2024-162693 プロセッサパッケージ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024162693

(43)【公開日】2024-11-21

(54)【発明の名称】プロセッサパッケージ

(51)【国際特許分類】

   G06F 1/26 20060101AFI20241114BHJP

   H10N 10/10 20230101ALI20241114BHJP

【ＦＩ】

G06F1/26 303

H10N10/10 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023078496

(22)【出願日】2023-05-11

(71)【出願人】

【識別番号】000005223

【氏名又は名称】富士通株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】三木 淳司

(72)【発明者】

【氏名】山路 敏

【テーマコード（参考）】

5B011

【Ｆターム（参考）】

5B011DA12

5B011DA13

5B011EA08

5B011JB10

(57)【要約】

【課題】プロセッサの発熱量の変動に合わせて熱電対から安定した電力を生成する。
【解決手段】プロセッサパッケージは、プロセッサと冷却プレートとの間に配置され、プロセッサと冷却プレートとの温度差で熱発電する複数の第１熱電対素子を含む熱電対チップを有する。熱電対チップは、第１熱電対素子対を並列接続または直列接続する複数のスイッチと、複数の第１熱電対素子対のそれぞれを並列接続するか直列接続するかを示す複数の接続パターンテーブルと、パターンテーブルのいずれかをプロセッサの負荷率に応じて選択し、選択した接続パターンテーブルにしたがって複数のスイッチを制御し、複数の第１熱電対素子対のそれぞれを並列接続または直列接続するスイッチ制御回路と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

プロセッサと、
前記プロセッサを冷却する冷却プレートと、
前記プロセッサと前記冷却プレートとの間に配置され、前記プロセッサと前記冷却プレートとの温度差で熱発電する複数の第１熱電対素子を含む熱電対チップと、を有し、
前記熱電対チップは、
互いに隣接する前記第１熱電対素子にそれぞれ対応して設けられ、隣接する前記第１熱電対素子である第１熱電対素子対を並列接続または直列接続する複数のスイッチと、
複数の前記第１熱電対素子対のそれぞれを並列接続するか直列接続するかを示す複数の接続パターンテーブルと、
前記接続パターンテーブルのいずれかを前記プロセッサの負荷率に応じて選択し、選択した接続パターンテーブルにしたがって前記複数のスイッチを制御し、複数の前記第１熱電対素子対のそれぞれを並列接続または直列接続するスイッチ制御回路と、
を有するプロセッサパッケージ。

【請求項2】

前記プロセッサは、前記負荷率に応じて発熱量が変化する第１領域と、発熱量がほぼ一定の第２領域とを含み、
高い前記負荷率に対応する前記接続パターンテーブルは、前記第１領域に対向する複数の前記第１熱電対素子対を並列接続する数が、前記第１領域に対向する複数の前記第１熱電対素子対を直列接続する数より多く設定され、
低い前記負荷率に対応する前記接続パターンテーブルは、前記第１領域に対向する複数の前記第１熱電対素子対を並列接続する数が、前記第１領域に対向する複数の前記第１熱電対素子対を直列接続する数より少なく設定される
請求項１に記載のプロセッサパッケージ。

【請求項3】

前記第１領域は、コアを含む
請求項２に記載のプロセッサパッケージ。

【請求項4】

前記熱電対チップは、前記スイッチ制御回路を動作させる電圧を生成する複数の第２熱電対素子を含み、
互いに隣接する前記第２熱電対素子のそれぞれは、並列接続または直列接続されている
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のプロセッサパッケージ。

【請求項5】

前記熱電対チップにより発電された電力は、前記プロセッサパッケージ内に搭載される部品または前記プロセッサパッケージとともに基板に搭載される部品を動作させる電源の補助に使用される
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のプロセッサパッケージ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プロセッサパッケージに関する。

【背景技術】

【0002】

複数の熱電素子と蓄電回路とを有し、使用者の腕に装着される電子時計において、複数の熱電素子の接続を温度差に応じて並列または直列に切り替えることで、蓄電効率を向上させる手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

複数の熱電変換素子と複数の熱電変換素子に接続される電力変換器とを有し、排気ガスの熱を電気に変換する熱電発電システムにおいて、排気ガスの温度に応じて複数の熱電変換素子の配列を直列または並列に調整する手法が知られている（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平８－０３７３２２号公報

