電路管理的製作方法
2023-04-26 07:44:46
專利名稱：電路管理的製作方法
技術領域：
本發明涉及電子電路領域，本發明的具體實施方式
特別涉及使用軟體來控制體偏置以優化電路性能的方法和系統，概括來說，本發明揭露了控制體偏置的軟體。
背景技術：
現代計算機的處理器可以以非凡的速度運行。然而，提高的速度所花費的代價就是更多的功率消耗。功率消耗導致可觀的熱耗散，例如，當電容性負載通過電阻元件充電或放電的情況。因此，存在減少功率消耗的需求。一些傳統上的技術用於減少功率消耗，僅僅包括當電路不需要運行在最高頻率時，扼制工作頻率。但是，使用這項技術所能節約的功率是有限的。
發明內容
控制體偏置的軟體。
圖1所示為一體偏置系統中的一CMOS結構示意圖。
圖2所示為一體偏置系統中的一CMOS結構示意圖。
圖3所示為一具有任意負載電容的電晶體在不變的和變化的電壓下的功率消耗-頻率曲線圖。
圖4所示為根據本發明的實施例，在圖中所示各種曲線和點顯示選擇的各種閾電壓下的頻率-電源電壓圖。
圖5A，圖5B，圖5C所示為根據本發明實施例，使用軟體控制體偏置以優化一電路性能的具代表性的系統的示意圖。
圖6所示為根據本發明實施例，一用於管理電路的系統的代表性的模塊圖。
圖7所示為根據本發明實施例一用於存儲一電路中的體偏置電晶體的值的代表性表格。
圖8和圖9所示為根據本發明實施例顯示優化電路性能過程的步驟的流程圖。
圖10所示為一代表性的計算機系統，可以擔當本發明實施例的運行平臺。
具體實施例方式
在下面的關於本發明一軟體控制體偏置的方法和系統，對實施例的細節說明中，闡述了許多特定的細節，以提供對本發明的全面理解。但是，熟知這項技術的人會意識到本發明可以不具有這些特定細節或採用其等效的而實施。又比如，眾所周知的方法，過程，組件以及電路在細節中沒有描述，以免不必要的模糊本發明的面目。
符號和術語下述細節說明的一部分介紹了程序，邏輯塊，處理，和其它可以在計算機內存中運行的對數據位的操作的符號代表。這些說明和代表是那些熟知數據處理技術的人所使用的手段，藉以與其他熟知此技術的人來最有效的交流其工作的內容。程序，計算機執行步驟，邏輯塊，過程等等，在此通常被認為是一有條理的可得到所需結果的步驟或指令的序列。步驟指那些需要對物理量的物理操作。通常，雖然不是必須，這些量表現為可存儲，傳輸，合併，比較的電或磁信號，並且另一方面可在一計算機系統中操作。由於已經不時證明其方便性，主要是由於通常使用的原因，在提到這些信號時以數據位，值，要素，符號，字母，項，數字或其它相近的來表示。
應當在心中記得，所有這些和相近的項將與合適的物理量結合在一起，並且這些量僅僅用上了方便的標記。除非特別聲明，否則如下面的討論易見，在本發明整個討論中，在提到一計算機系統或相近似的電子計算設備的行為和過程時，使用例如「訪問」或「接收」或「偏置」或「處理」或「計算(computing)」或「翻譯」或「計算(calculating)」或「決定」或「應用」或「存儲」或「輸出」或「返回」或相近的術語來表示，這樣的計算機系統或相近似的電子計算設備，把存儲在計算機系統的寄存器和存儲器內的表示物理(電學)量的數據，操作和轉換成同樣的表示物理量的數據，並存儲在計算機系統的寄存器和存儲器或其它這樣的信息存儲，傳輸或顯示裝置中。
因此，提供一方法和系統，以管理電路(例如一處理器)的性能會是有利的。在優化如功率消耗和工作頻率等特性時，進一步有利的是，提供一方法和系統以處理由於加工和環境因素導致的電晶體工作特性的變化。在給定當前使用的電路和電晶體的特性時，提供一方法和系統以允許電路以最小功率消耗運行在最大頻率，仍是進一步有利的。
