低功耗设计的考虑因素

功耗优化的重要目标:

1、制定使用低功耗单元的策略

2、在物理设计阶段,能从整体上根据功耗需求制定功耗优化计划

3、结合upf文件,在设计的不同阶段使用power compiler

4、针对电路的上电时序和电源关闭的状态,采用合理的策略应对

标准单元的功耗由负载电容、电压电源、工作频率组成

从公式可知:想要降低功耗。需要降低电源电压、工作频率和负载电容。

功耗主要指静态功耗和动态功耗。静态功耗通常指泄漏电流的总和。

动态功耗的公式如下:

+逻辑单元动态功耗

T指翻转频率

**动态功耗可以通过减少翻转率、工作频率(影响性能)、电容和电源电压的方式降低。**标准单元的选择对于动态功耗的控制是至关重要的。

静态功耗是由电源电压、阈值电压、晶体管尺寸决定。

在RTL阶段使用各种技巧可以降低25%-40%的功耗。

一般有以下方法应对低功耗的设计需求:

1、多电源域

2、上电时序、调度器

3、特殊单元:电平转换器 、隔离单元、保留供电的保持单元

低功耗技术:

1、建模和功耗估算:功耗优化工具通过计算每个节点的翻转率来计算整个SOC芯片的功耗。

2、门控时钟:使用特殊的门控时钟单元可以在RTL设计阶段有效降低功耗。必须消除门控使能信号上的毛刺与竞争。(在时钟系统上增加门控电路,会导致额外的面积和功耗消耗)

在always进程中,如果像if-else这样的结构,可以增加默认条件来修改RTL。

功耗管理技巧:

1、门控时钟和时钟树的优化

2、逻辑重构

3、操作数隔离:使用使能信号,这种技术有效的在数据通路中降低功耗。

4、逻辑和晶体管尺寸调整:使用小尺寸减少静态电流,大尺寸减少动态电流,改善转换时间。

5、管脚交换:交换门级管脚来减少功耗。

高效的电源管理技巧:

1、多阈值

2、多电源电压

3、动态电压调节

4、动态电压和频率调节

5、自适应的电压频率调节

6、电源门控或电源关闭

7、分割存储器

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