CN104777854A - 一种半导体器件的温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体器件的温度控制方法及系统，所述方法包括步骤1、检测半导体器件的温度，并获取半导体器件的功能模块当前的最高工作频率；步骤2、根据检测的半导体器件的温度和当前的最高工作频率，动态调整半导体器件的功能模块的最高工作频率限制。本发明还提供一种所述方法对应的系统。本发明能有效地控制半导体器件的功能模块的温度，防止半导体器件温度过高，且具有更好的适应性；同时还可以降低功耗，使半导体器件的性能尽量最大化。

Description

一种半导体器件的温度控制方法

技术领域

本发明涉及一种器件温度控制领域，特别涉及一种半导体器件的温度控制方法。

背景技术

半导体器件的运行功耗主要受工作频率和工作电压影响，且通常工作频率越高，性能就越高，但需要的工作电压也越高，运行功耗也越大。运行功耗的增大，又会导致半导体器件的温度上升，进而影响半导体器件的稳定性，且太高的温度将会带来不好的用户体验。

由上述可知，半导体器件的性能与温度之间存在着相互矛盾的关系，因此，寻找一种既能合理、有效地控制半导体器件温度，防止半导体器件温度过高，又能使性能尽量最大化的方法显得极其重要。

在现有技术中，通常是根据预设的温度和频率之间的对应关系来解决性能与温度之间的矛盾关系。具体是在半导体器件工作过程中，当检测到半导体器件的温度达到某一设定值时，就将半导体器件的功能模块的工作频率调节到对应的预设值。

但是，在实际使用时，半导体器件的温度除了和功能模块的运行频率有关，还与功能模块的负载有关，且在不同的应用场景下，负载通常也是变化的。此外，半导体器件本身也存在个体差异。

而现有做法的温度和频率之间的对应关系是预设和固定的，因此它无法很好地适应上述负载、应用场景、个体差异等不同情况的变化，适应性较差，或者为了考虑上述不同情况的变化，就需要根据较恶劣的情况来设置频率，而这将使设置的频率较低，进而大大降低半导体器件的性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种半导体器件的温度控制方法，所述方法通过对半导体器件的功能模块的温度进行合理有效地控制，以防止半导体器件温度过高，并影响用户体验，同时还可以降低功耗，使半导体器件的性能尽量最大化。

本发明是这样实现的：一种半导体器件的温度控制方法，所述方法包括：

步骤1、检测半导体器件的温度，并获取半导体器件的功能模块当前的最高工作频率；

步骤2、根据检测的半导体器件的温度和当前的最高工作频率，动态调整半导体器件的功能模块的最高工作频率限制。

进一步地，还包括：

步骤3、检测半导体器件的功能模块的负载；

步骤4、根据半导体器件的功能模块的负载和最高工作频率限制，对提供给半导体器件的功能模块的驱动时钟频率和驱动电压的至少一个进行调节。

进一步地，所述步骤2具体为：根据检测的半导体器件的温度和当前的最高工作频率，动态调整半导体器件的功能模块的最高工作频率限制；

当检测的半导体器件的温度大于设置的第一温度水平时，即当检测的半导体器件的温度减去第一温度水平的差值ΔT1大于零时，将半导体器件的功能模块的最高工作频率限制降低为当前的最高工作频率减去对应ΔT1的频率变化值ΔF1，且ΔF1随ΔT1的增大而增大；当检测的半导体器件的温度大于半导体器件允许的最高温度时，断开电源；

当检测的半导体器件的温度小于设置的第二温度水平时，即当第二温度水平减去检测的半导体器件的温度的差值ΔT2大于零时，将半导体器件的功能模块的最高工作频率限制提高为当前的最高工作频率加上对应ΔT2的频率变化值ΔF2，且ΔF2随ΔT2的增大而增大；

当检测的半导体器件的温度小于等于设置的第一温度水平并且大于等于第二温度水平时，保持半导体器件的功能模块的最高工作频率限制不变；

其中，第二温度水平小于第一温度水平。

进一步地，当半导体器件中存在多个功能模块时，根据半导体器件的温度和性能需求，对多个功能模块的最高工作频率限制进行选择性调整。

本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种半导体器件的温度控制系统，所述系统通过对半导体器件的功能模块的温度进行合理有效地控制，以防止半导体器件温度过高，并影响用户体验，同时还可以降低功耗，使半导体器件的性能尽量最大化。