本發明的實施例提供了一方法和系統以管理電路的特性，例如一處理器。本發明的實施例提供了一方法和系統，以在給定當前使用的電路和電晶體的特性時，允許電路以最小功率消耗運行在最大頻率。本發明的實施例提供了一方法和系統，以在優化如功率消耗和工作頻率等特性時，處理由於加工和環境因素導致的電晶體工作特性的變化。本發明的實施例能夠預測一最佳體偏置值以符合未來的工作條件。本發明的實施例提供如上有益之處及其它在上面沒有明確提到但在下面的部分描述的益處。
本發明揭露了一種優化電路性能的方法。該方法包括，首先接收一目標參數，例如，一具有電晶體的電路工作於其上的一目標頻率。然後，使用軟體，根據給定的以優化電路特性為目的的目標參數，確定電晶體的體偏置值。該特性可以是功率消耗。然後，使用該體偏置值以偏置該電晶體的體。使用這種方法，特性被優化。
在另一實施例中，該方法可以進一步包含，基於以優化特性為目的的目標頻率，確定一電路的電源電壓。在一實施例中，體偏置值的決定包含比較由於電路中電晶體閾電壓的變化而引起的功率消耗的變化，及與之相對的由於電源電壓所引起的功率消耗的變化。在另一實施例中，最大的工作頻率基於一目標電源電壓而被確定。
另外，另一實施例為一用於管理一具有電晶體的電路的系統。該電路可以是處理器。該系統包含邏輯電路以使該電路與之連接，藉以確定一目標頻率。該系統還具有計算機執行的邏輯電路以確定由目標頻率決定的電晶體的體偏置值，藉以優化該電路的一特性。該系統進一步包含電路系統以根據體偏置值來偏置處理器中的電晶體的體，藉此優化電路特性。該用於確定目標頻率的邏輯電路可能進一步用於變換在電路中執行的指令。該用於確定電晶體體偏置值的邏輯電路可能包含在一定範圍內的目標頻率的體偏置值的一表格。
本發明的實施例提供了軟體控制的方法和系統以控制使用體偏置的電晶體的電壓閥值。該體偏置可能是向後偏置或向前偏置。通過用這種方法控制閾電壓，該電路的一特性可以被優化。例如，一處理器消耗的功率可通過選擇合適的電壓閥值來優化，在給定其它參數的條件下，例如，目標工作頻率。其它的參數，例如工作頻率，電源電壓，電晶體開關電流同樣可能會被考慮到。通過使用軟體，比起僅僅使用硬體來控制，這些電晶體可得到更準確的控制，並且更多的因素會被考慮到。此外，是否根據參數來改變閾電壓的決定可以隨軟體控制的體偏置智能的使用。
本發明的實施例考慮到，提供一方法(舉例來說，CMOS技術)給每一電路，存在一電源電壓和電晶體閾電壓以使用最小的功率達到目標特性(舉例來說，最大工作頻率)。這可能依賴於電路中的活動(舉例來說，切換)。本發明的實施例調整電源電壓和電晶體閾電壓以達到目標特性，同時使用最小的功率。
節約功率的問題因功率消耗是電晶體工作特性的一功能而加劇，例如漏電流，其可以是閾電壓的一功能。而且，低閥值設備可能會漏太多電，當它們的電路處於休眠或等待模式時(舉例來說，電晶體為關的狀態)。另一方面，較高閥值的電晶體具有低性能的缺點(舉例來說，切換緩慢)。由此，不存在完美的閾電壓，使得一電路可以依照性能需求，運行於不同的頻率。
而且，閾電壓不是穩定的和可預測的。存在各種因素對一電晶體設備的閾電壓產生巨大影響。例如，為設置一設備的閾電壓接近於零，可能需要對該設備的溝道區進行輕微摻雜和/或補償摻雜。無論如何，由於加工的變化，設備與設備之間在溝道區的實際的摻雜濃度會有輕微變化。雖然這些變化可能很輕微，但它們可能會幾十或甚至幾百的改變一設備的閾電壓。進一步，尺寸的變化(例如氧化物厚度，和溝道寬度和特別是溝道長度)，在材料內和界面處的電荷俘獲，以及環境因素，例如工作溫度波動能夠改變閾電壓。
近來，已經發展到作為四端設備來使用電晶體，藉以控制電晶體的特性。典型的，金屬氧化物場效應半導體(MOSFET)和與之相似的被認為是三端設備並依此來控制。無論如何，這樣的電晶體的體可以作為一第四端來使用。例如，通過在體和源極之間應用電壓，電晶體的閾電壓可能會改變，如下面所討論的。
在圖1代表性的CMOS布局中，該電晶體作為四端設備來使用，藉以在使用體偏置技術時改變閾電壓。體偏置電晶體的一基本特性存在於電調該電晶體閥值的能力。這一點通過相對於源極向後偏置或向前偏置每一MOS電晶體的體以調整閾電壓來實現。典型的，該電壓可通過隔離源區和阱區的電阻性接觸來控制，隔離是通過使用單獨控制這兩區域所必需的電路系統來實現。圖1中的結構為代表性的布局，其中阱接點與源接點相分離。
