JP7359078B2 - プロセッサ - Google Patents

Description

本開示は、温度センサによりプロセッサの最高温度を推定する技術に関する。

プロセッサに設置した温度センサによりプロセッサの最高温度を推定する技術が知られている。
例えば、下記特許文献１に記載された技術では、プロセッサ内部の特定ブロックの温度に関するデータとプロセッサの全体熱量に関するデータとに基づいて、プロセッサに発生する複数の発熱ブロックの温度を推定し、この推定した温度からプロセッサの最高温度を推定している。

特許第３７８１７５８号公報

しかしながら、プロセッサの全体熱量は、プロセッサの各ブロックが発生する熱量の合計であるから、全体熱量から各ブロックの熱量を推定することはできない。全体熱量から各ブロックの熱量を推定するためには、各ブロックが予め計測された比率にしたがって熱量を発生する必要がある。

しかし、プロセッサの複数のブロックが発生する熱量の比率は、各ブロックの動作状態によって変化する筈である。したがって、発明者の詳細な検討の結果、プロセッサ内部の特定ブロックの温度と、プロセッサの全体熱量とに基づいて、複数の発熱ブロックの温度をそれぞれ推定し、この推定した温度からプロセッサの最高温度を推定することは困難であるという課題が見出された。

本開示の１つの局面は、プロセッサの最高温度を高精度に推定する技術を提供することが望ましい。

本開示の１つの態様によるプロセッサ（１０、８０）は、１個以上の温度センサ（１２、１４、１６）と、１個以上のコア（２０、５０、６０）と、を備える。
そして、コアのいずれか１つが備える温度補正部（３６、Ｓ４００、Ｓ４０８、Ｓ４１０）は、温度センサの数がコアの数よりも少ない場合は、負荷率が最高のコアの負荷率を選択負荷率とし、温度センサの数がコアの数以上の場合は、測定温度が最高の温度センサに最も近いコアの負荷率を選択負荷率とし、最高の測定温度を選択負荷率に基づいて補正してプロセッサの最高温度を推定する。

温度センサの数がコアの数よりも少ない場合は、温度センサはそれぞれのコアの近くで温度を測定することができないので、測定温度が最高の温度センサが最高のコアの近くで温度を測定しているとは限らない。

プロセッサの温度は、プロセッサの内部で演算を実行するコアの温度によって決定されると考えられる。コアの温度はコアが作動するときの負荷率によって増減するので、プロセッサの温度は、コアの負荷率によって増減する。そして、温度センサが測定する最高の測定温度は、負荷率が最高のコアによって決定される。

そこで、温度センサの数がコアの数よりも少ない場合は、負荷率が最高のコアの負荷率を選択負荷率とする。
また、温度センサの数がコアの数以上の場合は、温度センサは各コアの近くで各コアの温度を測定していると考えられる。つまり、測定温度が最高の温度センサは温度が最高のコアの最も近くに設置されていると考えられる。そして、温度が最高のコアの負荷率は最高の負荷率であると考えられる。

そこで、温度センサの数がコアの数以上の場合は、測定温度が最高の温度センサに最も近いコアの負荷率を選択負荷率とする。
ところで、温度センサが測定する温度は温度センサが設置されている位置の温度であるから、温度センサが測定する最高の測定温度は、プロセッサの最高温度を表しているわけではない。

そこで、本開示の１つの態様によるプロセッサでは、測定温度が最高の温度センサの測定温度を選択負荷率に基づいて補正してプロセッサの最高温度を推定する。これにより、プロセッサの最高温度を高精度に推定できる。

第１実施形態のプロセッサの構成を示すブロック図。 コアと温度センサとの配置を示す模式図。 温度推定処理を示すフローチャート。 ＳｏＣのｘ軸方向の位置と温度との関係を示す特性図。 ＳｏＣのｘ軸方向の位置と温度との他の関係を示す特性図。 最高の負荷率と温度補正量との関係を示す特性図。 最高の負荷率と温度補正量との他の関係を示す特性図。 第２実施形態のコアと温度センサとの配置を示す模式図。

以下、図を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
図１に示すＳｏＣ１０は、温度センサ１２、１４、１６と、コア２０と、５０、６０と、メモリ７０とを備えている。ＳｏＣは、System on Chipの略である。

