【技术综述】层次化的低功耗设计方法97国际游戏app-

　　97国际-至尊品牌,源于信誉-本文从低功耗设计的必要性、功耗来源和层次化的低功耗设计方法三个方面，概括性的介绍了IC设计中的低功耗技术，由于本文内容主体是对参考文献[1]和[2]的汇总提炼，因此文中对涉及这两篇文献的内容未做引用标注。

　　随着十多年前“Dennard Scaling”定律的终结3，晶体管体积缩小带来了功耗密度的增加。因此伴随芯片集成度的提高、门级规模的增大和性能表现的提高，芯片的功率消耗也随之增加，由此功耗优化问题越来越受到开发人员的重视。综合考量，降低芯片功耗的必要性主要体现在以下几个方面：

　　充分的了解功耗来源，才能从策略上有效的降低功耗。芯片的功耗来源依据晶体管的工作状态分为静态功耗和动态功耗，具体含义如下：

　　在大规模IC设计中动态功耗占主要地位，典型应用中占到总功耗的80%。动态功耗中短路功耗部分的短路时间较短，此部分功耗可以忽略，因此降低动态功耗无非是从降低Vdd、fclock、CL和Ptrans等的角度出发，由此也会引入在不同设计层次上对低功耗设计的考量。

　　低功耗设计方法涉及系统级、逻辑级和物理级等不同的设计层次，层次越高对功耗降低就可能越有效，下图是在各抽象层次上降低功耗方法的总览图：

　　软硬件划分：采用基于高层次建模的方式进行软硬件划分，高抽象级模型有助于合理高效的分配计算任务到软硬件中，从而降低无效的计算消耗；

　　整合领域专用模块搭建异构计算平台：将通用SOC与领域专用模块融合，实现领域计算任务的高效部署，从而从系统级降低功耗；

　　动态电压频率调节：针对运行中的芯片，依据不同的计算场景动态调整芯片的供电电压和工作频率，实现计算性能和功耗之间的平衡；

　　多电压供电：对不同模块根据其性能要求不同采用不同电源供电，设计需要在模块间额外增加power rails和level shifters；

　　门控电源：最常用的体系结构级低功耗技术之一，依据门控层次分为细粒度电源门控和粗粒度电源门控，后续将会有博文针对此项技术展开详细介绍；

　　门控时钟：是在寄存器不工作时（即使能信号无效时），使能时钟无效，从而时钟树上对应buffer及register都不会再有动态功耗；

　　此层次上核心降低功耗的思路是通过逻辑优化，减少信号跳变次数，典型应用场景如下：

　　总线反转：在当前数据与下一个数据之间的汉明距离大于N/2（N为总线位宽）时，就将下一个数据反向后传播，以减少总线上出现转换的位的数量；

　　状态机编码风格：采用独热码而非二进制码来编码状态机的状态，从而简化译码逻辑，进而减少信号跳变次数；

　　去掉逻辑云：在操作大规模逻辑云（包括宽加法器、乘法器等）时，往往会在需要时才将其打开；

　　调整衬底偏置：降低MOS管衬底偏置可以提高动态电流从而提高电路工作速度，但是衬底偏置和静态漏电成指数反比关系，因此衬底偏置的调整既是对速度和功耗之间的权衡，又是对动态功耗与静态功耗之间的权衡；

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