n溝道場效應電晶體(NFET)101由一n區源極103，一柵電極104，一n區漏極105，及一p.sup.-大塊材料(p.sup.-bulk material)106。該NFET 101還可包括一如圖所示的p阱107。近似的，p溝道場效應電晶體(PFET)102包括在一n阱111中形成的p區源極108，一柵電極109和一p區漏極110。標號112為一p.sup.+塞(p.sup.+plug)，其形成大塊材料106的一大塊端子(bulk terminal)或阱連接物(well tie)，而標號113則是一n.sup.+塞(n.sup.+plug)，其形成n阱111的阱連接物。
在圖1所示的體偏置CMOS設計中，通過提供一隔開的NFET襯底以金屬軌條接點116，其與源極端子103的金屬軌條接點114相隔開，大塊材料106的阱接觸(well contact)112由NFET 101的源極端子(source terminal)103分離出來。該NFET襯底軌條接點116與一偏置電壓源Vpw。相近的，通過提供一隔開的PFET襯底以金屬軌條接點118，其與源極端子108的金屬軌條接點115相隔開，n阱111的阱接觸113由PFET 102的源極端子108分離出來。NFET襯底軌條接點118連接於一偏置電壓源Vnw。由此，在這個例子中，NFET101的襯底偏置電壓根據Vpw設定，而PFET102的襯底偏置電壓則根據Vnw設定。
圖2顯示一相近的設計，除了NFET101的襯底或體是通過一金屬底板119而偏置於Vpw，而不是通過一阱軌條連接物(well rail tie)。PFET102以一如圖1中的設計相近的結構關聯於Vnw。
為幫助理解本發明的一些實施例，下面將簡要的總結幾條原理。其中第一條是閾電壓(Vt)對於性能和功率的影響。減少閾電壓可增加性能(舉例來說，最大工作頻率)，但是增大漏電流。由此，閾電壓應當足夠低以允許電路工作在其想要的頻率上，但不要太低以致當電晶體不活動時漏電流浪費功率。例如，一高Vt，適合於節約一數字鐘電路的功率，其運行得不是很快。然而，一低Vt可能適合於一數位訊號處理電路，這樣其可以快速切換。
第二條結論是，為減少功率消耗所採取的步驟會影響Vt，因此也會影響電晶體的開電流(ION)及最大工作頻率。由此，實施例衡量了減少功率消耗和希望最大工作頻率的需求。例如，為減少功率消耗，根據上面的討論，可能會降低工作頻率和電源電壓。然而，降低電源電壓會增加有效的Vt，Vt的增加會急劇的減少飽和電流(ION)，因此會減小該電路可以運行的最大頻率。由此，通過使用軟體以控制閾電壓，本發明的實施例維持在各種因素之間的一平衡。僅僅使用硬體來管理各種因素是非常困難而不可能的。
如上所述，為減少功率消耗，通常想要減小工作頻率和電源電壓。圖3所示為一傳統的電晶體的功率消耗-頻率曲線圖。功率的使用可近似表示為等式1P＝C*V2*f+IOFF*V等式1中，P為功率，C為有效負載電容，V為電晶體的電源電壓，f為切換頻率，而IOFF是電晶體的漏電流或關電流(off current)。右側的第一組是變化的組件而第二組是固定的組件。該電晶體自身消耗的變化的功率作為一部分包括在負載電容裡。曲線301顯示當頻率變化而其它參數例如電源電壓保持不變時所使用的功率。如等式1所顯示，功率的使用隨頻率而線性下降，並具有一由固定的組件所給定的y軸截距。一些傳統的系統僅僅通過在電路不需要工作在高頻率時扼制工作頻率來節約功率。
