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如何设计出一个低功耗的芯片?

2022-07-23 16:02
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芯片功耗过大,将引发许多问题,如性能变差、温度升高降低芯片的可靠性,限制便携式产品的使用时间及电池寿命等,所以在高性能设计或便携式应用,很多工程师都会采取低功耗设计,那么如何设计一个低功耗的芯片?

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为了降低芯片的功耗,必须采用低功耗设计技术,低功耗设计可以从系统级、逻辑电路级、物理级着手。

在系统级,进行软硬件划分时,需要考虑哪种划分方案会得到更少的功耗;选择功耗最小的算法;可以考虑采用并行运算、流水线等手段,降低功耗;可以采用多点呀设计方案来降低功耗;可以设置省电模式,以便在系统不工作时降低功耗。

在RTL设计级,可以考虑采用时钟门控、操作数隔离等技术来降低功耗。

在逻辑综合时,可以考虑采用插缓冲、相位分配等技术来降低功耗。

在进行布局布线时,也要考虑到功耗的影响,可以将翻转率高的节点用寄生电容较小的金属层来布线,以减少整体工会。

此外还可以考虑采用新的材料、新的封装技术来降低功耗,以消除功耗的影响。

芯片速度的提高,工艺水平的进步,便携式应用的增加,封装技术发展的相对迟缓,这些因素使低功耗设计在IC设计中越来越重要,低功耗设计技术可能会导致速度变慢、芯片面积增加=、设计周期延长,但这总比需要依靠风扇、封装甚至液氮来降温要好。

在进行低功耗设计前,首先要进行功耗分析,了解设计中哪一部分消耗功耗最大,何种功耗所占比例最大,接下来才能研究降低功耗的设计方法。

在实际应用中,通常在门级和晶体管级进行功耗分析。有些工具也支持RTL级的功耗分析,以帮助设计者尽早了解设计中功耗的情况。而系统级的低功耗分析工具还很不成熟。

利用功耗分析工具可以得到峰值功耗与平均功耗。影响温度的是平均功耗。

下面列出Synopsys与功耗分析有关的工具。

power compiler:对动态功耗和泄漏功耗进行优化; primepower:对峰值功耗和平均功耗进行分析;

JupiterXT:生成电源网格;电源网络分析;

Astro Rail:电压降及电子迁移分析。


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