片上集成處理和發(fā)電的制作方法
【專利說明】片上集成處理和發(fā)電
[0001]背景
[0002]隨著在多個計算設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)通信的吞吐量持續(xù)增加，在物理上固定的傳統(tǒng)計算設(shè)備(諸如無處不在的臺式計算設(shè)備或同樣無所不在的服務(wù)器計算設(shè)備)的上下文之外執(zhí)行計算處理變得更為可行。例如，可被劃分成子任務(wù)(子任務(wù)隨后可被并行執(zhí)行)的處理任務(wù)可由多個物理上分布式處理單元高效地完成，物理上分布式處理單元包括不被認為在計算方面強勁的處理單元，諸如低功耗處理單元。這類物理上分布式處理單元不需要占駐在單個數(shù)據(jù)中心或其它類似的物理邊界內(nèi)，而是替代地被物理地跨不同物理位置處的大量的不同物理設(shè)備來分布。只要這類設(shè)備能夠高效地彼此通信，它們的物理位置可以是無關(guān)緊要的。
[0003]雖然高吞吐量網(wǎng)絡(luò)通信能夠使得計算設(shè)備采用無數(shù)種形式，但是電能仍然是處理電路所需要的。因此，計算設(shè)備要么需要連接到電源的接線連接(諸如傳統(tǒng)的墻壁插座)，要么需要非接線電源(諸如電池)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到的，使用電池來為計算處理供電可包括一些缺點，包括例如用來存儲電能的電池的有限容量、電池的有限充放電循環(huán)壽命、制造電池包括對有害化學(xué)物質(zhì)的處理的成本、以及其它類似缺點。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到的，從電網(wǎng)獲得的電能也可能包括一些缺點，包括高成本、在特定環(huán)境下的不穩(wěn)定性、以及對于大量的基礎(chǔ)設(shè)施及其支援的需求。
[0004]概述
[0005]在一個實施例中，處理設(shè)備(諸如包括一個或多個中央處理單元(CPU)或片上系統(tǒng)(S0C)的集成電路)可與具有類似物理大小的可向處理設(shè)備提供電能的發(fā)電機耦合，由此創(chuàng)建可消耗原材料(諸如發(fā)電機所需的材料)并輸出經(jīng)處理的數(shù)據(jù)的獨立的自供電處理設(shè)備。處理設(shè)備和發(fā)電機可以物理地、電地、以及熱能地彼此耦合以形成單個單一的自供電處理設(shè)備。
[0006]在另一實施例中，發(fā)電機可以是燃料電池，該燃料電池可由還能夠支持處理電路的材料來制造，諸如基于硅的材料。這一燃料電池可被設(shè)定物理大小以具有與其耦合到的處理設(shè)備的表面積相當?shù)谋砻娣e。燃料(諸如氫氣或甲烷以及氧化劑氣體形式)可被分別引導(dǎo)到這一燃料電池的陽極和陰極上，或者以正交的定向(使得流的方向分隔這兩種燃料)，或者以平行的定向(使得檔板或其他物理屏障分隔這兩種燃料)。設(shè)備可被縱向地堆疊使得堆疊中的一個設(shè)備的一些部分能夠創(chuàng)建集氣室，用于將氣體形式的燃料遞送到堆疊中的另一設(shè)備的一些部分。
[0007]在又一實施例中，處理設(shè)備可包括物理通信連接，諸如從該設(shè)備的邊緣伸出或伸到該邊緣的引線，由此使得多個這樣的單一發(fā)電機和處理設(shè)備能夠被通信耦合，諸如耦合到具有用于物理通信連接的物理接受器的背板。這一背板還可提供到更寬泛的計算設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的高帶寬通信連接以及其它功能。替代地或附加地，處理設(shè)備可包括無線通信連接，諸如可提供短距離上的(甚至是噪聲環(huán)境下的)高吞吐量無線通信的高頻無線通信連接。