不管怎樣，如曲線302和等式1所示，當頻率下降時，甚至更多的功率可以通過降低電源電壓而節省。例如，電源電壓在變化的組件一組中看起來是第二功率。固定功率組件的分析更加複雜。當電源電壓看起來是固定組件中的第一功率時，電源電壓的一降低也會影響IOFF。例如，降低電源電壓增加閾電壓，如等式2所示，其中，Vt為工作閾電壓，VtO為原始的(固有的)閾電壓，」dibl」為漏極感應阻礙降低(drain induced barrier lowering).而Vdd為電源電壓。
等式2Vt＝VtO-dibl*Vdd
等式2顯示，隨電源電壓減小，閾電壓Vt增加。漏電流的分析相當複雜，其包含幾個部分關狀態亞閥值漏電流，柵極直接隧穿漏電流，以及源極/漏極接漏電流。無論如何，依次增加Vt，減少漏電流(IOFF)，由於漏電流與Vt成指數關係，並且因此，如等式2所示，與電源電壓成指數關係，近似的等於Vdd每增加0.3伏特，其增加一倍。由此，希望減小電源電壓，隨之降低工作頻率以節約功率。
無論如何，Vt的增加會負面影響最大工作頻率。總之，降低電源電壓會增加有效的閾電壓，其使ION降低，從而降低最大工作頻率。降低電源電壓對Vt的效果已經在上面討論過。等式3證明一電晶體在飽和狀態下，Vt和ION之間的關係。
等式3ION＝VSATCOXW(Vgs-Vt-Vdsat)在等式3中，VSAT為飽和速率，Vgs為柵極-源極電壓，COX為柵極-溝道電容器在每單位面積上的電容，W溝道寬，並且Vdsat為飽和電壓。雖然等式3描述了一短溝道設備，但是本發明並不局限於短溝道設備。
由等式3可看出隨Vt的增加，ION迅速的下降。這樣，依次減小電路的最大頻率。最大頻率可近似用等式4來表示，其中C為負載電容，Vdd為電源電壓，而ION為電晶體的漏極-源極飽和電流。
等式4fmax∝ION/(C*Vdd)圖4所示為作為Vdd一函數的最大工作頻率，對應於各種Vt值。曲線401對應於最高的Vt，而曲線402對應於最低的。由此，對一給定的Vdd，最低Vt曲線可運行在最高頻率。進一步，如上所述，Vt變化時，ION也變化，由此fmax變化。如曲線401-403所示，當Vdd由其最高值下降時，最大頻率起初緩慢下降。然而，當Vdd進一步下降時，fmax存在一迅速減少。等式2-4顯示這一現象的原因。由等式4，注意到如果忽略Vdd對ION的影響，下降的Vdd會減少fmax。然而，等式2和等式3顯示下降的Vdd會減少ION，由等式4得出，其減少fmax。而且，等式3顯示，隨Vt增加，ION迅速減少。由此，根據等式4，隨隨Vt增加ION迅速的減少使得fmax下降，雖然Vdd也在下降。本發明的實施例計算最合適的運行特性(舉例來說，功率消耗)，通過衡量上述討論過的各種因素並達到適合的參數，例如Vdd，和體偏置值以設定Vt。無論如何，本發明的實施例不僅限於在此討論的因素，它們只是作為示例來考慮。
在本發明的一實施例中，電晶體以一極低Vt製造出來。例如，Vt曲線會在圖4中遠離左側，並因此可以工作在一極高頻率上，如果需要的話。然而，帶有極低Vt的設備不希望具有一高IOFF，正如上面所描述的。由此，根據在此討論的變量和與其相似的，使用體偏置來增加Vt到一最合適水平或至少極接近最合適水平。例如，可以使用體偏置有效地由例如曲線402移動到曲線403，藉以減少IOFF，同時仍然允許電路工作在一實際足夠的fmax上。無論如何，電晶體以低Vt製造出來不是必須的。由此，總之，當圖4中的曲線遠離左側時，電路可能會運行得更快，因為ION相對較高，但是在電路靜止時，其可能會消耗更多的功率，因為IOFF也相對較高。
體偏置也可以用來在圖4中移動一曲線進一步接近左側。在這個例子中，體偏置可描述為向前偏置並可以減小Vt。向後偏置可以用來移動一曲線進一步接近右側。
本發明的實施例根據一目標工作頻率確定一適當的電源電壓和閾電壓，同時節約功率。目標工作頻率可能基於電路的利用(舉例來說，處理器的利用)。如前述討論所解釋的，通過降低電源電壓可節約額外的功率，但是這樣做不能使電源電壓降得太低或電路將不能達到目標工作頻率。而且，Vt同時影響功率消耗和fmax。