【特許文献2】特開２００５－１７６４０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

近時、コンピュータシステムでは、処理性能を向上させるためにＣＰＵ（Central Processing Unit）等の多数のプロセッサを並列に動作させるようになってきており、消費電力および発熱量が増大している。これに伴い、プロセッサを冷却する冷却機構も大規模になってきており、冷却機構の消費電力も増大している。例えば、プロセッサから発生した熱を熱電対により電力に変換してコンピュータシステム内で使用することで、発熱量の増大と消費電力の増大とを抑制することが可能になる。

【0006】

しかしながら、この種のコンピュータシステムでは、処理状況に応じて各プロセッサの負荷が随時変動し、負荷の変動に応じて各プロセッサの発熱量が変動する。例えば、プロセッサの負荷の変動を発熱量の変動として温度センサ等により検出する場合、負荷の変動より遅れて発熱量の変動が検出されるため、プロセッサの発熱量の変動に合わせて熱電対から安定した電力を生成することは困難である。

【0007】

１つの側面では、本発明は、プロセッサの発熱量の変動に合わせて熱電対チップから安定した電力を生成することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

一つの観点によれば、プロセッサパッケージは、プロセッサと、前記プロセッサを冷却する冷却プレートと、前記プロセッサと前記冷却プレートとの間に配置され、前記プロセッサと前記冷却プレートとの温度差で熱発電する複数の第１熱電対素子を含む熱電対チップと、を有し、前記熱電対チップは、互いに隣接する前記第１熱電対素子にそれぞれ対応して設けられ、隣接する前記第１熱電対素子である第１熱電対素子対を並列接続または直列接続する複数のスイッチと、複数の前記第１熱電対素子対のそれぞれを並列接続するか直列接続するかを示す複数の接続パターンテーブルと、前記接続パターンテーブルのいずれかを前記プロセッサの負荷率に応じて選択し、選択した接続パターンテーブルにしたがって前記複数のスイッチを制御し、複数の前記第１熱電対素子対のそれぞれを並列接続または直列接続するスイッチ制御回路と、を有する。

【発明の効果】

【0009】

プロセッサの発熱量の変動に合わせて熱電対チップから安定した電力を生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】一実施形態におけるＣＰＵパッケージの一例を示す分解斜視図である。

【図2】図１の熱電対チップの一例を示すブロック図である。

【図3】図２の熱電対アレイのスイッチの制御の例を示す説明図である。

【図4】別の実施形態におけるＣＰＵパッケージと、ＣＰＵパッケージが搭載されるシステムとの一例を示すブロック図である。

【図5】図４の熱電対チップの一例を示すブロック図である。

【図6】図４のＣＰＵのレイアウトの一例と、図５のメイン熱電対アレイのスイッチの動作の一例とを示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して実施形態が説明される。

【0012】

図１は、一実施形態におけるＣＰＵパッケージの一例を示す。ＣＰＵパッケージは、プロセッサパッケージの一例である。図１に示すＣＰＵパッケージ１００は、ＣＰＵ１０および冷却プレート２０と、ＣＰＵ１０と冷却プレート２０との間に配置された熱電対チップ３０とを有する。ＣＰＵ１０は、プロセッサの一例である。ＣＰＵ１０は、パッケージ基板４０に搭載されている。熱電対チップ３０は、例えば、グリスを介してＣＰＵ１０に貼り付けられている。

【0013】

冷却プレート２０は、熱電対チップ３０上に密着した状態で載置され、熱電対チップ３０を介してＣＰＵ１０から伝達される熱を吸収する。例えば、冷却プレート２０は、冷却水等の冷却媒体を循環させる冷却パイプが内蔵されてもよい。あるいは、冷却プレート２０は、放熱フィンを有してもよい。

【0014】

熱電対チップ３０は、ＣＰＵ１０と冷却プレート２０との温度差で熱発電する複数の熱電対素子が搭載された熱電対アレイ３１とスイッチ制御回路３２とを有する。スイッチ制御回路３２は、外部から受けるＣＰＵ１０の負荷率を示す情報（以下、ＣＰＵ負荷率）に基づいて、熱電対アレイ３１内の複数の熱電対素子対のうち、並列に接続する熱電対素子対の数と直列に接続する熱電対素子対の数とを変更する制御を実施する。ＣＰＵ負荷率は、ＣＰＵ１０の温度を間接的に示す。熱電対素子対の並列接続および直列接続の例は、図３で説明される。

