利用先进EDA工具应对低功耗设计挑战

利用先进EDA工具应对低功耗设计挑战

　　如何降低芯片功耗目前已经成为半导体产业的热点问题。过去，对于集成器件制造商(IDM)来说，最直接的作法就是通过先进的制程工艺和材料比如低K介质来解决，低功率设计可以通过将自己设计团队的技能和经验进行结合而实现。

　　然而，当进入90nm后，漏电流问题日益凸现，CMOS静态功耗骤增，功率管理开始成为一个重要的考虑因素。这种情况在65nm与45nm以下将更为严重，因为工艺节点的不断缩减导致栅极氧化层厚度越来越薄，栅极泄漏呈指数增长，最终动态功耗等于亚阈值泄漏电流，也等于栅极泄漏电流。这就迫使业界必须从IC的设计端就开始采用低功耗设计技术。

　　为了应对这些挑战，设计工程师们开始提倡采用复杂的时钟门电路开关方案，从而减少了不必要的门电路开关操作。如今，为了满足功率方面的目标，设计人员运用了各种先进的低功率设计技巧，包括多阈值设计、多电压设计、动态频率电压缩放(DVFS)、时钟门控、可感知功耗的内存以及功率门控等等。

　　在设计早期进行有效的功率评估

　　毋庸置疑，在产品成功因素中，面市时间是重要因素之一，有时甚至决定着产品的成败。因此在设计早期解决潜在低功耗问题对于提高生产率是至关重要的。

　　Synopsys公司资深顾问工程师李昂表示，在设计早期(即系统架构阶段)评估系统层面低功耗的策略和代价对于后面的实现非常重要。在这阶段评估的低功耗策略主要应注意的方面包括：系统软硬件的划分、是否采用多电压(multi-voltage)、是否采用电源关断(multi-supply)、采用片上还是片外电源管理、低功耗IP的选择等。在这阶段的评估，一方面是通过对过往系统的评估经验，一方面可以通过快速原型设计，通过Eclypse系统对设计原型进行功耗估算，以评价设计的代价和功耗节省的效果。

　　Cadence公司高级技术主管Brad Miller也表达了相同的观点。他表示，以下五个方面将确保设计者高效而精确的达到他们的目标：1.确定设计中耗费功率的元器件;2.采用精确的开关行为数据;3.生成开关行为时考虑仿真模式;4.采用精确的线路模型;5.采用表示最坏情况功率的库。

　　多种低功耗设计解决方案应对功耗挑战

　　但是，不同低功耗技术的EDA支持是支离破碎的，结果设计师不得不通过一系列特殊手段定义低功耗功能。更重要的是，设计的可预测性和验证变得极其困难。同时，由于设计上的复杂度以及以前缺乏EDA自动化手段的原因，工程设计团队面临着手工分析和运用这些技巧的难题，而且也没把握在不影响性能的条件下满足功耗预算目标。

　　Cadence公司相关人士就指出，目前的很多设计可以说对逻辑是“相连的”，因为所有流程都处理逻辑信息，可以自动完成;但对功耗来说是“不相连”的，因为针对每个流程，功耗问题都是独立的，并相互影响。而且最重要的是还不能自动完成功耗设计，许多地方需要手动来完成。

　　因此，有效的低功率设计要求设计团队、IP供应商以及工具和解决方案提供商之间展开协作。只有通过实施连贯一致的方法，并将这些方法运用在供应链赖以存在的整个工具领域，电子行业才能真正解决低功率设计所面临的不断增长的挑战。

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