圖5A所示為根據本發明的實施例一示範性系統500，使用軟體控制體偏置以優化一電路502性能的示意圖。該系統500包含一電路502，其特性將被改變。該電路502可能具有CMOS電晶體，但這不意味著限制於此。該系統500被提供一目標頻率(ftar)，據此通過計算模塊506來計算電源電壓的值(Vdd)和體偏置的值(Vnw，Vpw)。這些可能是數值。再次回到圖4，其可以被描述為在fmax固定時選取一合適的曲線，同時考慮到不同的Vt和Vdd對功率消耗的影響。例如，在一實施例中，IOFF的變化引起功率消耗的變化(其可能順次由被分析的Vt曲線所引起)與Vdd的變化引起功率消耗的變化相比較。這一分析可以包括把電晶體多久需要切換考慮在內。在這一例子中，Vdd可能是在分析過的Vt曲線上需要的值以達到fmax。
電源電壓值和體偏置值輸入變換電路系統504中以變換這些值到模擬信號以輸入改變中的電路502。那些本技術領域常見的技術可以合適的將這些值應用到該電路上。這一目標頻率(Ftar)也可以應用於電路502。這可能是實際的輸入計算模塊的值，並由此不用必須在那裡改變。然而，實施例不但提供了使運行電路502於目標頻率，還提供使其運行在一不同的頻率上，假如，例如計算出的頻率確定另一頻率更合適的情況。那些本技術領域常用的技術可用於改變電路的頻率。
有時，系統500使用IOFF測量模塊508由一或更多電路502的電晶體中測量IOFF，並使用那個值來調整計算出的合適的值。本發明的實施例可能還會測量其它參數，而不是測量IOFF，例如，舉例來說，溫度。這一參數可能接著被送入計算模塊506。由此，電路具有一方式來補償電晶體中處理和環境兩者的變化。如果需要的話，測量可以在電路502的多個位置進行，以處理在不同電晶體間的變化。由此，可能會有單獨的Vnw和Vpw信號送到電路502的不同區域中。
在一具體執行中，計算用一查表法來進行。圖7所示為示例性的表格。有時，IOFF的值可以用來改寫表格的值。選擇性的，系統500可能具有許多的表格。IOFF的值可以用來選取合適的表格。例如，測量出的IOFF可以擔當測量溫度的一種方法。該系統500的每一表格可能在預期的工作溫度範圍內覆蓋一小範圍。由本領域的常用技術可知，確定這些值不一定必須採用查表法。例如，可以使用一算法來動態的計算合適的Vdd，Vnw和Vpw值。
圖5B所示為系統520的一實施例，其中，該系統520輸入一目標電源電壓Vdd，而不是輸入一目標頻率。基於這一值，系統520計算出一工作頻率(fop)，-Vnw和-Vpw。在給定電源電壓和選定Vt的情況下，該工作頻率可能是電路502可以運行的最大頻率。再回到圖4，其可以表述為挑選一合適的曲線在固定Vdd的情況下使fmax最大。因為具有圖5A中所示的系統500，可以有時來測量一IOFF值，並且用其來計算fop，Vnw和Vpw。
圖5C所示為一系統540的實施例，其中一任意參數被輸入計算模塊506。該任意參數可以是，例如，一目標工作頻率或一目標電源電壓。無論如何，本發明的實施例不僅限於此。基於輸入參數，系統540根據目標參數確定電晶體的體偏置值，藉以優化一線路的特性。系統540可以優化功率消耗或最大工作頻率。而且，本發明的實施例不僅限於此。系統540可以確定其它的電路參數，例如Vdd或工作頻率，這依賴於所屬如的參數是什麼。雖然沒有顯示，但是根據本技術領域的現有技術可得出一IOFF測量電路或類似的可以加入系統540。
圖6所示為根據本發明一實施例，一測量電路的系統的示範性模塊圖600。在圖6中，微處理器602是將被改變工作特性的電路。無論如何，本發明的實施例不僅限於一微處理器602。與微處理器602相聯繫的是一代碼變形軟體(CMS)610。該CMS610可訪問在微處理器602內執行的指令並能夠翻譯它們。例如，需要執行的指令可能已經為一不同的處理器而寫成。該CMS610為本系統的實際的處理器翻譯並優化這些指令。
