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IC 2.0活性調適、動態因應的電路設計
 

【作者: 陸向陽】   2006年12月25日 星期一

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充滿牽強附會與行銷煙霧的Web 2.0,認為過往的Web是單方主導、閱覽為主的性質,而Web 2.0則為多方共同參與、共享,並將創寫的比重拉高,成為讀寫雙向的活動。然在此筆者也仿此風,創立一個新詞:IC 2.0(或可稱為EDA 2.0),IC 2.0與以往最大的不同是:過往的(積體)電路僅會呆板、機械式的規律運作,而IC 2.0是透過電路設計技術的精進,使電路在運作時具備動態性的因應調整力。


雖名為2.0,但其實這種動態因應設計早在90年代中後期就已展露,由於CPU不斷高耗能化發展,在持續長時間的尖峰運作中容易導致過熱的危險,為了避免過熱而毀損晶片,所以提出了硬體監督的設計,透過溫度感測器來感測CPU溫度,一旦溫度上升至危急程度,硬體監督晶片會透過遮罩作法,讓時脈產生器輸出給CPU的時脈能夠減速,減速的CPU便能使用電、發熱情形獲得收斂,進而解除危急,當然!倘若溫度持續惡化且減速的緩和無效,監督晶片則會強制系統關機,以保障安全。


透過即時的溫度感測與動態的時脈調節,可以實現晶片過熱保護的作用,避免CPU一股腦執行而導致過熱,同樣的,CPU上端的散熱風扇過去也是一股腦的全速運轉,如此容易使電腦運作產生高噪音,同時縮短風扇的使用壽命,然同樣運用硬體監督晶片,透過感測與控制,在CPU溫度低時將風扇轉速放慢,在CPU溫度高時將轉速提升,如此不僅可以降低運作噪音,還能延長風扇的用限,此種因應溫度來調整轉速的風扇一般稱為活性風扇(Active Fan)技術。


不單如此,近年來無論機房設備還是行動裝置皆愈來愈講究省電設計,而Transmeta所提出的LongRun2技術可以偵測、監督CPU目前的運作狀態,包括CPU是處於睡眠模式還是工作模式,是工作尖峰還是離峰等,不同的電源模式與工作負荷下,LongRun2技術可動態調整CPU的工作時脈與工作電壓,進而省電。


除此之外,Intel初期發展的Speed Step技術,可偵測供電來源是電池或插座,進而動態改變工作頻率,藉此省電,或者是DBS(Demand-Based Switching)技術,可讓基準工作時脈為3GHz的CPU在尖峰時加快至3.2GHz,或在離峰時降至2.8GHz。


類似的例子還有許多,如RAMBUS的FlexIO介面技術,該技術具有獨特的FlexPhase機制,可以自動將時脈與資料的進出傳輸齊整化,如此省去過往電路板設計者必須不斷控制佈線長度與時序匹配等的調校程序,也可以精縮電路板的面積成本,另外FlexIO的或者VDR(Variable Date Rate)機制還可以視雜訊干擾等情況而動態調整傳輸時脈,如此比一股腦不變的速率傳輸更具傳輸效益。


最後,最新的GDDR4 SDRAM視訊記憶體,在記憶刷新(Refresh)上也採動態設計,不再是過去規律、一致的作法,如此不僅使晶片更降溫與省電,也增加存取的頻寬潛力。


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