図２に示すように、温度センサ１２はコア２０の近くに設置され、温度センサ１４はコア５０の近くに設置され、温度センサ１６はコア６０の近くに設置されている。
コア２０は、温度推定部３０と負荷制御部４０とを備えている。温度推定部３０は、温度差算出部３２と、マップ選択部３４と、温度補正部３６とを備えており、ＳｏＣ１０の最高温度を推定する。

負荷制御部４０は、温度判定部４２と負荷率制御部４４とを備えており、温度の高いコア１２、１４、１６の負荷率を低下させる。
［１－２．処理］
次に、ＳｏＣ１０が実行する温度推定処理について、図３のフローチャートを用いて説明する。図３のフローチャートは、所定の時間間隔で常時実行される。

Ｓ４００において温度補正部３６は、コア２０、５０、６０からそれぞれの負荷率を取得する。Ｓ４０２において温度差算出部３２は、温度センサ１２、１４、１６からそれぞれの測定温度を取得する。Ｓ４０４において温度差算出部３２は、温度センサ１２、１４、１６から取得する測定温度に基づき、最高の測定温度と、測定温度が最高の温度センサに最も距離が近い温度センサの測定温度との温度差を算出する。

Ｓ４０６においてマップ選択部３４は、温度センサ１２、１４、１６から取得する測定温度のうち最高の測定温度を補正してＳｏＣ１０の最高温度を推定するための補正マップ７２をメモリ７０から選択する。

ここで、温度センサ１２、１４、１６から取得する測定温度のうち最高の測定温度を補正してＳｏＣ１０の最高温度を推定する場合、図４に示すように測定温度の温度差が小さいと、最高の測定温度とＳｏＣ１０の最高温度との誤差は小さい。これに対し、図５に示すように温度差が大きいと、最高の測定温度とＳｏＣ１０の最高温度との誤差は大きい。

言い換えれば、温度センサ１２、１４、１６の測定温度の温度差が小さい場合は、ＳｏＣ１０の温度分布は温度の偏りが小さい一様発熱であると判断され、温度センサ１２、１４、１６の測定温度の温度差が大きい場合は、ＳｏＣ１０の温度分布は温度の偏りが大きい局所発熱であると判断される。

図４、５において最高の測定温度を測定した温度センサは温度センサ１２であり、温度センサ１２に最も近く、最高の測定温度との温度差を算出される温度センサは温度センサ１６である。

また、ＳｏＣ１０内において温度センサ１２、１４、１６が設置されている位置によって温度分布は異なる。
したがって、補正マップ７２は、温度差の大きさに応じて、温度センサ１２、１４、１６のそれぞれについて少なくとも２個設定されている。図６、図７に示すように、補正マップ７２は、コア２０、５０、６０の負荷率と温度補正量との関係を表している。図６は温度差が小さい場合の補正マップであり、図７は温度差が大きい場合の補正マップである。

図４、図５に示すように、最高の測定温度を測定した温度センサが温度センサ１２の場合、Ｓ４０６において、温度センサ１２に対応した負荷率と温度補正量との関係を表す補正マップが選択される。

Ｓ４０８において温度補正部３６は、Ｓ４０６で選択された補正マップ７２から、最高の測定温度を測定した温度センサに最も近いコアの負荷率に対応する温度補正量を取得する。最高の測定温度を測定した温度センサに最も近いコアの負荷率は、コア２０、５０、６０のうちで最高であると考えられる。

Ｓ４１０において温度補正部３６は、Ｓ４０８で取得した温度補正量を最高の測定温度に加算してＳｏＣ１０の最高温度を推定する。
Ｓ４１２において温度判定部４２は、Ｓ４１０で推定されたＳｏＣ１０の最高温度が所定温度を越えているか否かを判定する。Ｓ４１２の判定がＮｏである、つまりＳｏＣ１０の最高温度が所定温度以下の場合、本処理は終了する。

Ｓ４１２の判定がＹｅｓである、つまりＳｏＣ１０の最高温度が所定温度を越えている場合、負荷率制御部４４は、最高の測定温度を測定した温度センサに最も近い、つまり負荷率が最高だと推定されるコアの負荷率を低下させる。負荷率制御部４４は、最高負荷率のコアに対し、動作周波数を低下させるか、処理量を低減させるかなどにより、負荷率を低下させる。