由於該CMS610了解近來被執行的指令和將要執行的指令，其能夠非常有效的確定當前的處理器利用和預知隨後的利用。由此，其能夠確定微處理器需要在什麼頻率下以執行一時間間隔。該CMS610反饋這一目標頻率給計算模塊506，其如上述討論的來確定合適的電路參數。
圖7所示為根據本發明一實施例，一用於確定電路參數的示範性表格700。該示範性表格700包含記載fmax，Vdd，Vnw和Vpw的條目，條目的第一行具有一Vpw為0.2V和Vnw為-0.2V，並且其適合向前偏置一體/源極連接(junction)。具有Vpw為-1V和-2V的條目適合向後偏置體/源極連接。一典型的表格可能包含更多的條目。
本發明的一實施例為一使用軟體控制體偏置以優化電路性能的方法。至少圖8所示的過程的一些步驟可以作為指令存儲到一計算機可讀介質中，並且可在一通用的處理器(舉例來說，圖10所示的計算機系統100)上執行。在圖8所示的過程800中，在步驟810得到一目標參數。該目標參數可以是一目標頻率或Vdd，但並不僅限於此。
在步驟820中，為優化一電路的特性，根據目標參數，電晶體的體偏置值被確定。將要優化的特性可以是功率消耗，其根據給定的輸入參數來優化。該確定過程可以包括查表法或一基於一數學關係的傳輸過程中計算(calculation on-the-fly)。依賴於所輸入的參數是什麼，各種實施例還可以計算一Vdd或一最大工作頻率。其它參數同樣可以被確定。
該確定過程可以包括預測電路的活動。例如，一工作頻率，就像一最大工作頻率可以被預測。同樣的，電路的漏電流能夠被預測。預測可以通過CMS來進行，並且可以用於確定未來的閥值。
步驟820的確定過程可以包括衡量各種考慮，如果不使用軟體的話這些是很難或不可能實行的。對各種考慮的衡量可能會以很多種方式來陳述，不應以本發明的說明中所包含的表達為限定。如下所述，選取一體偏置值改變Vt，其依次改變ION和IOFF兩者。由於最大工作頻率依賴於ION，並且靜止功率消耗依賴於IOFF，這些因素在給定電路的用途(舉例來說，電晶體切換所在的頻率)時互相平衡。而且，Vdd的值也影響平衡的過程。在一實施例中，取決於IOFF的改變的(舉例來說，由Vt的改變)功率消耗的改變與取決於Vdd的改變的(舉例來說，圖4中在一給定的曲線上，必須達到的fmax)功率消耗的改變做比較。在另一實施例中，取決於ION的改變的(舉例來說，由Vt的改變)功率消耗的改變與取決於Vdd的改變的功率消耗的改變做比較。無論如何，許多其它的衡量試驗是可行的。基於比較，可以選取合適的Vdd，Vnw和Vpw值。
在步驟830中，電路中電晶體的體為體偏置的建立一希望的Vt。這既可以是向後偏置，也可以是向前偏置。進一步的，依賴於實施中的實施例，電源電壓(Vdd)可以根據新確定的值而改變，或者工作頻率可以根據一確定的頻率而改變。當使用軟體控制體偏置，通過應用新體偏置以改變閾電壓的步驟可以智能的實施，通過確定在這一時刻是否不改變體偏置更好。例如，改變體偏置花費一些對功率的測量，由此，例如，電容性充電。如果交換閾電壓之間的變化所節約的功率被進行改變所花費的功率超過，這個改變可以放棄。
本發明的一實施例為一計算機執行的方法以優化電路的特性，其使用軟體控制體偏置。至少圖9中過程900的一些步驟可以作為指令存儲在一計算機可讀介質中，並可在一通用處理器上執行。在步驟910中，電路中一電晶體的一漏電流被測量。
在步驟920中，得到一目標頻率。該目標頻率可以被CMS或類似的所確定，並且可以基於對一工作特性由過程900所控制的處理器的利用而確定。
在步驟930中，根據目標頻率，一電源電壓和電晶體體偏置值被確定。而且，在步驟910中測量得到的漏電流可以在確定過程中包括進去。作為結果的值可以用來優化功率消耗。該確定過程可以包括查表法或傳輸過程中計算(calculation on-the-fly)。步驟930中的確定過程可以包括衡量各種考慮，如果沒有使用軟體這是很難或不可能實施的。基於比較，可以選取合適的Vdd，Vnw和Vpw值。