【0015】

図２は、図１の熱電対チップ３０の一例を示す。熱電対アレイ３１は、複数の熱電対素子ＴＣと複数のスイッチＳＷとを有し、熱電対素子ＴＣとスイッチＳＷとが交互に接続された複数の熱電対素子列ＴＣＲを有する。各熱電対素子ＴＣは、Ｐ型の熱電効果物質を含む熱電効果素子部ＰとＮ型の熱電効果物質を含む熱電効果素子部Ｎとを有する。熱電対素子ＴＣは、第１熱電対素子の一例である。

【0016】

各熱電対列ＴＣＲにおいて、両端を除く熱電対素子ＴＣの熱電効果素子部Ｐおよび熱電効果素子部Ｎは、両側に配置されるスイッチＳＷにそれぞれ接続される。すなわち、スイッチＳＷは、互いに隣接する熱電対素子ＴＣに対応して設けられる。このため、各スイッチＳＷは、４つの接続端子を有する。スイッチＳＷを挟んで両側に配置される２つの熱電対素子ＴＣは、第１熱電対素子対の一例である。

【0017】

図２の最も下側に配置される熱電対列ＴＣＲの左端の熱電対素子ＴＣの熱電効果素子部Ｐは、外部端子ＰＯＵＴに接続される。図２の最も下側に配置される熱電対列ＴＣＲを除く熱電対列ＴＣＲの左端の熱電対素子ＴＣの熱電効果素子部Ｐは、１つ下に配置される熱電対列ＴＣＲの右端の熱電対素子ＴＣの熱電効果素子部Ｎに接続される。図２の最も上側に配置される熱電対列ＴＣＲの右端の熱電対素子ＴＣの熱電効果素子部Ｎは、外部端子ＮＯＵＴに接続される。

【0018】

例えば、外部端子ＰＯＵＴ、ＮＯＵＴは、図示しない蓄電ユニットに接続され、熱電対アレイ３１により発電された電力を蓄電ユニットに蓄電する。そして、蓄電ユニットに蓄電された電力は、スイッチ制御回路３２を動作させる電力またはＣＰＵパッケージ１００内の所定の部品を動作させる電源の補助または回路を動作させる電源の補助に使用されてもよい。あるいは、蓄電ユニットに蓄電された電力は、ＣＰＵパッケージ１００とともにシステム基板に搭載される部品を動作させる電源の補助に使用されてもよい。

【0019】

ＣＰＵ１０から発生する熱を利用して生成される電力をＣＰＵパッケージ１００内で使用することで、ＣＰＵパッケージ１００の外部から供給される電力量を低減することができる。また、ＣＰＵ１０から発生する熱を利用して電力を生成することで、冷却プレート２０の温度上昇を軽減できるため、ＣＰＵ１０の冷却効率を向上することができる。これにより、ＣＰＵパッケージ１００のエネルギー利用率を向上することができる。

【0020】

各スイッチＳＷは、スイッチ制御回路３２から出力されるスイッチ制御信号ＳＣＮＴに基づいて、両側に配置される一対の熱電対素子ＴＣ（以下、熱電対素子対ＴＣとも称する）を直列または並列に接続する。ここで、並列に接続とは、熱電対素子対ＴＣの熱電効果素子部Ｐを互いに接続し、熱電対素子対ＴＣの熱電効果素子部Ｎを互いに接続することである。直列に接続とは、熱電対素子対ＴＣの一方の熱電効果素子部Ｐを熱電対素子対ＴＣの他方の熱電効果素子部Ｎに接続することである。

【0021】

スイッチ制御回路３２は、プロファイル記憶部３３を有し、ＣＰＵ負荷率に基づいて、プロファイル記憶部３３に保持された複数のプロファイルのいずれかを選択する。各プロファイルは、ＣＰＵ１０の負荷率とＣＰＵ１０の温度（発熱量）との評価に基づいて予め作成され、熱電対アレイ３１内の全てのスイッチＳＷの接続状態を並列または直列に切り替える情報を含んでいる。

【0022】

例えば、プロファイルは、熱電対アレイ３１内のスイッチＳＷの数（スイッチ制御信号ＳＣＮＴの数）と等しいビット数を有するテーブルに記憶される。プロファイル記憶部３３に保持された複数のプロファイルの各々は、接続パターンテーブルの一例である。

