芯片及电子设备的制作方法

本技术实施例涉及集成电路（integrated circuit，ic），具体涉及一种芯片及电子设备。

背景技术：

1、随着芯片内部的各种部件（例如，处理器）的运行速率越来越高，相应的芯片的工作频率也越来越高。芯片的工作频率与工作电压呈正相关关系。芯片在提高工作频率时，先提高工作电压，直到工作电压趋于稳定，再提高工作频率。目前，芯片的电源通常采用开关电源，开关电源通常采用动态电压频率缩放（dynamic voltage and frequency scaling，dvfs）技术或自适应电压频率缩放（adaptive voltage and frequency scaling，avfs）技术来调节工作电压。然而，在芯片提高工作频率时，开关电源的电压调节速率较低，导致工作频率的调节时延较长，从而影响芯片的响应性能。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种芯片及电子设备，旨在解决芯片在提高工作频率时电源的电压调节速率较低的问题。

2、本技术实施例第一方面提供一种芯片，芯片电连接电源模块，芯片包括指令运算单元、时钟生成单元、频率决策单元、电压调整控制单元及可编程升压单元。频率决策单元电连接指令运算单元，频率决策单元用于：根据指令运算单元的算力需求信息，计算目标频率。电压调整控制单元电连接频率决策单元和时钟生成单元，电压调整控制单元用于：基于目标频率高于指令运算单元的当前频率，根据目标频率和指令运算单元的当前电压，输出对应的升压控制信号；以及，控制时钟生成单元生成目标时钟信号，目标时钟信号的工作频率为目标频率。可编程升压单元电连接时钟生成单元、电压调整控制单元及指令运算单元，可编程升压单元用于：根据升压控制信号和时钟生成单元的时钟信号，将当前电压升高至与目标频率对应的目标电压。指令运算单元电连接时钟生成单元和可编程升压单元，指令运算单元用于：基于目标电压和目标时钟信号工作。

3、在本实施例中，由于可编程升压单元集成在芯片内部，在芯片需要提高工作频率时，相对于芯片外部的电源模块，可编程升压单元可以更快地升压至目标电压，并向指令运算单元输出由可编程升压单元提供的电压，由此减少工作电压升高的时延，从而提高供电效率。而且，由于工作电压升高较快，因此工作频率升高也较快，从而提升芯片的响应性能。此外，由于工作电压升高较快，工作电压大于工作频率要求的最低工作电压的时长较短，因此浪费的能量减少，从而提高芯片的能量效率。

4、在其中一种实施方式中，可编程升压单元还用于：基于当前电压升高至目标电压，输出升压完成信号。电压调整控制单元还用于：根据升压完成信号，输出频率调节指令。时钟生成单元还用于：根据频率调节指令，生成目标时钟信号。

5、在另一种实施方式中，可编程升压单元包括开关电容电路，开关电容电路包括飞电容和输出电容、第一开关至第四开关、第一电压比较器、参考电压源及开关控制信号产生器。飞电容的一端连接在第一开关和第四开关之间，飞电容的另一端连接在第二开关和第三开关之间；第一开关和第三开关电连接至电路输入端，第二开关接地，第四开关电连接至电路输出端，电路输入端用于电连接至电源模块，电路输出端用于电连接至指令运算单元；输出电容的一端电连接至电路输出端，输出电容的另一端接地；第一电压比较器的第一输入端电连接至电路输出端，第一电压比较器的第二输入端电连接至参考电压源，第一电压比较器的输出端电连接至开关控制信号产生器；参考电压源电连接电压调整控制单元；开关控制信号产生器电连接第一开关至第四开关及时钟生成单元。参考电压源用于：根据升压控制信号输出参考电压，参考电压与目标电压的差值在预设取值范围内。第一电压比较器用于：基于电路输出端的输出电压与参考电压的差值超出预设取值范围，输出使能信号。开关控制信号产生器用于：根据使能信号和时钟信号，调节开关控制信号的占空比，开关控制信号用于控制第一开关至第四开关的开关状态，开关状态包括打开或关闭。

6、在本实施例中，由于飞电容的电容值较小，因此飞电容充电和放电的时延较短，从而开关电容电路的输出电压升高较快。又由于开关电容电路集成在芯片内部，因此开关电容电路的输出端与指令运算单元之间的距离较短，从而芯片的工作电压升高也较快。