本发明是这样实现的：一种半导体器件的温度控制系统，包括温度检测模块以及控制模块；

所述检测模块，用于检测半导体器件的温度，并获取半导体器件的功能模块当前的最高工作频率；

所述控制模块，用于根据检测的半导体器件的温度和当前的最高工作频率，动态调整半导体器件的功能模块的最高工作频率限制。

进一步地，还包括：

负载检测模块，用于检测半导体器件的功能模块的负载，

频率/电压调节模块，用于根据半导体器件的功能模块的负载和最高工作频率限制，对提供给半导体器件的功能模块的驱动时钟频率和驱动电压的至少一个进行调节。

进一步地，所述控制模块具体为：根据检测的半导体器件的温度和当前的最高工作频率，动态调整半导体器件的功能模块的最高工作频率限制；

当检测的半导体器件的温度大于设置的第一温度水平时，即当检测的半导体器件的温度减去第一温度水平的差值ΔT1大于零时，将半导体器件的功能模块的最高工作频率限制降低为当前的最高工作频率减去对应ΔT1的频率变化值ΔF1，且ΔF1随ΔT1的增大而增大；当检测的半导体器件的温度大于半导体器件允许的最高温度时，断开电源；

当检测的半导体器件的温度小于设置的第二温度水平时，即当第二温度水平减去检测的半导体器件的温度的差值ΔT2大于零时，将半导体器件的功能模块的最高工作频率限制提高为当前的最高工作频率加上对应ΔT2的频率变化值ΔF2，且ΔF2随ΔT2的增大而增大；

当检测的半导体器件的温度小于等于设置的第一温度水平并且大于等于第二温度水平时，保持半导体器件的功能模块的最高工作频率限制不变；

其中，第二温度水平小于第一温度水平。

进一步地，当半导体器件中存在多个功能模块时，根据半导体器件的温度和性能需求，对多个功能模块的最高工作频率限制进行选择性调整。

本发明具有如下优点：1、能有效地控制半导体器件的功能模块的温度，防止温度过高，且不仅根据半导体器件当前的温度，还根据功能模块当前的最高工作频率来计算出新的最高工作频率限制，因此具有更好的适应性；2、可以根据功能模块的负载，在最高工作频率限制的范围内进行动态调频、调压操作，这可以确保在达到控制温度的前提下，又降低功耗，使半导体器件的性能尽量最大化。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为本发明方法执行流程图。

图2为本发明系统结构框图。

具体实施方式

请参照图1所示，一种半导体器件的温度控制方法，包括如下步骤：

步骤1、检测半导体器件的温度T，并获取半导体器件的功能模块当前的最高工作频率F；

步骤2、根据检测的半导体器件的温度T和当前的最高工作频率F，动态调整半导体器件的功能模块的最高工作频率限制。该步骤具体为：

根据检测的半导体器件的温度T和当前的最高工作频率F，动态调整半导体器件的功能模块的最高工作频率限制；

当检测的半导体器件的温度T大于设置的第一温度水平T1时，即当T-T1＝ΔT1>0时，将半导体器件的功能模块的最高工作频率限制降低为F-ΔF1，ΔF1为ΔT1所对应的频率变化值，且ΔF1随ΔT1的增大而增大；当检测的半导体器件的温度T大于半导体器件允许的最高温度Tmax(该允许的最高温度Tmax通常是在设计半导体器件时所设定的该器件能够承受的最高工作温度)时，断开电源；

当检测的半导体器件的温度T小于设置的第二温度水平T2时，即当T2-T＝ΔT2>0时，将半导体器件的功能模块的最高工作频率限制提高为F+ΔF2，ΔF2为ΔT2所对应的频率变化值，且ΔF2随ΔT2的增大而增大；

