在設(shè)計早期進(jìn)行有效的功率評估
為了達(dá)到先進(jìn)技術(shù)節(jié)點(90nm及以下節(jié)點)中的功耗目標(biāo),設(shè)計工程師常常采用斷電(PSO)和多電源電壓(MSV)架構(gòu)等先進(jìn)的省電技術(shù)。但是只有在設(shè)計周期的架構(gòu)階段考慮這些技術(shù)時,才能得以實現(xiàn)。因此,在設(shè)計項目的早期進(jìn)行功率評估至關(guān)重要。
以下是針對在項目早期進(jìn)行功率評估時的五條建議(以最少的工作量確保合理的精確性):
1.確定你的設(shè)計中耗費功率的元器件;
在項目早期,設(shè)計團(tuán)隊?wèi)?yīng)對耗費功率的元器件進(jìn)行劃分。這種評估非常簡單,甚至可以在完成RTL之前采用電子數(shù)據(jù)表進(jìn)行。這里的關(guān)鍵在于了解哪些元器件是規(guī)格固定的,哪些元器件受那些省電技巧的影響。例如,I/O功率是規(guī)格固定的。存儲器功率也可能由規(guī)格固定,但是閑置時可以斷電。如果大部分功率由時鐘消耗,那么設(shè)計工程師應(yīng)著重針對時鐘門控進(jìn)行省電技巧的部署。
此外,評估每個元器件的泄漏功率與動態(tài)功率比也非常重要,這樣設(shè)計工程師能夠選擇利用合適的省電技巧。MSV和時鐘門控在降低動態(tài)功率方面非常有效,PSO則用來降低泄漏功率。
如果RTL可用,設(shè)計工程師甚至可以在將設(shè)計綜合到技術(shù)門之前進(jìn)行RTL功率分析。這種分析的精確度比不上門級分析,但是它會讓設(shè)計工程師迅速了解采用一種給定技巧所能實現(xiàn)的潛在節(jié)電量。例如,如果X區(qū)塊可在65%的時間內(nèi)處于斷電狀態(tài),或者如果Y區(qū)塊工作于0.8V(而不是1V)時,能夠節(jié)省多少功率?
如果功率分析引擎與綜合引擎集成在一起,設(shè)計工程師還可以確定設(shè)計定時上降低的電壓的影響?;赗TL的分析的快速轉(zhuǎn)變允許設(shè)計團(tuán)隊在流程早期找到最適宜的電源架構(gòu)。
2.采用精確的開關(guān)行為數(shù)據(jù);
精確的數(shù)據(jù)對于精確的功率分析非常關(guān)鍵。要獲得精確的功率分析,需要仿真對實際系統(tǒng)因素進(jìn)行精確建模的測試案例。但是,在許多設(shè)計流程中,這種仿真直到設(shè)計周期的后期才可用。
為了確保精確的功率評估,需要采用在設(shè)計流程的任何給定點獲得的最精確數(shù)據(jù),并且需要隨著不斷提供的新數(shù)據(jù)對評估進(jìn)行修改?;蛟S設(shè)計工程師可以從系統(tǒng)級行為仿真中抽取數(shù)據(jù)或者采用仿真加速硬件來在項目早期獲取有用數(shù)據(jù)。
如果仿真無法提供開關(guān)行為數(shù)據(jù),設(shè)計工程師應(yīng)對芯片的主要輸入端的開關(guān)行為進(jìn)行評估,并將該評估應(yīng)用到功率分析工具中。大多數(shù)功率分析工具都能夠?qū)㈤_關(guān)行為數(shù)據(jù)貫穿組合邏輯和順序邏輯。這是另一個相當(dāng)出色但通常被忽視的依賴于工具的缺省值的備選方案。
3.生成開關(guān)行為時考慮仿真模式;
當(dāng)生成開關(guān)行為時,仿真模式是一個要考慮的重要因素。許多設(shè)計工程師都認(rèn)為,門級仿真產(chǎn)生的開關(guān)行為將始終比RTL仿真產(chǎn)生的開關(guān)行為獲得的功率評估更精確。這種觀點并不正確。零延遲門級仿真將不考慮組合邏輯中發(fā)生的任何普通小故障,因此將始終產(chǎn)生樂觀的功率計算。如果設(shè)計團(tuán)隊堅持采用門級仿真進(jìn)行功率分析,可采用基于SDF延遲的門級仿真。
4.采用精確的線路模型;
精確的線路建模是早期功率評估的基礎(chǔ)。每個設(shè)計工程師都了解當(dāng)時序收斂時線負(fù)載模型的不精確情況。但是許多設(shè)計團(tuán)隊仍然采用“零”線負(fù)載模型進(jìn)行綜合。這將導(dǎo)致產(chǎn)生不精確的功率評估。采用合理的線負(fù)載模型,最好采用目前的綜合工具中提供的其中一種“基于物理”的線建模技術(shù)。
5.采用表示最壞情況功率的庫。
綜合通常采用最壞情況時序庫進(jìn)行,但是這些庫并不表示最壞情況功率。動態(tài)功率通常在快速條件下(高壓、快過程、低溫)最高,這可以用“最好情況”時序庫表示。但是泄漏功率一般隨溫度增加而提高。在90nm及以下節(jié)點,泄漏功率相當(dāng)大,最好從你的供應(yīng)商處獲取表示最壞情況動態(tài)和泄漏功率的特殊庫。
設(shè)計工程師必須在項目早期開始評估功耗。在整個設(shè)計流程中精確地評估功率將需要設(shè)計工程師做大量工作,而本文概述的技巧將有助于設(shè)計工程師高效而精確地達(dá)到他們的目標(biāo)。