[0008]在又一實施例中，發(fā)電機和處理設(shè)備之間的熱耦合可包括從可在較低溫度下運行的處理設(shè)備和(在燃料電池的示例中)可維持較高溫度的發(fā)電機之間的溫度差中來生成電能的熱電。替代地，熱電可消耗電能并生成發(fā)電機和處理設(shè)備之間的溫度差，由此有益地對處理設(shè)備進行冷卻，同時有益地對發(fā)電機增加熱量。發(fā)電機和處理設(shè)備之間的熱耦合可進一步包括遞送給發(fā)電機的燃料和處理設(shè)備之間的熱耦合，由此使得涼爽的燃料能夠在被發(fā)電機所消耗之前冷卻處理設(shè)備。
[0009]在又一實施例中，計算設(shè)備可包括一個或多個自供電處理設(shè)備以及一個或多個能量存儲設(shè)備，使得在執(zhí)行最小量的處理并因此自供電處理設(shè)備可能產(chǎn)生比其處理所消耗的更多的電能期間，由自供電處理設(shè)備產(chǎn)生的能量可被存儲在能量存儲設(shè)備中。反之，在提高處理期間，自供電處理設(shè)備可能需要消耗比它能產(chǎn)生的更多量的電能，因此可消耗存儲在能量存儲設(shè)備中的能量中的一些。
[0010]提供本概述以便以簡化形式介紹將在以下詳細描述中進一步描述的一些概念。本
【發(fā)明內(nèi)容】
并不旨在標識所要求保護主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保護主題的范圍。
[0011]當參考附圖閱讀以下詳細描述時，將使得其它特征和優(yōu)點是顯而易見的。
[0012]附圖簡述
[0013]以下詳細描述在結(jié)合附圖參考時可得到最佳的理解，附圖中:
[0014]圖1是示例性單一自供電處理設(shè)備的框圖；
[0015]圖2是示例性處理設(shè)備的框圖；
[0016]圖3是單一自供電處理設(shè)備的示例性布置的框圖；
[0017]圖4是單一自供電處理設(shè)備的另一示例性布置的框圖；
[0018]圖5是示例性單一自供電處理設(shè)備的示例性熱管理方面的框圖；
[0019]圖6是包括示例性單一自供電處理設(shè)備的示例性移動計算設(shè)備的框圖。
[0020]詳細描述
[0021]以下描述涉及單個單一自供電處理設(shè)備，其既包括處理設(shè)備(諸如包括一個或多個中央處理單元(CPU)或片上系統(tǒng)(S0C)的“芯片”)，又包括可向該處理設(shè)備提供電能的具有類似物理大小的發(fā)電機。處理設(shè)備和發(fā)電機可以物理地、電地、以及熱能地彼此耦合以形成自供電處理設(shè)備。發(fā)電機可以是燃料電池，該燃料電池可由還能夠支持處理電路的材料來制造，諸如基于硅的材料。發(fā)電機和處理設(shè)備之間的熱耦合可包括從可在較低溫度下運行的處理設(shè)備和(在燃料電池的情形中)可維持較高溫度的發(fā)電機之間的溫度差中來生成電能的熱電。替代地，熱電可消耗電能并生成發(fā)電機和處理設(shè)備之間的溫度差，由此有益地對處理設(shè)備進行冷卻，同時有益地對發(fā)電機增加熱量。計算設(shè)備可包括一個或多個自供電處理設(shè)備以及一個或多個能量存儲設(shè)備，使得在執(zhí)行最小量的處理并因此自供電處理設(shè)備可能產(chǎn)生比其處理所消耗的更多的電能期間，由自供電處理設(shè)備產(chǎn)生的能量可被存儲在能量存儲設(shè)備中。反之，在提高處理期間，自供電處理設(shè)備可能需要消耗比它能產(chǎn)生的更多量的電能，因此可消耗存儲在能量存儲設(shè)備中的能量中的一些。
[0022]出于解說的目的，此處所描述的技術(shù)引用了現(xiàn)有和公知的數(shù)據(jù)處理電路，諸如在現(xiàn)代計算設(shè)備中普通找得到的基于硅的電路，現(xiàn)代計算設(shè)備包括臺式、膝上型以及服務(wù)器計算設(shè)備，以及網(wǎng)絡(luò)通信計算設(shè)備(諸如路由器和交換機)，以及數(shù)據(jù)存儲計算設(shè)備(諸如磁和固態(tài)硬盤驅(qū)動器)。然而，對這類引用是嚴格地示例性的，且不旨在將所描述的機制限于所提供的特定示例。實際上，所描述的技術(shù)可適用于能夠處理數(shù)據(jù)的任何機制和裝備，無論這類機制和裝備是如何工作的以及無論這類機制和這類裝備執(zhí)行該數(shù)據(jù)處理所需要的電源類型。