【0023】

例えば、ＣＰＵ負荷率を示す情報を２ビットで受信する場合、スイッチ制御回路３２は、最大で４通りのＣＰＵ負荷率を認識することができ、４つのプロファイルのいずれかを選択することができる。スイッチ制御回路３２は、選択したプロファイルに基づいて、熱電対アレイ３１の複数のスイッチＳＷの各々を制御する複数のスイッチ制御信号ＳＣＮＴを生成する。例えば、スイッチ制御信号ＳＣＮＴのビット値０は、スイッチＳＷの両側に位置する熱電対素子ＴＣを並列に接続することを示し、スイッチ制御信号ＳＣＮＴのビット値１は、スイッチＳＷの両側に位置する熱電対素子ＴＣを直列に接続することを示す。

【0024】

図３は、図２の熱電対アレイ３１のスイッチＳＷの制御の例を示す。説明の簡単化のため、図３では、熱電対アレイ３１の一部のみが示される。図３の右側は、熱電対素子ＴＣの接続のイメージを示す。

【0025】

図２のスイッチ制御回路３２は、ＣＰＵ負荷率に対応するプロファイルの１つを選択する。そして、スイッチ制御回路３２は、選択したプロファイルに含まれる複数のビット値に対応する論理レベルを有する複数のスイッチ制御信号ＳＣＮＴを複数のスイッチＳＷにそれぞれ出力する。

【0026】

各スイッチＳＷは、ロウレベルＬのスイッチ制御信号ＳＣＮＴを受けたとき、対応する熱電対素子対ＴＣを並列に接続し、ハイレベルＨのスイッチ制御信号ＳＣＮＴを受けたとき、対応する熱電対素子対ＴＣを直列に接続する。スイッチ制御回路３２は、ＣＰＵ１０の温度が高いほど（ＣＰＵ負荷率が高いほど）、熱電対素子対ＴＣを並列接続するスイッチＳＷの数を増やす。

【0027】

ＣＰＵ１０の温度が高いほど、ＣＰＵ１０と冷却プレート２０との温度差が大きくなり、各熱電対素子ＴＣの発電量が大きくなり、熱電対アレイ３１が生成する電圧値が高くなる。このため、熱電対素子ＴＣの並列数を増やして電流容量を大きくすることで、生成される電圧値を低くすることができ、目的の電圧値を得ることができる。

【0028】

一方、スイッチ制御回路３２は、ＣＰＵ１０の温度が低いほど（ＣＰＵ負荷率が低いほど）、熱電対素子対ＴＣを直列接続するスイッチＳＷの数を増やす。ＣＰＵ１０の温度が低いほど、ＣＰＵ１０と冷却プレート２０との温度差が小さくなり、各熱電対素子ＴＣの発電量が小さくなり、熱電対アレイ３１が生成する電圧値が低くなる。このため、熱電対素子ＴＣの直列数を増やして電流容量を小さくすることで、生成される電圧値を高くすることができ、目的の電圧値を得ることができる。

【0029】

図３では、スイッチ制御回路３２は、４通りのＣＰＵ負荷率に応じて４つのプロファイルのいずれかを選択してスイッチＳＷを制御する。しかしながら、スイッチ制御回路３２が選択するプロファイルの数は、４つに限定されない。

【0030】

この実施形態では、熱電対チップ３０は、ＣＰＵ１０の温度を間接的に示すＣＰＵ負荷率に基づいてプロファイルを選択し、熱電対アレイ３１内の熱電対素子対ＴＣの直並列の接続数を制御する。ＣＰＵ負荷率は、ＣＰＵ１０の動作状態をリアルタイムに示す。これにより、例えば、ＣＰＵ１０の温度を温度センサにより検出してスイッチＳＷを制御する場合に比べて、ＣＰＵ１０の発熱量の変化をスイッチＳＷの制御に即時に反映させることができる。

【0031】

そして、ＣＰＵ負荷率とＣＰＵ１０の温度（発熱量）との関係の評価に基づいて予め作成された複数のプロファイルのいずれかを選択することで、複数のスイッチＳＷの動作状態を計算することなく決定することができる。この結果、熱電対アレイ３１の出力端子ＰＯＵＴ、ＮＯＵＴから出力される出力電圧をＣＰＵ１０の温度変化に合わせて安定して生成することができ、必要な電流量を得ることができる。

【0032】

これに対して、ＣＰＵ１０の温度の上昇より遅れて熱電対素子対ＴＣの並列接続数が増加される場合、並列接続数が増加される前に熱電対アレイ３１から出力される電圧値が規定値より高くなることを抑止するために、電荷が捨てられる場合がある。また、ＣＰＵ１０の温度の下降より遅れて熱電対素子対ＴＣの直列接続数が増加される場合、直列接続数が増加される前に熱電対アレイ３１から出力される電圧値が低下し、規定値より低くなるおそれがある。