［１－３．効果］
以上説明した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１ａ）測定温度の温度差の大小に応じて、負荷率と温度補正量との対応関係を示す補正マップを、温度センサの設置位置に応じてそれぞれの温度センサに対し少なくとも２個設定されている。これにより、温度センサの設置位置と温度差の大きさに基づいて、ＳｏＣ１０の最高温度を高精度に推定できる。

（１ｂ）ＳｏＣ１０の最高温度を高精度に推定できるので、推定されたＳｏＣ１０の最高温度と実際のＳｏＣ１０の最高温度との誤差を極力低減できる。これにより、最高の測定温度を測定した温度センサに最も近い、つまり負荷率が最高だと推定されるコアの負荷率を低下させるか否かを判定するときにＳｏＣ１０の最高温度と比較される所定温度を、ＳｏＣ１０の動作温度範囲で、所定温度のマージンを極力少なくして極力高くすることができる。その結果、実際にはＳｏＣ１０の最高温度は動作温度範囲であるにも拘わらず、最高の負荷率のコアの負荷率を不必要に低下させることを抑制できる。

（１ｃ）コア２０、５０、６０のそれぞれの近くに温度センサ１２、１４、１６が設置されている。したがって、ＳｏＣ１０内においてＳｏＣ１０の最高温度を決定する最大の要因となるコア２０、５０、６０に近い位置で温度を測定できる。

上記第１実施形態では、ＳｏＣ１０がプロセッサに対応する。また、Ｓ４０２、Ｓ４０４が温度差算出部の処理に対応し、Ｓ４０６がマップ選択部の処理に対応し、Ｓ４０８、Ｓ４１０が温度補正部の処理に対応し、Ｓ４１２が温度判定部の処理に対応し、Ｓ４１４が負荷率制御部の処理に対応する。

［２．第２実施形態］
［２－１．第１実施形態との相違点］
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

前述した第１実施形態では、コア２０、５０、６０のそれぞれの近くに、コア２０、５０、６０と同じ数の温度センサ１２、１４、１６が設置されている。これに対し、図８に示すように、第２実施形態のＳｏＣ８０では、温度センサ１４、１６の数がコア２０、５０、６０よりも少ない点で、第１実施形態と相違する。

第２実施形態のように、温度センサ１４、１６の数がコア２０、５０、６０よりも少ない構成では、測定温度が最高の温度センサに最も近いコアの温度が、コア２０、５０、６０のうちで最高であるとは限らない。

そこで、第２実施形態では、第１実施形態の図３のＳ４０８において、測定温度が最高の温度センサに最も近いコアの負荷率ではなく、負荷率が最高のコアの負荷率に対応する温度補正量を、測定温度が最高の温度センサと測定温度の温度差とに基づいて選択された補正マップから取得して、ＳｏＣ８０の最高温度を推定する。

［２－２．効果］
以上説明した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）、（１ｂ）の効果に加え、以下の効果を奏する。

（２ａ）温度センサ１４、１６の数がコア２０、５０、６０よりも少ない構成でも、ＳｏＣ８０の最高温度を高精度に推定できる。
上記第２実施形態では、ＳｏＣ８０がプロセッサに対応する。

［３．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（３ａ）上記実施形態では、温度センサの数はコアの数と同じか少なかったが、これに限定されるものではない。例えば、温度センサの数はコアの数より多くてもよい。
（３ｂ）上記実施形態では、温度センサとコアとは複数だったが、温度センサとコアとの少なくとも一方は、１個でもよい。

（３ｃ）温度センサはＳｏＣのパッケージの内部ではなく、パッケージの外側の表面に設置されてもよい。
（３ｄ）上記実施形態では、温度センサの測定温度の温度差として、最高の測定温度と、測定温度が最高の温度センサに最も距離が近い温度センサの測定温度との温度差を算出したが、これに限るものではない。例えば、最高の測定温度と最低の測定温度との温度差、つまり最大温度差を測定温度の温度差として算出してもよい。

（３ｅ）上記実施形態では、プロセッサとしてＳｏＣ１０、８０を例にして説明したが、これに限るものではない。例えば、プロセッサとして、汎用のマイクロコンピュータを使用してもよい。