当检测的半导体器件的温度T小于等于设置的第一温度水平T1并且大于等于第二温度水平T2时，保持半导体器件的功能模块的最高工作频率限制不变；

其中，第二温度水平T2小于第一温度水平T1，且在具体实施时，第一温度水平T1和第二温度水平T2的设置可以根据半导体器件的性能和对半导体器件的实际使用经验来进行设置。

步骤3、检测半导体器件的功能模块的负载L，该步骤为可选择步骤；

步骤4、根据半导体器件的功能模块的负载L和最高工作频率限制，对提供给半导体器件的功能模块的驱动时钟频率和驱动电压的至少一个进行调节，以降低半导体器件的功耗；该步骤为可选择步骤。

当半导体器件中存在多个功能模块时，根据半导体器件的温度T和性能需求，对多个功能模块的最高工作频率限制进行选择性调整。在具体实施时，通常只对发热较大的功能模块的最高工作频率限制进行调整，例如，移动处理器中通常存在中央处理器功能模块(以下简称CPU功能模块)和图形处理器模块(以下简称GPU功能模块)，由于调整GPU功能模块的工作频率可能会影响动态的显示，从而显著影响用户体验，所以一般是通过调整CPU功能模块的最高工作频率限制来控制半导体器件的温度，只有当只调整CPU功能模块的最高工作频率限制不能有效地控制半导体器件的温度时，才增加对GPU功能模块的调整。

具体实施例一：

以SOC芯片上系统(以下简称SOC芯片)为例，该SOC芯片上包含CPU功能模块，该SOC芯片允许的最高温度为100℃，设置的第一温度水平为85℃，第二温度水平为75℃。

所述方法包括：

步骤1、检测SOC芯片的温度T，并获取SOC芯片的CPU功能模块当前的最高工作频率F(本实施例F取1200MHz)；

步骤2、根据检测的SOC芯片的温度T和当前的最高工作频率F(本实施例F取1200MHz)，动态调整SOC芯片的CPU功能模块的最高工作频率限制；

当检测的温度T大于85℃时，将CPU功能模块的最高工作频率限制降低为(1200-N*(T-85))MHz，其中N为正整数，例如，温度T为90℃，N为20，就将CPU功能模块的最高工作频率限制降低为1100MHz。

当检测的温度T大于100℃时，断开电源。

当检测的温度T小于75℃时，将CPU功能模块的最高工作频率限制提高为(1200+K*(75-T))MHz，其中K为正整数，例如，温度T为70℃，K为20，就将CPU功能模块的最高工作频率限制提高为1300MHz。

当检测的温度T大于等于75℃并且小于等于85℃时，保持CPU功能模块的最高工作频率限制不变。

需要指出的是，温度和频率变化值的关系可以如上述实施例中是线性的，也可以是非线性的。

步骤3、检测CPU功能模块的负载L(例如负载为30％)；

步骤4、根据CPU功能模块的负载L和最高工作频率限制，对提供给CPU功能模块的驱动时钟频率和驱动电压的至少一个进行调节，以降低CPU功能模块的功耗，使性能最大化。例如，当CPU功能模块的最高工作频率限制为1600MHz，提供给CPU功能模块的驱动时钟频率为1500MHz、驱动电压为1.2V。此时若检测到CPU功能模块的负载L为30％，就将提供给CPU模块的驱动时钟频率降低为1200MHz、驱动电压降低为1.1V。

具体实施例二：

与具体实施例一不同是，步骤2在具体实施过程中，温度和频率变化值的关系也可以通过查表的方式得到。如可按照表1的对应关系来对SOC芯片的CPU功能模块的最高工作频率限制进行调节。

表1温度和频率变化值的关系表

温度T(℃)	频率变化值ΔF(MHz)
		90≤T≤95	-300
85≤T＜90	-150
		75≤T＜85	0
70≤T＜75	100
		20≤T＜70	300

例如，当检测的SOC芯片的温度T处在85℃≤T＜90℃时，就将SOC芯片的CPU功能模块的最高工作频率限制降低150MHz。当检测的SOC芯片的温度T处在75℃≤T＜85℃之间时，就保持SOC芯片的CPU功能模块的最高工作频率限制不变。

具体实施例三：

与具体实施例一不同的是，当在SOC芯片中同时包括CPU功能模块和GPU功能模块时，根据该SOC芯片的温度T和性能需求，对CPU功能模块和GPU功能模块的最高工作频率限制进行选择性调整。例如：