【0033】

以上、この実施形態では、ＣＰＵ１０から発生する熱を利用して生成される電力をＣＰＵパッケージ１００内で使用することで、ＣＰＵパッケージ１００の外部から供給される電力量を低減することができ、ＣＰＵ１０の冷却効率を向上することができる。これにより、ＣＰＵパッケージ１００のエネルギー利用率を向上させることができる。

【0034】

ＣＰＵ１０の動作状態をリアルタイムに示すＣＰＵ負荷率に基づいてプロファイルを選択し、熱電対素子対ＴＣの直並列の接続数を制御することで、ＣＰＵ１０の発熱量の変化をスイッチＳＷの制御に即時に反映させることができる。これにより、ＣＰＵ１０の発熱量の変動に合わせて熱電対アレイ３１から安定した電力を生成することができる。また、熱電対アレイ３１が生成した電力を再利用することで、ＣＰＵパッケージ１００の電力性能を向上することができる。

【0035】

図４は、別の実施形態におけるＣＰＵパッケージと、ＣＰＵパッケージが搭載されるシステムとの一例を示す。図１から図３に示した要素と同じ要素については、詳細な説明は省略する。図４に示すシステム２００は、システム基板４０Ａに搭載された２つのＣＰＵパッケージ１００Ａ、制御チップ５０Ａ、蓄電ユニット６０Ａ、電源ユニット７０Ａおよび冷却パイプＣＰを有する。

【0036】

ＣＰＵパッケージ１００Ａは、図１のＣＰＵパッケージ１００と同様に、ＣＰＵ１０Ａおよび冷却プレート２０Ａと、ＣＰＵ１０Ａと冷却プレート２０Ａとの間に配置された熱電対チップ３０Ａとを有する。ＣＰＵ１０Ａは、プロセッサの一例である。ＣＰＵ１０Ａは、図１のＣＰＵ１０と同様の機能を有する。ＣＰＵ１０Ａ、熱電対チップ３０Ａおよび冷却プレート２０Ａの積層構造は、図１と同様である。すなわち、熱電対チップ３０Ａは、例えば、グリスを介してＣＰＵ１０Ａに貼り付けられ、冷却プレート２０Ａは、熱電対チップ３０Ａ上に密着した状態で載置される。

【0037】

各ＣＰＵ１０Ａは、自己のＣＰＵ負荷率を示すＣＰＵ負荷率信号ＬＩＮＦ（ＬＩＮＦ１、ＬＩＮＦ２）を制御チップ５０Ａに出力する。制御チップ５０Ａは、ＣＰＵ負荷率信号ＬＩＮＦ以外にも、各ＣＰＵ１０Ａの圧、周波数等の動作状況を示す信号を受信する。制御チップ５０Ａは、各ＣＰＵ１０Ａから受信するＣＰＵ負荷率信号ＬＩＮＦを監視し、ＣＰＵ負荷率信号ＬＩＮＦ（ＬＩＮＦ１、ＬＩＮＦ２）をＣＰＵ負荷率モニタ信号ＬＭＯＮ（ＬＭＯＮ１、ＬＭＯＮ２）として、対応する熱電対チップ３０Ａに出力する。

【0038】

なお、図４では、制御チップ５０Ａで受信するＣＰＵ負荷率信号ＬＩＮＦを利用して、ＣＰＵ負荷率モニタ信号ＬＭＯＮを、対応する熱電対チップ３０Ａに出力している。しかしながら、熱電対チップ３０Ａは、ＣＰＵ負荷率モニタ信号ＬＭＯＮの代わりに、対応するＣＰＵ１０ＡからＣＰＵ負荷率信号ＬＩＮＦを直接受信してもよい。

【0039】

例えば、２つの冷却プレート２０Ａは、冷却パイプＣＰを介して相互に接続され、冷却パイプＣＰ内を流れる冷却水等の冷却媒体により冷却される。蓄電ユニット６０Ａは、各熱電対チップ３０Ａの出力端子ＰＯＵＴ、ＮＯＵＴから出力される出力電圧ＶＯＵＴ（ＶＯＵＴ１、ＶＯＵＴ２）に基づいて電力を蓄電する。蓄電ユニット６０Ａに蓄電された電力は、電源ユニット７０Ａに供給され、システム基板４０Ａに搭載されるチップまたは部品等を動作させる電力に使用される。なお、蓄電ユニット６０Ａおよび電源ユニット７０Ａは、システム基板４０Ａの外部に配置されてもよい。

