降低IC功耗的方法

在許多設(shè)計(jì)中，功耗已經(jīng)變成一項(xiàng)關(guān)鍵的參數(shù)。在高性能設(shè)計(jì)中，超過臨界點(diǎn)溫度而產(chǎn)生的過多功耗會(huì)削弱可靠性。在芯片上表現(xiàn)為電壓下降，由于片上邏輯不再是理想電壓條件下運(yùn)行的那樣，功耗甚至?xí)绊憰r(shí)序。為了處理功耗問題，設(shè)計(jì)師必須貫穿整個(gè)芯片設(shè)計(jì)流程，建立功耗敏感的方法學(xué)來處理功率。

　　互連正在開始支配開關(guān)功耗，就像在前幾個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)支配時(shí)序一樣。右圖表明了互連對總動(dòng)態(tài)功耗的相對影響。今天，設(shè)計(jì)師有能力通過布線優(yōu)化來減少功耗。

　　在物理設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)師也可以發(fā)現(xiàn)更多自動(dòng)降耗的機(jī)會(huì)。在物理設(shè)計(jì)過程中自動(dòng)降耗將是對設(shè)計(jì)流程早期以及邏輯綜合過程*耗減少的補(bǔ)充。

　　功耗是一個(gè)“機(jī)會(huì)均等”問題：從早期設(shè)計(jì)取舍到自動(dòng)物理功耗優(yōu)化，所有降低功耗的技術(shù)都彼此相互補(bǔ)充，并且需要作為每個(gè)現(xiàn)代設(shè)計(jì)流程中的一部分加以考慮。工程師在解決功耗問題的時(shí)候，可以把下面這些準(zhǔn)則作為任何一種設(shè)計(jì)方法學(xué)的有機(jī)組成部分加以應(yīng)用。歡迎轉(zhuǎn)載，本文來自電子發(fā)燒友網(wǎng)(http://www.elecfans.com/)

　　應(yīng)該理解功耗是與性能(時(shí)序)、功能以及你的設(shè)計(jì)成本一樣重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。在做設(shè)計(jì)決策和權(quán)衡時(shí)把功耗因素考慮進(jìn)去。流程早期明智的設(shè)計(jì)決策能帶來實(shí)質(zhì)的功耗節(jié)省。然而，在設(shè)計(jì)過程的初始階段，自動(dòng)減少功耗則比較困難。

　　采用高級設(shè)計(jì)技術(shù)來減少功耗，例如電壓/功率島劃分、模塊級時(shí)鐘門控、功率下降模式、高效存儲(chǔ)器配置和并行。能減少功耗的高級抽象技術(shù)包括動(dòng)態(tài)電壓和頻率調(diào)整、存儲(chǔ)器子系統(tǒng)分區(qū)，電壓/功率島劃分以及軟件驅(qū)動(dòng)睡眠模式等。

　　在RTL級和準(zhǔn)RTL級精確估算功耗。了解對整體功耗有影響的設(shè)計(jì)因素和規(guī)范是設(shè)計(jì)師的任務(wù)，但是，高級功耗估算工具能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)者提供他們作適當(dāng)折衷時(shí)所需的信息，這對設(shè)計(jì)師來說很有幫助。

　　研究所有自動(dòng)降低功耗的機(jī)會(huì)，在降耗的同時(shí)還不能影響時(shí)序或者增加面積。例如，在邏輯綜合階段，寄存器時(shí)鐘門控能夠被有效地使用，但是這樣做可能會(huì)對物理設(shè)計(jì)過程造成時(shí)序和信號完整性問題。一個(gè)替代的方法就是在物理設(shè)計(jì)階段實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘門控，這一階段已經(jīng)能得到精確的時(shí)序和信號完整性信息。

　　在物理設(shè)計(jì)階段通過優(yōu)化互連來減少高功耗節(jié)點(diǎn)的電容，從而節(jié)省功耗。一旦互連電容被減少，驅(qū)動(dòng)這些更低電容負(fù)載的邏輯門可以有更小的尺寸或者被優(yōu)化來產(chǎn)生更低的功耗。使用多閾值電壓單元替代來減少泄漏功耗也能夠在物理級得到有效實(shí)現(xiàn)。

　　不應(yīng)該等到快要出帶才開始擔(dān)心功耗問題。如果這樣，你可能會(huì)發(fā)現(xiàn)減少功耗的工作做得太少了，也太晚了。

　　忽視任何一種消耗功率的因素。例如，當(dāng)你試圖減少開關(guān)功耗的時(shí)候，泄露功耗卻可能是更值得重視的部分。過多的峰值功耗可能在片內(nèi)和片外都造成大的噪聲毛刺。

　　相信減少電源電壓或使用小幾何尺寸的工藝將解決功耗問題。更低的電源電壓減小了噪聲裕量，并且減慢了電路運(yùn)行速度，這使得難以達(dá)到時(shí)序收斂，甚至難以滿足功能規(guī)格。在90納米及以下工藝，會(huì)呈現(xiàn)更大的漏電流。

　　指望一個(gè)“按鈕式”的低功耗解決方案或方法。必須在設(shè)計(jì)過程中的所有階段實(shí)現(xiàn)功耗管理——有時(shí)需要設(shè)計(jì)決策，有時(shí)更多的是自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)。

　　認(rèn)為具功耗敏感的設(shè)計(jì)和自動(dòng)降耗是互斥的。如果在一個(gè)完整的功耗管理設(shè)計(jì)方法中將二者結(jié)合，這兩種技術(shù)將有效地幫助你克服功耗難題。