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Low Power概念介紹

數字后端IC芯片設計2020-11-19 11:41:14

新增加一塊內容,一起來學習一下低功耗技術。隨著智能手機,以及物聯網的普及,芯片功耗的問題最近幾年得到了越來越多的重視。為了實現集成電路的低功耗設計目標,我們需要在系統設計階段就采用低功耗設計的方案。而且,隨著設計流程的逐步推進,到了芯片后端設計階段,降低芯片功耗的方法已經很少了,節省的功耗百分比也不斷下降。


芯片的功耗主要由靜態功耗(static leakage power)和動態功耗(dynamic power)構成。靜態功耗主要是指電路處于等待或者不激活狀態時的泄漏電流所產生的功耗,主要是有反偏二極管泄漏電流,門柵感應漏極泄漏電流,亞閾值泄漏電流和門柵泄漏電流。動態功耗是指晶體管處于跳變狀態所產生的功耗,主要由動態開關電流引起的動態開關功耗以及短路電流產生的短路功耗兩部分組成。這些概念自己去看下參考書吧,不細展開了。


那我們來學一下,在數字后端階段,有哪些方案可以降低上訴功耗。


第一種方案就是多電源多電壓技術,Multi supply Multi Voltage(MSMV)。這是一種可以有效降低動態功耗的技術。芯片可以劃分為不同電壓域(Power Domain),不同邏輯模塊處于不同的電源域中,由不同電源供電。高性能的部分在高電壓域,低性能要求的部分就分配在低電壓域。舉例來說,一個SOC芯片中,CPU應該工作在盡可能高的時鐘,則它的電壓應該是最高電壓;而外設中的USB模塊,有協議定義的固定速率,則只要分配給能滿足要求的工作電壓即可;一些平時不工作的模塊甚至可以將電壓關斷(Power Gating),也就可使功耗趨于0。這樣一個芯片中,就會劃分為各種不同的電壓域。


那我們如何在Innovus中創建Power domain呢?


首先,我們需要有一個統一的功耗約束文件,這邊以IEEE 1801格式來配合介紹,該文件可以實現在前端門級網表到最后邏輯驗證等整個芯片開發過程的貫通使用。命令不多,比較好學。接下來幾篇文章,大家一起和我配合著1801文件來學習下Low Power知識。


比如說我們要實現如下一個簡單的MSMV設計,PD1和PD2兩個不同的Power Domain以及defalut的PD_top



1. 首先定義Power domain的信息

create_power_domain PD_top –include_scope ?default power domain

create_power_domain PD1 –elements iA ?PD1

create_power_domain PD2 –elements iB ?PD2


2.創建default power domain上供電連接關系

create_supply_net VDD ?創建supply net VDD

create_supply_port VDD ?創建supply port VDD

connect_supply_net VDD -port VDD ?將VDD net和VDD port在邏輯上關聯


create_supply_net VDD1 ?創建supply net VDD1

create_supply_port VDD1 ?創建supply port VDD1

connect_supply_net VDD1 -port VDD1 ?將VDD1 net和VDD1 port在邏輯上關聯


create_supply_net VSS ?創建supply net VSS

create_supply_port VSS ?創建supply port VSS

connect_supply_net VSS -port VSS ?將VSS net和VSS port在邏輯上關聯


3. 創建PD1和PD2 power domain中的供電連接關系

create_supply_port VDD1_sw?–domain PD1

create_supply_port?VDD_sw?–domain PD2

create_supply_port VSS -reuse –domain PD2

create_supply_port VSS -reuse –domain PD1


create_supply_net VDD1_sw –domain PD1

create_supply_net VDD_sw?–domain PD2

create_supply_net VSS -reuse?–domain PD1

create_supply_net VSS -reuse?–domain PD2


connect_supply_net VDD1_sw –ports VDD1_sw –domain PD1

connect_supply_net VDD_sw –ports VDD_sw?–domain PD2

connect_supply_net VSS –ports VSS?–domain PD1

connect_supply_net VSS –ports VSS?–domain PD2



4. 創建供電集合,關聯到power domain

create_supply_set ss_top \ ? ? default power domain set

? -function {power VDD} \

? -function {ground VSS}?

create_supply_set ss_pd1 \ ? ? pd1 set

? -function {power VDD1_sw} \

? -function {ground VSS}?

create_supply_set?ss_pd2 \ ? ? pd2 set

? -function {power?VDD_sw} \

? -function {ground VSS}?


associate_supply_set ss_top \

???? -handle PD_top.primary

associate_supply_set?ss_pd1?\

?????-handle?PD1.primary

associate_supply_set?ss_pd2?\

?????-handle?PD2.primary



到這邊,一個1801文件中關于domain的定義就好了,當我們read并commit power intent以后,并定義好power domain的形狀以后,在GUI上,我們就可以看到Power domain的樣子了。圖中,紅色和黃色就是上訴定義的PD1和PD2兩個Power domain.


通常Power domain需要單獨的Ring和Stripe來供電,因此與外圍的Row通常保留有Gap。


常見的還有一個disjoint的power domain, power domain的形狀非連續的分布在Floorplan中。可以起到通過控制其中一個power domain來同時操作其他domain的行為。通過modifyPowerDomainAttr -disjointHInstBoxList來創建




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