【0040】

図５は、図４の熱電対チップ３０Ａの一例を示す。熱電対チップ３０Ａは、メイン熱電対アレイ３１ａ、サブ熱電対アレイ３１ｂ、スイッチ制御回路３２Ａおよび定電圧生成回路３４Ａを有する。

【0041】

メイン熱電対アレイ３１ａは、図２の熱電対アレイ３１と同一または同様の構成および機能を有する。サブ熱電対アレイ３１ｂは、スイッチ制御回路３２Ａ用の電源電圧Ｖ１を生成するために設けられる。サブ熱電対アレイ３１ｂは、発電規模が小さいことを除き、図２の熱電対アレイ３１と同様の構成および機能を有する。但し、サブ熱電対アレイ３１ｂのスイッチＳＷが切り替えられることはなく、熱電対素子対ＴＣの接続状態（並列接続または直列接続）は固定である。メイン熱電対アレイ３１ａに含まれる熱電対素子ＴＣは、第１熱電対素子の一例である。サブ熱電対アレイ３１ｂに含まれる熱電対素子ＴＣは、第２熱電対素子の一例である。

【0042】

サブ熱電対アレイ３１ｂが発電した電力は、外部端子ＰＯＵＴｂ、ＮＯＵＴｂを介して定電圧生成回路３４Ａに出力される。定電圧生成回路３４Ａは、外部端子ＰＯＵＴｂ、ＮＯＵＴｂを介してサブ熱電対アレイ３１ｂから受信する電力に基づいて電圧値が一定の電源電圧Ｖ１を生成し、生成した電源電圧Ｖ１をスイッチ制御回路３２Ａに出力する。

【0043】

なお、スイッチ制御回路３２Ａの動作電圧は、メイン熱電対アレイ３１ａから供給されてもよく、図４の電源ユニット７０Ａから供給されてもよい。この場合、熱電対チップ３０Ａは、サブ熱電対アレイ３１ｂおよび定電圧生成回路３４Ａを持たなくてもよい。

【0044】

スイッチ制御回路３２Ａは、プロファイル記憶部３３Ａを有し、ＣＰＵ負荷率モニタ信号ＬＭＯＮに基づいて、プロファイル記憶部３３Ａに保持された３つのプロファイル１、プロファイル２、プロファイル３のいずれかを選択する。図５に示す例では、３つのプロファイルがプロファイル記憶部３３Ａに記憶されるが、プロファイルの数は、複数であれば３つに限定されない。プロファイル記憶部３３Ａに記憶されたプロファイル１、プロファイル２、プロファイル３の各々は、接続パターンテーブルの一例である。

【0045】

スイッチ制御回路３２Ａは、ＣＰＵ負荷率モニタ信号ＬＭＯＮが示すＣＰＵ負荷率に対応して選択したプロファイルに基づいてスイッチ制御信号ＳＣＮＴを生成し、メイン熱電対アレイ３１ａ内のスイッチＳＷ（図３）の接続状態を並列または直列に切り替える。これにより、図３と同様に、各スイッチＳＷの両側に位置する熱電対素子ＴＣは、ＣＰＵ負荷率に応じて並列接続または直列接続される。

【0046】

図６は、図４のＣＰＵ１０Ａのレイアウトの一例と、図５のメイン熱電対アレイ３１ａのスイッチＳＷの動作の一例とを示す。例えば、ＣＰＵ１０Ａは、４つのコアと２つのキャッシュとを有する。コアおよびキャッシュの領域は、ＣＰＵ負荷率の上昇により温度が上昇する。また、コアおよびキャッシュの領域の発熱量は、ＣＰＵ１０Ａの他の領域の発熱量よりも大きい。コアおよびキャッシュの領域は、ＣＰＵ負荷率に応じて発熱量が変化する第１領域の一例である。コアおよびキャッシュの領域を除く領域は、発熱量がほぼ一定の第２領域の一例である。