在步驟930中，確定得到的電源電壓和體偏置值應用於電路。該體偏置在電路中建立一希望得到的Vt。用這種方式，電路可以在希望的頻率上運行同時功率消耗最小。
圖10所示為一示範性的計算機系統100的電路系統，其可以形成本發明實施例的平臺。計算機系統100包括一地址/數據總線99以傳送信息，一中央處理器101與總線相連接以處理信息和指令，一易失性存儲器102(舉例來說，隨機存取存儲器RAM)與總線99相連接以為中央處理器101存儲信息和指令，以及一非易失性存儲器103(舉例來說，只讀存儲器ROM)與總線99相連接以為處理器101存儲靜態信息和指令。計算機系統100還包括一可選的數據存儲設備104(舉例來說，一磁或光碟或盤驅動器)與總線99相連接以存儲信息和指令。
仍然是關於圖10，系統100還包括一可選的包括混合符號和功能鍵的混合符號輸入設備106與總線99相連接以傳送信息和命令選擇給中央處理器單元101。系統100還包括一光標控制設備107與總線99相連接以傳送使用者的輸入信息和命令選擇給中央處理器單元101。本發明實施例的系統100還包括一顯示設備105與總線99相連接以顯示信息。一信號輸入/輸出通訊設備108與總線99相連接以提供與外部設備的通訊。
本發明的最佳實施例，一軟體控制體偏置的方法和系統如上所述。雖然本發明已經由特定的實施例來說明，但本發明並不由這樣的實施例所限定，應根據所附的權利要求來確定。
權利要求
1.一優化電路性能的方法，包括a)獲取一目標參數；b)根據所述目標參數，使用軟體確定電晶體體偏置值，藉以優化一電路的一特性；還有c)基於所述體偏置值偏置所述電路中的電晶體的體，其中所述特性被優化。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述的目標參數為所述電路的一目標頻率。
3.根據權利要求2所述的方法，其中所述特性是所述電路的功率效率。
4.根據權利要求2所述的方法，其中所述b)包含，基於所述目標頻率，確定所述電路的一電源電壓，藉以優化所述特性。
5.根據權利要求4所述的方法，其中所述b)進一步包含，衡量涉及所述電晶體的閾電壓的功率消耗和與之相對的涉及所述電源電壓的功率消耗。
6.根據權利要求1所述的方法，其中所述b)包含，基於所述目標頻率，確定所述電路的一電源電壓，藉以優化所述特性。
7.根據權利要求1所述的方法，其中所述目標參數為所述電路的一目標電源電壓。
8.根據權利要求7所屬的方法，其中所述特性為所述電路的一最大工作頻率。
9.根據權利要求8所述的方法，其中所述b)包含，基於所述目標電源電壓，確定所述電路的一最大工作頻率。
10.根據權利要求1所述的方法，其中所述c)包含，基於所述體偏置值，向前偏置所述電路中所屬電晶體的體。
11.根據權利要求1所述的方法，其中所述c)包含，基於所述體偏置值，向後偏置所述電路中所屬電晶體的體。
12.根據權利要求1所述的方法，其中所述b)包含預測所述電路的活動。
13.根據權利要求1所述的方法，其中所述b)包含預測所述電路的漏電流。
14.根據權利要求1所述的方法，其中所述b)包含預測所述電路的一工作頻率。
15.一管理一電路的系統，包含邏輯電路，用於確定一具有電晶體的電路的一目標頻率，該電路與所述邏輯電路相連接；計算機執行邏輯電路，用於根據所述目標頻率確定體偏置值，藉以優化所述電路的一特性；還有電路系統，基於所述體偏置值，用來偏置所述電晶體的體，從而所述特性被優化。
16.根據權利要求15所述的系統，其中所述目標頻率為基於所述電路的利用，其中所述電路為一處理器。
17.根據權利要求15所述的系統，其中用於確定所述目標頻率的所述邏輯電路進一步還可以翻譯所述電路中執行的指令，其中所述電路為一處理器。