当SOC芯片的温度T大于90℃时，就同时降低CPU功能模块的最高工作频率限制和GPU功能模块的最高工作频率限制；

当SOC芯片的温度T大于80℃并且小于等于90℃时，只降低CPU功能模块的最高工作频率限制，保持GPU功能模块的最高工作频率限制不变；

当SOC芯片的温度T大于60℃并且小于等于80℃时，同时保持CPU功能模块的最高工作频率限制和GPU功能模块的最高工作频率限制不变；

当SOC芯片的温度T大于50℃并且小于等于60℃时，保持CPU功能模块的最高工作频率限制不变，提高GPU功能模块的最高工作频率限制；

当SOC芯片的温度T小于等于50℃时，同时提高CPU功能模块的最高工作频率限制和GPU功能模块的最高工作频率限制。

请参照图2所示，一种半导体器件的温度控制系统，包括温度检测模块以及控制模块；

检测模块，用于检测半导体器件的温度T，并获取半导体器件的功能模块当前的最高工作频率F；

控制模块，用于根据检测的半导体器件的温度T和当前的最高工作频率F，动态调整半导体器件的功能模块的最高工作频率限制。该模块具体为：

根据检测的半导体器件的温度T和当前的最高工作频率F，动态调整半导体器件的功能模块的最高工作频率限制；

当检测的半导体器件的温度T大于设置的第一温度水平T1时，即当T-T1＝ΔT1>0时，将半导体器件的功能模块的最高工作频率限制降低为F-ΔF1，ΔF1为ΔT1所对应的频率变化值，且ΔF1随ΔT1的增大而增大；当检测的半导体器件的温度T大于半导体器件允许的最高温度Tmax(该允许的最高温度Tmax通常是设计半导体器件时所设定的该器件能够承受的最高工作温度)时，断开电源；

当检测的半导体器件的温度T小于设置的第二温度水平T2时，即当T2-T＝ΔT2>0时，将半导体器件的功能模块的最高工作频率限制提高为F+ΔF2，ΔF2为ΔT2所对应的频率变化值，且ΔF2随ΔT2的增大而增大；

当检测的半导体器件的温度T小于等于设置的第一温度水平T1并且大于等于第二温度水平T2时，保持半导体器件的功能模块的最高工作频率限制不变；

其中，第二温度水平T2小于第一温度水平T1，且在具体实施时，第一温度水平T1和第二温度水平T2的设置可以根据半导体器件的性能和对半导体器件的实际使用经验来进行设置。

负载检测模块，用于检测半导体器件的功能模块的负载L，该模块为可选择模块；

频率/电压调节模块，用于根据半导体器件的功能模块的负载L和最高工作频率限制，对提供给半导体器件的功能模块的驱动时钟频率和驱动电压的至少一个进行调节，以降低半导体器件的功耗；该模块为可选择模块。

当半导体器件中存在多个功能模块时，根据半导体器件的温度T和性能需求，对多个功能模块的最高工作频率限制进行选择性调整。在具体实施时，通常只对发热较大的功能模块的最高工作频率限制进行调整，例如，移动处理器中通常存在中央处理器功能模块(以下简称CPU功能模块)和图形处理器模块(以下简称GPU功能模块)，由于调整GPU功能模块的工作频率可能会影响动态的显示，从而显著影响用户体验，所以一般是通过调整CPU功能模块的最高工作频率限制来控制半导体器件的温度，只有当只调整CPU功能模块的最高工作频率限制不能有效地控制半导体器件的温度时，才增加对GPU功能模块的调整。

具体实施例四：

以SOC芯片上系统(以下简称SOC芯片)为例，该SOC芯片上包含CPU功能模块，该SOC芯片允许的最高温度为100℃，设置的第一温度水平为85℃，第二温度水平为75℃。