【0047】

図６に示すＣＰＵ１０Ａにおいて、斜線で示す領域Ａは、メイン熱電対アレイ３１ａと対向せず、発熱量がほぼ一定の領域であり、サブ熱電対アレイ３１ｂ、定電圧生成回路３４Ａおよびスイッチ制御回路３２Ａと対向する領域である。サブ熱電対アレイ３１ｂをＣＰＵ１０Ａにおいて発熱量がほぼ一定の領域Ａに対向して配置することで、サブ熱電対アレイ３１ｂに設けられる熱電対素子対ＴＣの接続状態（並列接続または直列接続）を固定にすることができる。これにより、サブ熱電対アレイ３１ｂに設けられる熱電対素子対の並列接続と直列接続との切り替えをスイッチ制御回路３２Ａにより制御することなく、安定した電源電圧Ｖ１を生成することができる。

【0048】

なお、図６では簡単化のため、ＣＰＵ負荷率が３通りであるとし、３つのプロファイルを使用してスイッチＳＷを制御する例が示されるが、プロファイルの数は、３より多いほうが好ましい。プロファイルの数が多いほど、ＣＰＵ負荷率が変動する場合にも、メイン熱電対アレイ３１ａにより目的の電圧値を安定して生成することができる。

【0049】

図６において、メイン熱電対アレイ３１ａに示す"１"または"０"を付した矩形は、スイッチＳＷを示す。実際には、各スイッチＳＷの両側には、熱電対素子ＴＣが配置される。"１"は、スイッチＳＷがハイレベルＨのスイッチ制御信号ＳＣＮＴを受け、スイッチＳＷの両側の一対の熱電対素子ＴＣが直列に接続されることを示す（直列接続）。"０"は、スイッチＳＷがロウレベルＬのスイッチ制御信号ＳＣＮＴを受け、スイッチＳＷの両側の一対の熱電対素子ＴＣを並列に接続することを示す（並列接続）。メイン熱電対アレイ３１ａにおいて、太枠で示すスイッチＳＷの領域は、ＣＰＵ１０Ａのコアまたはキャッシュに対応する領域をそれぞれ示す。

【0050】

例えば、図５に示した熱電対チップ３０Ａのスイッチ制御回路３２Ａは、ＣＰＵ負荷率モニタ信号ＬＭＯＮにより示されるＣＰＵ負荷率が２０％の場合、プロファイル１を選択する。そして、スイッチ制御回路３２Ａは、全てのスイッチＳＷを直列に接続するスイッチ制御信号ＳＣＮＴをメイン熱電対アレイ３１ａに出力する。

【0051】

スイッチ制御回路３２Ａは、ＣＰＵ負荷率モニタ信号ＬＭＯＮにより示されるＣＰＵ負荷率が５０％の場合、プロファイル２を選択する。そして、スイッチ制御回路３２Ａは、コアおよびキャッシュに対向して配置されるスイッチＳＷの半分を並列に接続するスイッチ制御信号ＳＣＮＴをメイン熱電対アレイ３１ａに出力する。

【0052】

スイッチ制御回路３２Ａは、ＣＰＵ負荷率モニタ信号ＬＭＯＮにより示されるＣＰＵ負荷率が１００％の場合、プロファイル３を選択する。そして、スイッチ制御回路３２Ａは、コアおよびキャッシュに対向して配置される全てのスイッチＳＷを並列に接続するスイッチ制御信号ＳＣＮＴをメイン熱電対アレイ３１ａに出力する。

【0053】

プロファイル記憶部３３Ａにおいて、低いＣＰＵ負荷率に対応するプロファイル１は、コアおよびキャッシュに対向する複数の熱電対素子対ＴＣを並列に接続する数が、コアおよびキャッシュに対向する複数の熱電対素子対ＴＣを直列に接続する数より少なく設定される。プロファイル記憶部３３Ａにおいて、中程度のＣＰＵ負荷率に対応するプロファイル２は、コアおよびキャッシュに対向する複数の熱電対素子対ＴＣを並列に接続する数が、コアおよびキャッシュに対向する複数の熱電対素子対ＴＣを直列に接続する数とほぼ同じに設定される。

【0054】

プロファイル記憶部３３Ａにおいて、高いＣＰＵ負荷率に対応するプロファイル３は、コアおよびキャッシュに対向する複数の熱電対素子対ＴＣを並列に接続する数が、コアおよびキャッシュに対向する複数の熱電対素子対ＴＣを直列に接続する数より多く設定される。

【0055】

このように、図６では、ＣＰＵ負荷率の変動により発熱量が変化する領域に対向する熱電対素子対ＴＣの直列接続数（並列接続数）を、ＣＰＵ負荷率に応じて変更することができる。この結果、発熱量がほぼ一定の領域に対向する熱電対素子対ＴＣも含めて直列接続数（並列接続数）をＣＰＵ負荷率に応じて変更する場合に比べて、ＣＰＵ負荷率の変化に合わせて、より安定した電圧を生成することができる。