18.根據權利要求15所述的系統，其中用於確定所述體偏置值的所述邏輯電路包含一表格，其具有一範圍內目標頻率的所述體偏置值。
19.根據權利要求15所述的系統，其中用於確定所述體偏置值的所述邏輯電路進一步可以基於至少部分的所述目標頻率，確定所述電晶體的一電源電壓。
20.根據權利要求15所述的系統，其中所述系統進一步包含電路系統，用於在所述電路中的所述電晶體中的一電晶體中確定一漏電流；以及其中用於確定所述體偏置值的所述邏輯電路進一步基於所述漏電流進行所述確定。
21.根據權利要求15所述的系統，其中用於確定所述目標頻率的所述邏輯電路進一步可以預測所述電路的未來活動。
22.根據權利要求15所述的系統，其中所述體偏置值為可操作的以向前偏置所述電晶體的一體/源極連接。
23.根據權利要求15所述的系統，其中所述體偏置值為可操作的以反向偏置(reverse-bias)所述電晶體的一體/源極連接。
24.一管理電路性能的計算機執行方法，包含a)獲取一目標頻率以使一電路工作於該頻率；b)根據所述目標頻率確定電晶體體偏置值，藉以充分的優化所述電路的一功率效率；以及c)應用所述體偏置值於所述電路的電晶體的體。
25.根據權利要求24所述的計算機執行方法，其中所述b)包含，基於所述目標頻率和所述體偏置值，確定所述電路的一電源電壓，以優化所述功率效率。
26.根據權利要求25所述的計算機執行方法，其中所述b)進一步包含，比較在所述目標頻率下，所述電晶體的閾電壓和所述電源電壓的變化影響所述的功率效率的優化程度有多深。
27.根據權利要求24所述的計算機執行方法，其中所述b)中所述的確定包含基於一數學關係計算所述體偏置值。
28.根據權利要求24所述的計算機執行方法，其中所述b)中所述的確定包含為一包含一範圍內頻率的所述體偏置值的表格作索引。
29.根據權利要求24所述的計算機執行方法，其中所述方法進一步包含確定所述電路中的所述電晶體中至少一個電晶體的一漏電流；並且至少部分基於所述的漏電流，確定所述b)中的所述體偏置值。
30.一計算機可讀介質，其存儲有指令，當在一處理器上運行時，執行一管理電路性能的方法，所述方法包含a)獲取一目標頻率以使一電路工作於該頻率；b)根據所述目標頻率確定電晶體體偏置值，藉以優化所述電路的一功率效率；c)確定是否在所述電路的電晶體上應用所述體偏置值；以及d)根據所述確定結果輸出所述體偏置值到所述電晶體的體。
31.根據權利要求30所述的計算機可讀介質，其中所述方法的所述的b)包含，基於所述目標頻率確定所述電路的一電源電壓，以優化所述功率效率。
32.根據權利要求31所述的計算機可讀介質，其中所述方法的所述的b)進一步包含，將由所述電晶體的閾電壓變化引起的所述功率消耗的變化，與由所述電源電壓變化引起的所述功率消耗的變化作比較。
33.根據權利要求31所述的計算機可讀介質，其中所述方法的所述的b)進一步包含，衡量涉及所述電晶體的一關電流(IOFF)的所述功率消耗和與之相對的涉及所述電源電壓的所述功率消耗。
34.根據權利要求31所述的計算機可讀介質，其中所述方法的所述的b)進一步包含，衡量涉及所述電晶體的一開電流(ION)的所述功率消耗和與之相對的涉及所述電源電壓的所述功率消耗。
35.根據權利要求30所述的計算機可讀介質，其中所述方法的所述的b)包含預測所述電路的一未來活動。
36.根據權利要求30所述的計算機可讀介質，其中所述方法的所述的b)包含預測所述電路的一未來漏電流。
37.根據權利要求30所述的計算機可讀介質，其中所述方法的所述的c)包含衡量改變所述電晶體的閾電壓所消耗的功率和由改變所述閾電壓所節約的功率。
全文摘要
控制體偏置的軟體。
文檔編號G06F1/32GK1757008SQ200380109985
公開日2006年4月5日 申請日期2003年12月29日 優先權日2002年12月31日
發明者大衛·R.·狄滋爾, 詹姆斯·B.·伯爾 申請人:全美達股份有限公司