文档介绍：低功率芯片技术或影响整个芯片设计流程
当恩智浦半导体(NXP Semiconductors .,NXP)开始使用先进的低功率芯片设计技术时,有一件事令其大吃一惊。“某些情况下,在实现阶段出现了两倍的产能下降。”NXP公司设计与技术负责人Herve Menager表示。
从整个行业来看,这并不是一个特例。虽然EDA供应商们一直在为两种竞争性的低功率规范争斗不休,但它们似乎忽略了一个更大的问题:类似多电压设计等低功率技术如此困难,以至于设计人员需要重新考虑整个芯片的设计流程。在最近于加州Monterey举行的电子设计过程(EDP)大会上,Menager和其它芯片设计师详细探讨了这方面的挑战。
EDA供应商们理解设计师所处的两难境地。“产能带来的影响是巨大的。”Cadence设计系统公司Encounter营销副总裁Eric Filseth说,“低功率技术不能单靠版图,这是架构方面的事,涉及验证、实现、测试等整个设计阶段。”
大多数观察人士认为,业界已经确立了诸如门控时钟和多电压阀值(mulTI-Vt)等一些基本的低功率设计技术,而且它们也得到了现有工具的支持。门控时钟通过限制时钟分配来减少动态功率,多电压阀值设计在非关键性能处使用高电压阀值单元来降低漏电流。
设计师遇到的难题在于怎样利用更先进的多电压技术。在采用多电压供电(mulTI-Vdd)方法时,一些模块的供电电压要低于其它模块,从而形成电压“孤岛”。这种情况在静态电压时已经非常复杂,而当采用动态电压调整方法在工作期间改变电压值时,会变的更加复杂。
为了降低漏电流,一些设计采用功率选通法并通过多阀值CMOS(MTCMOS)开关关闭不在使用状态的模块。在这里,上电和断电顺序的设计和验证可能会特别复杂。
先进的技术也在不断迎头赶上。在2006年设计自动化会议上,由Sequence Design公司撰写的调查报告指出,有26%的受访者表示正在使用门控时钟,另有24%使用的是mulTI-Vt库(参见图1)。
图1、设计人员正在使用电压岛、电源门控和其他功率控制技巧
“多电压和电源关断等先进技术会影响到整个设计流程。”新思公司RTL综合和低功率产品部营销总监Gal Hasson表示。
设计挑战
Menager在EDP会议上指出,截至目前,NXP已经尝试借助两种方法来
解决动态功率问题,分别是通过门控时钟降低功耗,以及减小开关电容。最近,该公司开始使用电压岛和频率调整方法来满足性能和功率要求。
多电压设计通常需要:电平转换器,让信号跨越电源域边界;保持寄存器,在断电时保持状态信息;片上开关,实现加电和断电;隔离单元,在断电时控制输出。这些技术NXP都在使用,但针对电路单元的自动实现和验证的详细意图却非常复杂,Menager表示。
例如,电平转换器引入的版图约束会极大提高CAD工具的复杂性,Menager表示。虽然版图在逻辑上是正确的,但在物理方面却可能出错,他指出。
Menager表示,当隔离钳位二极管用于电源开关时,可能传输不必要的数据,而浮置输入端也可能发生短路。保持寄存器可能需要缓存树对控制信号“常开”,而电源连接不仅容易出错,而