[0023]另外，此處所描述的技術(shù)參考了特定類型的發(fā)電機。例如，提及了燃料電池，諸如質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池。然而，這種參考完全是示例性的并且為了便于描述和呈現(xiàn)而作出這樣的參考，并且不旨在將所述的機制限于特定的設(shè)備。替代地，此處所描述的技術(shù)也同樣適用于從原材料生成電能的任何設(shè)備或機制(帶有或不帶有修改)，諸如氧化硅燃料電池、磷酸燃料電池、以及熔融碳酸鹽燃料電池，包括但不限于基于碳氫化合物的原材料。
[0024]雖然未作要求，但以下描述將涉及由計算設(shè)備執(zhí)行的計算機可執(zhí)行指令，諸如程序模塊。更具體而言，除非另外指明，否則描述涉及一個或多個計算設(shè)備或外圍設(shè)備所執(zhí)行的動作以及其所執(zhí)行的操作的符號表示。由此，應(yīng)當理解，有時被稱作計算機可執(zhí)行的這種動作和操作包括處理單元對以結(jié)構(gòu)化形式表示數(shù)據(jù)的電信號的操縱。這種操縱轉(zhuǎn)換了數(shù)據(jù)或?qū)⑵渚S持在存儲器的位置中，這就以本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的方式來重新配置或更改計算設(shè)備或外設(shè)的操作。數(shù)據(jù)被維護在其中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是具有由數(shù)據(jù)形式所定義的特定屬性的物理位置。一般而言，程序模塊包括執(zhí)行特定任務(wù)或?qū)崿F(xiàn)特定抽象數(shù)據(jù)類型的例程、程序、對象、組件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。
[0025]轉(zhuǎn)至圖1，示出了示例性系統(tǒng)100，其為以下描述提供了上下文。示例性系統(tǒng)100包括自供電處理設(shè)備101以及其以自供電處理設(shè)備140、150以及160形式出現(xiàn)的各種變體，這些變體可包括自供電處理設(shè)備101的發(fā)電機110的替代實施例。首先轉(zhuǎn)至自供電處理設(shè)備101，自供電處理設(shè)備101可包括發(fā)電機110和處理設(shè)備120。在一個實施例中，發(fā)電機110可生成要由處理設(shè)備120使用的電能，由此使得自供電處理設(shè)備101能夠在不獲得來自外部源的電能的情況下執(zhí)行有用的計算。發(fā)電機110所生成的電能可以屬于可由處理設(shè)備120的處理電路直接消耗的一種類型并且可以屬于這一處理電路的原生電壓，由此使得處理設(shè)備120能夠在無需變壓器或換能器的情況下消耗該電能。例如，發(fā)電機110可向處理設(shè)備120提高直流電能。作為一個示例，該直流電能可被提供為具有0.7伏特和1.2伏特之間的電勢，諸如若由低電壓處理設(shè)備消耗時所需的。作為另一示例，發(fā)電機110所提供的直流電能可被提供為高于1.2伏特的電壓以適應(yīng)例如聯(lián)網(wǎng)、存儲或其它片上系統(tǒng)(S0C)處理設(shè)備所執(zhí)行的增強的處理。作為又一示例，發(fā)電機110所提供的直流電能可被提供為低于0.7伏特的電壓以適應(yīng)超低功率處理設(shè)備(包括S0C處理設(shè)備)。
[0026]來自發(fā)電機110的電能可經(jīng)由電連接(諸如電極131和132)提供給處理設(shè)備120。更具體地，處理設(shè)備120可包括一個或多個集成電路，其可包括用于接收電能的輸入線。這類輸入線可被通信地耦合到處理設(shè)備1