所述系统包括：

检测模块，用于检测SOC芯片的温度T，并获取SOC芯片的CPU功能模块当前的最高工作频率F(本实施例F取1200MHz)；

控制模块，用于根据检测的SOC芯片的温度T和当前的最高工作频率F(本实施例F取1200MHz)，动态调整SOC芯片的CPU功能模块的最高工作频率限制；

当检测的温度T大于85℃时，将CPU功能模块的最高工作频率限制降低为(1200-N*(T-85))MHz，其中N为正整数，例如，温度T为90℃，N为20，就将CPU功能模块的最高工作频率限制降低为1100MHz。

当检测的温度T大于100℃时，断开电源。

当检测的温度T小于75℃时，将CPU功能模块的最高工作频率限制提高为(1200+K*(75-T))MHz，其中K为正整数，例如，温度T为70℃，K为20，就将CPU功能模块的最高工作频率限制提高为1300MHz。

当检测的温度T大于等于75℃并且小于等于85℃时，保持CPU功能模块的最高工作频率限制不变。

需要指出的是，温度和频率变化值的关系可以如上述实施例中是线性的，也可以是非线性的。

负载检测模块，用于检测CPU功能模块的负载L(例如负载为60％)；

频率/电压调节模块，用于根据CPU功能模块的负载L和最高工作频率限制，对提供给CPU功能模块的驱动时钟频率和驱动电压的至少一个进行调节，以降低CPU功能模块的功耗，使性能最大化。例如，当CPU功能模块的最高工作频率限制为1600MHz，提供给CPU功能模块的驱动时钟频率为1500MHz、驱动电压为1.2V。此时若检测到CPU功能模块的负载L为30％，就将提供给CPU模块的驱动时钟频率降低为1200MHz、驱动电压降低为1.1V。

具体实施例五：

与具体实施例四不同是，控制模块在具体实施过程中，温度和频率变化值的关系也可以通过查表的方式得到。如可按照表2的对应关系来对SOC芯片的CPU功能模块的最高工作频率限制进行调节。

表2温度和频率变化值的关系表

温度T(℃)	频率变化值ΔF(MHz)
		90≤T≤95	-300
85≤T＜90	-150
		75≤T＜85	0
70≤T＜75	100
		20≤T＜70	300

例如，当检测的SOC芯片的温度T处在85℃≤T＜90℃时，就将SOC芯片的CPU功能模块的最高工作频率限制降低150MHz。当检测的SOC芯片的温度T处在75℃≤T＜85℃之间时，就保持SOC芯片的CPU功能模块的最高工作频率限制不变。

具体实施例六：

与具体实施例四不同的是，当在SOC芯片中同时包括CPU功能模块和GPU功能模块时，根据该SOC芯片的温度T和性能需求，对CPU功能模块和GPU功能模块的最高工作频率限制进行选择性调整。例如：

当SOC芯片的温度T大于90℃时，就同时降低CPU功能模块的最高工作频率限制和GPU功能模块的最高工作频率限制；

当SOC芯片的温度T大于80℃并且小于等于90℃时，只降低CPU功能模块的最高工作频率限制，保持GPU功能模块的最高工作频率限制不变；

当SOC芯片的温度T大于60℃并且小于等于80℃时，同时保持CPU功能模块的最高工作频率限制和GPU功能模块的最高工作频率限制不变；

当SOC芯片的温度T大于50℃并且小于等于60℃时，保持CPU功能模块的最高工作频率限制不变，提高GPU功能模块的最高工作频率限制；

当SOC芯片的温度T小于等于50℃时，同时提高CPU功能模块的最高工作频率限制和GPU功能模块的最高工作频率限制。

本发明可以应用到各类包括半导体器件的终端(例如手持终端)中，并通过本发明所述的方法及系统来对各类包括半导体器件的终端的芯片温度进行有效控制，防止芯片温度过高，影响用户体验。还可以通过本发明所述的方法及系统来降低各类半导体器件的终端的芯片功耗，使各类半导体器件的终端性能尽量最大化。

综上所述，本发明能有效地控制半导体器件的功能模块的温度，防止温度过高，且不仅根据半导体器件当前的温度，还根据功能模块当前的最高工作频率来计算出新的最高工作频率限制，因此具有更好的适应性；同时可以在最高工作频率限制的范围内进行动态调频、调压操作，这可以确保在达到控制温度的前提下，又降低功耗，使半导体器件的性能尽量最大化。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (8)

