SOC不同層如何進行低功耗設(shè)計?芯片功耗由哪些組成?

低功耗是現(xiàn)在的設(shè)計追求之一，通過產(chǎn)品之間的比較可以知道，同等能力的產(chǎn)品，如果具備低功耗特點，價格往往更高。為增進大家對功耗的認識，本文將基于兩點介紹功耗：1.SOC不同層次低功耗設(shè)計，2.芯片功耗組成。如果你對功耗相關(guān)內(nèi)容具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、SOC不同層次的低功耗設(shè)計

功耗同樣是所有的電器設(shè)備都有的一個指標，指的是在單位時間中所消耗的能源的數(shù)量，單位為W。電路中指整機或設(shè)備所需的電源功率。不過復(fù)印機和電燈不同，是不會始終在工作的，在不工作時則處于待機狀態(tài)，同樣也會消耗一定的能量(除非切斷電源才會不消耗能量)。因此復(fù)印機的功耗一般會有兩個，一個是工作時的功耗，另一個則是待機時的功耗。

在SOC中，影響系統(tǒng)功耗的參數(shù)調(diào)整主要是從系統(tǒng)級到物理級來進行。下面將針對各種不同層次中較為有效的設(shè)計方法進行闡述與探討。

主要方法有三：

1. 軟硬件劃分

軟硬件劃分是從系統(tǒng)功能的抽象描述著手，把系統(tǒng)功能分解為硬件和軟件來實現(xiàn)。通過比較采用硬件方式和軟件方式實現(xiàn)系統(tǒng)功能的功耗，得出一個比較合理的低功耗實現(xiàn)方案。由于軟硬件的劃分處于設(shè)計的起始階段，所以能為降低功耗帶來更大的可能。

2. 功耗管理

功耗管理的核心思想是設(shè)計并區(qū)分不同的工作模式。其管理方式可分為動態(tài)功耗管理和靜態(tài)功耗管理2種。動態(tài)功耗管理的思想就是有選擇地將不被調(diào)用的模塊掛起，從而降低功耗。靜態(tài)功耗管理是對待機工作模式的功耗進行管理，它所要監(jiān)測的是整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，而不是只針對某個模塊。如果系統(tǒng)在一段時間內(nèi)一直處于空閑狀態(tài)，則靜態(tài)功耗管理就會把整個芯片掛起，系統(tǒng)進入睡眠狀態(tài)，以減少功耗。

3. 軟件代碼優(yōu)化

軟件代碼的功耗優(yōu)化主要包括:①在確定算法時，對所需算法的復(fù)雜性、并發(fā)性進行分析，盡可能利用算法的規(guī)整性和可重用性，減少所需的運算操作和運算資源。②把算法轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行代碼時，盡可能針對特定的硬件體系結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。例如，由于訪問寄存器比訪問內(nèi)存需要更少功耗，所以，可以通過合理有效地利用寄存器來減少對內(nèi)存的訪問。③在操作系統(tǒng)中充分利用硬件提供的節(jié)電模式。隨著動態(tài)電壓縮放技術(shù)的出現(xiàn)，操作系統(tǒng)可以通過合理地設(shè)置工作狀態(tài)來減少功耗。

二、芯片功耗的組成

1. core power

功耗的組成包含RAM、ROM、時鐘樹(clock tree)和核心邏輯電路(Core logic)等四部分，下面依次來分析。

1)RAM

RAM功耗的計算是項復(fù)雜的任務(wù)，幸運的是，memory compiler可以為我們進行此項工作。關(guān)鍵點在存取每個端口的速率，這可以通過考慮存取pattern類型得到，或者通過仿真得到。建議在設(shè)計初期即生成不同參數(shù)(寬度，深度，速度，port數(shù))的RAM/ROM的功耗數(shù)據(jù)，以利于設(shè)計探索。

2)時鐘樹

時鐘樹的功耗占到整個芯片功耗的40%~60%，因為它的高活動率(100%)和正負邊沿均消耗電力。

其中，電容包含寄存器的電容，驅(qū)動單元的電容和連線電容三部分。

3)核心邏輯電路

定義核心邏輯電路功耗為除時鐘樹外的組合與時序單元消耗的電力。由兩部分組成：

leakage current

capaciTIve loads

4)宏單元(macro cell)

多數(shù)芯片包含PLL等模擬macro，可以從庫提供商的數(shù)據(jù)手冊找到其功耗參數(shù)。設(shè)計者可以通過切分系統(tǒng)模式關(guān)閉不需工作的模塊，以減小功耗。

2. IO power

IO功耗包含IO單元、外部負載、外部終端等。因為需要驅(qū)動板級的連線，IO的電容會是內(nèi)部單元的數(shù)百倍量級，因此消耗較多的電力。有時候，IO的功耗可以占到整體功耗的很大比例，系統(tǒng)架構(gòu)可能因之改變，如：重新定義系統(tǒng)的劃分，以減少芯片-芯片的連接;選擇不同的IO接口協(xié)議，以減少能量消耗。IO功耗通常由系統(tǒng)架構(gòu)，接口帶寬與協(xié)議要求決定。一旦庫選定，設(shè)計者可以優(yōu)化的空間很小，但是核心的功耗是設(shè)計者可以減小的，在后面的篇幅中，我們將以核心功耗的估算與優(yōu)化作為主題。

以上便是此次小編帶來的“功耗”相關(guān)內(nèi)容，通過本文，希望大家對SOC不同層的低功耗設(shè)計以及芯片的功耗組成具備一定的了解。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站哦，小編將于后期帶來更多精彩內(nèi)容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!