Mainstream Low Power techniques
- clock gating - 低功耗的设计风格,4bit以上可以通过综合工具增加ICG
- APR的时候可以更换器件VT
Advanced Low Power Techniques
- 不同电压域划分,频率高的电压高,频率低的电压低
- 所有模块电压都一样,但是不用的模块可以power down
- State Retention - 在power off之前保存之前的状态值
- Low-VDD standby
- DVFS - 可以对电压和频率进行动态调节(划分成几档进行调节)
- AVFS - 可以自适应的改变电压和频率调节
- Well Biasing - 阱偏置,工艺上进行改进降低漏电流
Adoption of low power techniques
Low Power techniques challenge
Power gating(MTCMOS)
- Power off domain需要添加isolation,保护输出信号,如果没有isolation,power off之后输出为高阻态,会造型功能错误
Power Gating Advantages
- 降低leakage power,增加power switch会增加switch cells\retention cells\isolation cells\always on logic
Power Gating Costs
- 增加Power Switch会增加面积
- IR drop会增加 - 导致其他模块不稳定
Multi-Voltage
- 需要升压的模块需要1.2V
- 1.2V模块和0.9V模块之前可能进行数据交换,所以之间需要电平转移器(支持low to high,high to low);
Multi-Voltage Advantages
- 升压会增加leakage power,通过电压域的控制,可以减小leakage power
- 既可以减小leakage power和dynamic power
- 缺点:level shifter有比较大的timing delay
DVFS(Dynamic Voltagge and Frequency scaling)
- 自动进行频率和电压的调节,一般而言CPU可以进行调节
Low Power Impact on Design Flow
- static power包含:leakage powe和internal power两种
Why do we need UPF
- 上面的低功耗技术都需要依赖于UPF技术
- Uniform Power Format - 低功耗设计的文档
UPF&RTL
UPF brief history
- CPF - cadence
- IEEE 1801 - UPF 2.0
- IEEE 1801 2009 - UPF + CPF
- IEEE 1801 2013 - UPF 2.1
Power Domain
- power domain是虚拟的模块,可以设定
- power net voltage - 设定不同电压VDD的值是多少
- power switch style(n管还是p管)
- power down control - 低有效还是高有效
Power Supply
-
supply port - 插座
-
supply net - 电源线
-
power domain - 电脑
-
power switch - 电脑开机键
-
power domain - 需要power port
-
Power state table(PST)
-
定义了很多power domain之后,它们如何进行工作?
-
三个power domain都可以on or off,就会有2^3=8种状态
-
power state table - 将不同电压域进行组合得到不同的状态,对应于不同的mode
-
UPF可以使用VCLP根据PST(golden)检查isolation cell是不是插全了,还可以检查level shifter是不是正确
-
PST可以用于验证,指示coverage,所有power domain都验证到,coverage比较高,否则coverage比较低
Low Lower design require special cells
- always on buffer - 两个电压VDD和VDD back up,当VDD掉电之后,启用VDD back up进行供电,所以不会掉电
- isolation cell 和 Level shifter cell合并 - enable level cell,既可以进行保护又可以转换电平
- retention register - 面积比较大,除了D端和Q端,如果使用DFT的mux register会增加SI\SE\SO端口,面积会增加,所以不常用
Level shifter
Isolation cell
- isolation cell - 在power domain关闭之后,防止传播x状态
- 当PD1掉电之后,启动VDDB,然后active logic输入0,isolation cell输出0,就防止x传播
Power switch
Retention Register
- domain掉电之后,将当前的值进行输出,保存在retention register中,当上电之后,可以恢复到上次的状态,缩短恢复时间
Always-On cells
- 使用普通buffer,power domain掉电之后传出的值到达不了rentention register,应为普通buffer也会掉电,使用always on buffer之后,power domain掉电之后会切换到VDDB,所以retention register可以存储掉电之前的值
UPF Example
UPF FLOWS
- UPF - designer写根据RTL和power domain划分进行编写,给到仿真和综合进行使用
- DC会插入isolation cell和level shifter,会产生UPF'和netlist
- 然后进行static check,检查DC是不是正确插入了level shifter和isolation
- PR之后会产生新的netlist和UPF''
- 然后用netlist进行后仿
其他