（３ｆ）本開示に記載のＳｏＣ１０、８０およびその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された１つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサおよびメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載のＳｏＣ１０、８０およびその手法は、１つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載のＳｏＣ１０、８０およびその手法は、１つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサおよびメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されてもよい。ＳｏＣ１０、８０に含まれる各部の機能を実現する手法には、必ずしもソフトウェアが含まれている必要はなく、その全部の機能が、一つあるいは複数のハードウェアを用いて実現されてもよい。

（３ｇ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。

（３ｈ）上述したＳｏＣ１０、８０の他、当該ＳｏＣ１０、８０を構成要素とするシステム、当該ＳｏＣ１０、８０としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実体的記録媒体、温度推定処理など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

１０、８０：ＳｏＣ（プロセッサ）、１２、１４、１６：温度センサ、２０、５０、６０：コア、３０：温度推定部、３２：温度差算出部、３４：マップ選択部、３６：温度補正部、４０：負荷制御部、４２：温度判定部、４４：負荷率制御部

Claims (6)

1. ３個以上のコア（２０、５０、６０）と、
   前記コアの数よりも少ない複数の温度センサ（１４、１６）と、
   前記コアの負荷率と、前記温度センサが測定する最高の測定温度を補正する温度補正量との対応を示し、最高の前記測定温度と最高の前記測定温度を測定した前記温度センサ以外の他の前記温度センサの測定温度との温度差に応じて複数設定されている補正マップ（７２）と、
   最高の前記測定温度と他の前記温度センサの測定温度との温度差を算出するように構成された温度差算出部（３２、Ｓ４０２、Ｓ４０４）と、
   前記温度差算出部が算出する前記温度差に応じた前記補正マップを選択するように構成されたマップ選択部（３４、Ｓ４０６）と、
   を備えるプロセッサ（８０）であって、
   前記コアのいずれか一つは、
   負荷率が最高の前記コアの負荷率を選択負荷率とし、最高の前記測定温度を前記選択負荷率に基づいて補正して前記プロセッサの最高温度を推定するように構成された温度補正部（３６、Ｓ４００、Ｓ４０８、Ｓ４１０）を備える、
   プロセッサ。
2. １個以上のコア（２０、５０、６０）と、
   前記コアの数以上の複数の温度センサ（１２、１４、１６）と、
   前記コアの負荷率と、前記温度センサが測定する最高の測定温度を補正する温度補正量との対応を示し、最高の前記測定温度と最高の前記測定温度を測定した前記温度センサ以外の他の前記温度センサの測定温度との温度差に応じて複数設定されている補正マップ（７２）と、
   最高の前記測定温度と他の前記温度センサの測定温度との温度差を算出するように構成された温度差算出部（３２、Ｓ４０２、Ｓ４０４）と、
   前記温度差算出部が算出する前記温度差に応じた前記補正マップを選択するように構成されたマップ選択部（３４、Ｓ４０６）と、
   を備えるプロセッサ（１０）であって、
   前記コアのいずれか一つは、
   測定温度が最高の前記温度センサに最も近い前記コアの負荷率を選択負荷率とし、最高の前記測定温度を前記選択負荷率に基づいて補正して前記プロセッサの最高温度を推定するように構成された温度補正部（３６、Ｓ４００、Ｓ４０８、Ｓ４１０）を備える、
   プロセッサ。
3. 請求項１または２に記載のプロセッサであって、
   前記補正マップは、最高の前記測定温度と前記測定温度が最高の前記温度センサに最も近い前記温度センサの測定温度との前記温度差に応じて複数設定されており、
   前記温度差算出部は、最高の前記測定温度と前記測定温度が最高の前記温度センサに最も近い前記温度センサの測定温度との前記温度差を算出するように構成されている、
   プロセッサ。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のプロセッサであって、
   前記補正マップは、前記温度センサ毎に設定されている、
   プロセッサ。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のプロセッサであって、
   前記温度補正部が推定する前記プロセッサの前記最高温度が所定温度を超えているか否かを判定するように構成された温度判定部（４２、Ｓ４１２）と、
   前記負荷率が前記選択負荷率の前記コアの前記負荷率を低下させるように構成された負荷率制御部（４４、Ｓ４１４）と、
   をさらに備えるプロセッサ。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のプロセッサであって、
   前記温度センサを内蔵している、
   プロセッサ。

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