门控时钟基础知识

什么是门控时钟

通常情况下，时钟树由大量的缓冲器和反相器组成，时钟信号为设计中翻转率最高的信号，时钟树的功耗可能高达整个设计功耗40%。

加入门控时钟电路后，由于减少了时钟树的翻转，节省了翻转功耗。同时，由于减少了寄存器时钟引脚的翻转行为，寄存器的内部功耗也减少了。采用门控时钟，可以非常有效地降低设计的功耗，一般情况下能够节省20%~60%的功耗。

那么RTL中怎么才能实现门控时钟呢？答案是不用实现。现在的综合工具比如DC会自动插入门控时钟。如下图所示：

这里有两点需要注意：

这里的决定因素就是D的位宽了，如果D的位宽很小，那么可能插入的CG面积比原来的MUX大很多，而且节省的功耗又很少，这样得不偿失。只有D位宽超过了一定的bit数后，插入CG的收益就比较大。

那么这个临界值是多少呢？不同的工艺可能不一样，但是DC给的默认值是3.

也就是说，如果D的位宽超过了3bit，那么DC就会默认插入CG，这样综合考虑就会有收益。

我们可以通过DC命令：

set_clock_gating_style -minimum_bitwidth 4

来控制芯片中，对不同位宽的寄存器是否自动插入CG。一般情况都不会去修改它。

虽然现在综合工具可以自动插入门控时钟，但是如果编码风格不好，也不能达到自动插入CG的目的。比较下面两种RTL写法：

左边的RTL代码能够成功的综合成自动插入CG的电路；

右边的RTL不能综合成插入CG的电路；

右边电路在d_valid为低时，d_out也会一直变化，其实没有真正的数据有效的指示信号，所以综合不出来插入CG的电路。

需要注意的是，有的前端设计人员，为了仿真的时候看的比较清楚，很容易会写成右边的代码，这样不仅不能在综合的时候自动插入CG来减少功耗；而且增加了d_out的翻转率，进一步增加了功耗。

在不用的时候把数据设成0并不能减少功耗，保持数据不变化才能减少toggle，降低功耗！

所以我们在RTL编写的时候一定要注意。