路と共に顧客に引き渡されるデバイス内の符号化情報を介した方法を始めとする、広範囲に渡る様々な方法で集積回路に結合することができる。本発明の代替実施形態によれば、この結合は、複数の集積回路の複数の周波数−電圧特性のコンピュータ可読媒体中のデータベースを維持する形態を取ることができる。この場合、特定の集積回路の特定の周波数−電圧特性は、その集積回路の属性、たとえば固有通し番号を識別することによって参照することができる。
【００９８】
ステップ９３０で、周波数−電圧特性によって指定される電圧および周波数で集積回路が動作する。
【００９９】
図１０は、本発明の一実施形態による、マイクロプロセッサを動作させる方法１０００を示したものである。ステップ１０１０で、マイクロプロセッサのための所望の動作周波数が決定される。有利な周波数を決定する典型的な手段の１つは、そのマイクロプロセッサ上で動作するソフトウェアの処理ニーズに基づいている。
【０１００】
ステップ１０２０で、マイクロプロセッサを所望の動作周波数で動作させるための最適電圧が選択される。選択される最適電圧は、そのマイクロプロセッサに特化された特性に基づいている。
【０１０１】
ステップ１０３０で、最適電圧でマイクロプロセッサが動作する。たとえば、マイクロプロセッサは、選択可能電圧源、たとえば図４に示す電圧源４２０に最適電圧を出力させることができる。本発明の代替実施形態によれば、最適電圧で動作している間、有利な周波数でマイクロプロセッサを動作させることができる。
【０１０２】
図１１は、本発明の一実施形態による、マイクロプロセッサを動作させる方法１１００を示したものである。ステップ１１２０で、マイクロプロセッサを動作させる設定周波数が入手される。
【０１０３】
ステップ１１３０で、その設定周波数を使用して、その設定周波数に対応する、マイクロプロセッサがその設定周波数で最適動作する設定電圧が決定される。この決定は、マイクロプロセッサに特化された電圧−周波数の関係に基づいている。
【０１０４】
ステップ１１４０で、その設定周波数および対応する設定電圧でマイクロプロセッサが動作する。
【０１０５】
任意選択のステップ１１１０で、マイクロプロセッサが実行する同時組の動作を調査することによって設定周波数が決定される。
【０１０６】
図１２は、本発明の一実施形態による、マイクロプロセッサを特性化する方法１２００を示したものである。ステップ１２１０で、マイクロプロセッサに特化された周波数−電圧の関係が測定され、記録される。この周波数−電圧の関係は、そのマイクロプロセッサを最適動作させるための周波数−電圧対を記録することができる。本発明の実施形態は、良く知られている様々なデータリダクション方法を始めとする、良く知られている他の関係記録方法に適している。
【０１０７】
ステップ１２２０で、マイクロプロセッサを最適使用するために、マイクロプロセッサを動作させている間、前記周波数−電圧の関係を入手し、かつ、使用することができるよう、周波数−電圧の関係がマイクロプロセッサに結合される。
【０１０８】
図１３は、本発明の一実施形態による、マイクロプロセッサを動作させる方法１３００を示したものである。ステップ１３１０で、マイクロプロセッサのための所望の動作周波数が決定される。本発明の実施形態は、有利な周波数を決定するための様々な最適化に適している。有利な周波数を決定する典型的な手段の１つは、マイクロプロセッサ上で動作するソフトウェアの処理ニーズに基づいている。
【０１０９】
ステップ１３２０で、マイクロプロセッサに特化された情報が入手される。たとえば、この情報は、メモリ、たとえば図４に示すメモリ４５０に記憶することができ、この情報を使用して、有利な周波数でマイクロプロセッサを動作させるための最適電圧が決定される。この最適電圧は、マイクロプロセッサの特性に基づいている。
【０１１０】
本発明の代替実施形態によれば、この情報は、マイクロプロセッサ内から入手することができる。
【０１１１】
ステップ１３３０で、最適電圧でマイクロプロセッサが動作する。たとえば、マイクロプロセッサは、選択可能電圧源、たとえば図４に示す電圧源４２０に最適電圧を出力させることができる。本発明の代替実施形態によれば、最適電圧で動作している間、有利な周波数でマイクロプロセッサを動作させることができる。必要に応じてステップ１３１０から１３３０を繰り返すことができる。たとえば負荷の変化を処理する場合、有利な新しい動作周波数を決定し、かつ、新しい動作周波数に対応する電圧にアクセスすることができ、その新しい周波数および電圧でマイクロプロセッサを動作させることができる。
【０１１２】
集積回路の電力を適応制御するシステムおよび方法が開示される。集積回路のための所望の動作周波数が決定される。集積回路はマイクロプロセッサであってもよく、そのマイクロプロセッサの決定済み所望処理負荷に基づいて所望の動作周波数を決定することができる。マイクロプロセッサを所望の動作周波数で動作させるための最適電圧が選択される。この最適電圧の選択は、そのマイクロプロセッサに特化された特性に基づいており、マイクロプロセッサは、最適電圧で動作する。
【０１１３】
本発明の実施形態により、集積回路が消費する電力をその集積回路の特定の特性に基づいて適応制御するための手段が提供される。また、本発明の実施形態により、既存のマイクロプロセッサプロセスおよび設備に、確立したツールおよび技法を改造することなく上記達成すべき解決法が提供される。
【０１１４】
以上、本発明の好ましい実施形態である、集積回路のパッケージ後の特性表示に基づく適応電力制御について説明した。本発明について、特定の実施形態を使用して説明したが、このような実施形態に限定されるものとして本発明を解釈してはならず、本発明は、特許請求の範囲に従って解釈すべきであることを理解されたい。
【０１１５】
以上、本発明の好ましい実施形態である、集積回路のパッケージ前の特性表示に基づく適応電力制御について説明した。本発明について、特定の実施形態を使用して説明したが、このような実施形態に限定されるものとして本発明を解釈してはならず、本発明は、特許請求の範囲に従って解釈すべきであることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】従来技術による、マイクロプロセッサを動作させるための例示的動作周波数対供給電圧曲線を示すグラフである。
【図２】本発明の一実施形態による、特定の集積回路の例示的周波数−電圧特性を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施形態による集積回路モジュールを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態によるデバイスを示す図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態による、計算エレメントの構成を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態による、計算エレメントの構成を示す図である。
【図５Ｃ】本発明の実施形態による、計算エレメントの構成を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態によるマイクロプロセッサ製造方法を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態によるマイクロプロセッサ製造方法を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態によるマイクロプロセッサ製造方法を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態による、集積回路を動作させる方法を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態による、マイクロプロセッサを動作させる方法を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態による、マイクロプロセッサを動作させる方法を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態による、マイクロプロセッサを特性化する方法を示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態による、マイクロプロセッサを動作させる方法を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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