1.一种半导体器件的温度控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、检测半导体器件的温度，并获取半导体器件的功能模块当前的最高工作频率；

步骤2、根据检测的半导体器件的温度和当前的最高工作频率，动态调整半导体器件的功能模块的最高工作频率限制。

2.根据权利要求1所述的一种半导体器件的温度控制方法，其特征在于：还包括：

步骤3、检测半导体器件的功能模块的负载；

步骤4、根据半导体器件的功能模块的负载和最高工作频率限制，对提供给半导体器件的功能模块的驱动时钟频率和驱动电压的至少一个进行调节。

3.根据权利要求1所述的一种半导体器件的温度控制方法，其特征在于：所述步骤2具体为：根据检测的半导体器件的温度和当前的最高工作频率，动态调整半导体器件的功能模块的最高工作频率限制；

当检测的半导体器件的温度大于设置的第一温度水平时，即当检测的半导体器件的温度减去第一温度水平的差值ΔT1大于零时，将半导体器件的功能模块的最高工作频率限制降低为当前的最高工作频率减去对应ΔT1的频率变化值ΔF1，且ΔF1随ΔT1的增大而增大；当检测的半导体器件的温度大于半导体器件允许的最高温度时，断开电源；

当检测的半导体器件的温度小于设置的第二温度水平时，即当第二温度水平减去检测的半导体器件的温度的差值ΔT2大于零时，将半导体器件的功能模块的最高工作频率限制提高为当前的最高工作频率加上对应ΔT2的频率变化值ΔF2，且ΔF2随ΔT2的增大而增大；

当检测的半导体器件的温度小于等于设置的第一温度水平并且大于等于第二温度水平时，保持半导体器件的功能模块的最高工作频率限制不变；

其中，第二温度水平小于第一温度水平。

4.根据权利要求1所述的一种半导体器件的温度控制方法，其特征在于：当半导体器件中存在多个功能模块时，根据半导体器件的温度和性能需求，对多个功能模块的最高工作频率限制进行选择性调整。

5.一种半导体器件的温度控制系统，包括温度检测模块以及控制模块；

所述检测模块，用于检测半导体器件的温度，并获取半导体器件的功能模块当前的最高工作频率；

所述控制模块，用于根据检测的半导体器件的温度和当前的最高工作频率，动态调整半导体器件的功能模块的最高工作频率限制。

6.根据权利要求5所述的一种半导体器件的温度控制系统，其特征在于：还包括：

负载检测模块，用于检测半导体器件的功能模块的负载；

频率/电压调节模块，用于根据半导体器件的功能模块的负载和最高工作频率限制，对提供给半导体器件的功能模块的驱动时钟频率和驱动电压的至少一个进行调节。

7.根据权利要求5所述的一种半导体器件的温度控制系统，其特征在于：所述控制模块具体为：根据检测的半导体器件的温度和当前的最高工作频率，动态调整半导体器件的功能模块的最高工作频率限制；

当检测的半导体器件的温度大于设置的第一温度水平时，即当检测的半导体器件的温度减去第一温度水平的差值ΔT1大于零时，将半导体器件的功能模块的最高工作频率限制降低为当前的最高工作频率减去对应ΔT1的频率变化值ΔF1，且ΔF1随ΔT1的增大而增大；当检测的半导体器件的温度大于半导体器件允许的最高温度时，断开电源；

当检测的半导体器件的温度小于设置的第二温度水平时，即当第二温度水平减去检测的半导体器件的温度的差值ΔT2大于零时，将半导体器件的功能模块的最高工作频率限制提高为当前的最高工作频率加上对应ΔT2的频率变化值ΔF2，且ΔF2随ΔT2的增大而增大；

当检测的半导体器件的温度小于等于设置的第一温度水平并且大于等于第二温度水平时，保持半导体器件的功能模块的最高工作频率限制不变；

其中，第二温度水平小于第一温度水平。

8.根据权利要求5所述的一种半导体器件的温度控制系统，其特征在于：当半导体器件中存在多个功能模块时，根据半导体器件的温度和性能需求，对多个功能模块的最高工作频率限制进行选择性调整。