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如何使用EDA实现降低芯片功耗的设计
贾飞小
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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。
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