7、在另一种实施方式中，基于第一开关和第二开关被关闭，第三开关和第四开关被打开，飞电容处于充电状态；基于第一开关和第二开关被打开，第三开关和第四开关被关闭，飞电容处于放电状态，飞电容向输出电容充电，输出电容两端的电压与电路输出端的输出电压相等。

8、在本实施例中，由于飞电容两端的电压不会发生突变，因此通过改变飞电容的另一端的电压，可以提高飞电容的一端的电压，从而向输出电容充电。通过调节开关控制信号的占空比，可以调节飞电容的充电时长和放电时长的占比，由此调节输出电容两端的电压，即调节开关电容电路的输出电压。

9、在另一种实施方式中，芯片还包括电源切换单元，电源切换单元电连接电压调整控制单元、可编程升压单元、电源模块及指令运算单元。电压调整控制单元还用于：根据升压完成信号，输出电源切换指令。电源切换单元用于：基于可编程升压单元输出的电压未达到目标电压，输出由电源模块提供的电压；以及，根据电源切换指令，输出由可编程升压单元提供的目标电压。

10、在本实施例中，电源切换单元首先控制由电源模块向指令运算单元供电。在可编程升压单元升压完成时，电源切换单元切换至由可编程升压单元向指令运算单元供电，由此减少工作电压升高的时延，从而提高供电效率。

11、在另一种实施方式中，电源切换单元还用于：基于电源模块输出的电压未达到目标电压，输出由可编程升压单元提供的目标电压；以及，基于电源模块输出的电压达到目标电压，输出由电源模块提供的电压。

12、在本实施例中，电源切换单元控制由可编程升压单元向指令运算单元供电。在电源模块升压完成时，电源切换单元切换至由电源模块向指令运算单元供电。

13、在另一种实施方式中，电源切换单元包括第二电压比较器、电源切换开关控制器及电源切换开关。第二电压比较器的第一输入端电连接至电源模块，第二电压比较器的第二输入端电连接至可编程升压单元，第二电压比较器的输出端电连接至电源切换开关控制器；电源切换开关控制器电连接电源切换开关和电压调整控制单元；电源切换开关的一端电连接至电源模块或可编程升压单元，电源切换开关的另一端电连接至指令运算单元。第二电压比较器用于：基于电源模块的电压与可编程升压单元的目标电压的差值在预设取值范围内，输出电压调节完成信号。电源切换开关控制器用于：根据电源切换指令或电压调节完成信号，输出电源切换信号，电源切换信号用于指示电源切换开关切换连接线路。

14、在另一种实施方式中，电源切换信号包括第一电源切换信号和第二电源切换信号，电源切换开关控制器用于：根据电源切换指令，输出第一电源切换信号，第一电源切换信号用于指示电源切换开关将电源模块与指令运算单元之间的连接线路切换为可编程升压单元与指令运算单元之间的连接线路。或者，根据电压调节完成信号，输出第二电源切换信号，第二电源切换信号用于指示电源切换开关将可编程升压单元与指令运算单元之间的连接线路切换为电源模块与指令运算单元之间的连接线路。

15、在另一种实施方式中，电源切换单元还包括滤波电容。滤波电容的一端电连接至指令运算单元，滤波电容的另一端接地。滤波电容用于：在电源切换开关切换连接线路的瞬间，向指令运算单元供电。

16、在本实施例中，由于电源切换开关在切换连接线路的瞬间会发生电压跌落，因此在电源切换开关的另一端设置滤波电容，由此有利于避免电压跌落影响指令运算单元的供电。

17、在另一种实施方式中，芯片还包括性能检测单元。性能检测单元电连接时钟生成单元和电压调整控制单元，性能检测单元的供电环境与指令运算单元相同。性能检测单元用于：基于目标电压和目标时钟信号，检测目标频率对应的检测电压，并输出检测电压。电压调整控制单元还用于：基于检测电压未达到目标电压，输出工作电压调节指令，工作电压调节指令用于指示可编程升压单元或电源模块将输出的电压调节为目标电压。

18、在本实施例中，性能检测单元对可编程升压单元或电源模块的电压进行微调，直至可编程升压单元或电源模块将输出的电压达到目标电压。

19、本技术实施例第二方面提供一种电子设备，电子设备包括电源模块以及本技术实施例的芯片，芯片电连接电源模块。

20、本技术实施例第二方面所带来的技术效果可参见上述第一方面的芯片的相关描述，此处不再赘述。