【0056】

なお、プロファイルが３つの場合、例えば、ＣＰＵ負荷率が３０％未満の場合、プロファイル１が使用され、ＣＰＵ負荷率が３０％より大きく７０％未満の場合、プロファイル２が使用され、ＣＰＵ負荷率が７０％以上の場合、プロファイル３が使用されてもよい。また、１０個のプロファイルを使用して、ＣＰＵ負荷率を１０％ずつ区切って熱電対素子対ＴＣの直列接続数（並列接続数）を切り替えてもよい。

【0057】

さらに、コアおよびキャッシュの領域を除く発熱量がほぼ一定の領域は、スイッチＳＷの制御入力をハイレベルＨに固定してもよい。これにより、スイッチ制御回路３２Ａからメイン熱電対アレイ３１ａへのスイッチ制御信号ＳＣＮＴの配線数を削減することができ、スイッチＳＷの制御に使用する電力を削減することができる。

【0058】

以上、この実施形態においても上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。例えば、ＣＰＵ負荷率に基づいてプロファイルを選択し、熱電対素子対ＴＣの直並列の接続数を制御することで、ＣＰＵ１０Ａの発熱量の変化をスイッチＳＷの制御に即時に反映させることができる。これにより、ＣＰＵ１０Ａの発熱量の変動に合わせてメイン熱電対アレイ３１ａから安定した電力を生成することができる。また、メイン熱電対アレイ３１ａが生成した電力を再利用することで、ＣＰＵパッケージ１００Ａの電力性能を向上することができる。

【0059】

さらに、この実施形態では、ＣＰＵ負荷率の変動により発熱量が変化する領域に対向する熱電対素子対ＴＣの直列接続数（並列接続数）を、ＣＰＵ負荷率に応じて変更することができる。この結果、発熱量がほぼ一定の領域に対向する熱電対素子対ＴＣも含めて直列接続数（並列接続数）をＣＰＵ負荷率に応じて変更する場合に比べて、ＣＰＵ負荷率の変化に合わせて、より安定した電圧を生成することができる。

【0060】

サブ熱電対アレイ３１ｂを使用して、スイッチ制御回路３２Ａに供給する電源電圧Ｖ１を生成することができる。この際、サブ熱電対アレイ３１ｂを発熱量がほぼ一定の領域Ａに対向して配置することで、熱電対素子対ＴＣの接続状態（並列接続または直列接続）を固定にすることができる。これにより、サブ熱電対アレイ３１ｂに設けられる熱電対素子対の並列接続と直列接続との切り替えをスイッチ制御回路３２Ａにより制御することなく、安定した電源電圧Ｖ１を生成することができる。

【0061】

以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点および利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲がその精神および権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点および利点にまで及ぶことを意図するものである。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良および変更に容易に想到できるはずである。したがって、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物および均等物に拠ることも可能である。

【符号の説明】

【0062】

１０、１０Ａ ＣＰＵ
２０、２０Ａ 冷却プレート
３０、３０Ａ 熱電対チップ
３１ 熱電対アレイ
３１ａ メイン熱電対アレイ
３１ｂ サブ熱電対アレイ
３２、３２Ａ スイッチ制御回路
３３、３３Ａ プロファイル記憶部
３４Ａ 定電圧生成回路
４０ パッケージ基板
４０Ａ システム基板
５０Ａ 制御チップ
６０Ａ 蓄電ユニット
７０Ａ 電源ユニット
１００、１００Ａ ＣＰＵパッケージ
２００ システム
ＣＰ 冷却パイプ
ＬＩＮＦ、ＬＩＮＦ１、ＬＩＮＦ２ ＣＰＵ負荷率信号
ＬＭＯＮ、ＬＭＯＮ１、ＬＭＯＮ２ ＣＰＵ負荷率モニタ信号
Ｎ 熱電効果素子部
ＮＯＵＴ、ＮＯＵＴｂ 外部端子
Ｐ 熱電効果素子部
ＰＯＵＴ、ＰＯＵＴｂ 外部端子
ＳＣＮＴ スイッチ制御信号
ＳＷ スイッチ
ＴＣ 熱電対素子
ＴＣＲ 熱電対素子列
Ｖ１ 電源電圧
ＶＯＵＴ、ＶＯＵＴ１、ＶＯＵＴ２ 出力電圧

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】