SOC技术及系统级低功耗设计

介绍了SOC设计中的IP核可复用技术、软硬件协同设计技术、SOC验证技术、可测性设计技术以及低功耗设计技术。对SOC低功耗设计中的瞬态功耗优化、平均功耗优化以及功耗的物理来源、电容充放电功耗、短路功耗、静电漏电功耗进行了分析。并对典型SOC设计中采取降低芯片和封装电容、降低电源电压,达到降低功耗的技术进行了研究。最后对系统级功耗设计中的电源系统低功耗设计、工作系统低功耗设计进行了探讨。     

低功耗方法在SoC芯片设计中的应用

SOC芯片设计在集成电路设计中占据重要位置,低功耗设计是SoC设计过程中的重要环节。本文首先全面分析了CMOS电路的功耗组成和功耗估计的相关理论,随后从各个设计层次详细分析了SOC芯片低功耗设计的理论及其实现方法。     

SOC时代低功耗设计的研究与进展

在片上系统(SOC)时代,芯片内核的超高功耗密度以及移动应用市场对低功耗的无止境需求,使低功耗设计变得日益重要.文章全面系统地介绍了低功耗设计的相关内容,包括背景、原理和不同层次的功耗优化技术,着重介绍了面向SOC的系统级功耗优化技术.通过对已有研究成果按设计抽象层次和系统功能的分析,指出了其优化的全局性不够充分.提出了基于软硬件协同设计的系统功耗优化思路和设计流程,展望了SOC低功耗设计的发展方向.     

多媒体SOC芯片的低功耗设计

从集成电路功耗原理出发,分析了CMOS电路功耗的来源,从集成电路设计的系统级、算法级、架构级、电路/门级以及工艺/器件级五个抽象层次出发,整理、总结了当前主要的低功耗设计方法,并在实际的移动多媒体处理应用SOC芯片设计中,平衡产品成本、设计复杂度、设计环境等多种因素,确定并应用了适合设计对象的低功耗设计方法的组合.通过对于样片功耗的测试分析,低功耗设计方法(组合)取得了预期的效果,实现了较低的动态功耗与很低的静态功耗.     

一种自动化瞬时功耗分析方法

随着IC设计的规模更大,要求速度更快,以及便携式设备的广泛需求,芯片功耗的问题越来越凸显出来。对于纳米尺寸的芯片来说,功耗管理是一个主要的挑战。因此,在芯片的设计阶段功耗分析是贯穿于整个设计流程的重要步骤。在整个设计流程中需要对功耗进行分析并依据分析结果进行低功耗设计,这些技术可以保证芯片的每一部分都能高效、可靠、正确地工作。选择合适的低功耗手段,必须以细致的功耗预估为前提。这样才能保证找到芯片工作时的功耗极值点,这些数值的分析对降低芯片功耗、优化电路设计提供有力支持。     

55nm工艺下SoC漏电功耗优化方法研究

随着工艺节点快速演进到深亚微米,芯片设计的复杂度大幅增加,高性能低功耗的构架逐渐成为主流设计要求.尤其是工艺发展到65nm及以下时,漏电功耗开始极速增大,在高性能要求不变的同时,要兼顾低功耗需求,这对芯片设计人员是个巨大的挑战.以55nm工艺的SoC设计为例,通过多阈值电压优化漏电功耗的方法,在芯片物理设计阶段,对设计的漏电功耗进行优化,使得设计性能和功耗满足需求.     

百万门级系统芯片低功耗技术研究

针对超大规模集成电路低功耗设计技术市场需求的迅速增大,提出了一种新的百万门级系统芯片低功耗设计流程,重点分析了芯片系统级、电路级、逻辑级与物理级四个不同的层次的低功耗设计方法,包括系统构架、时钟与功耗管理算法等低功耗关键技术。以某新型雷达SoC低功耗设计为例,采用SMIC 0.18 μm 1P6M CMOS工艺进行设计,版图尺寸为7.825 mm×7.820 mm,规模约为200万门。实验结果表明,在100 MHz工作频率下,采用新的低功耗设计流程后,前端设计阶段功耗降低了42.79%,后端设计阶段功耗降低了12.77%,芯片总功耗仅为350 mW。样品电路通过了用户某新型相控阵雷达系统的应用验证,满足小型化和低功耗的要求。     

通用视频输出控制器IP核的低功耗设计

随着芯片的集成度越来越高,芯片的功耗成为芯片设计中越来越重要的优化参数。设计了一种可应用于视频处理芯片、多媒体手持设备、嵌入式SoC等系统中的视频输出控制器。设计中通过多种工艺无关的低功耗设计技术优化控制器的动态功耗。首先分析各子模块的工作频率,降低低速子模块的工作时钟,然后通过添加门控时钟单元降低时钟的翻转次数。应用Design Compiler[1]进行工程的功耗分析,结果表明设计中使用的低功耗设计方法有效降低了模块的动态功耗。     

多端口寄存器堆的低功耗设计方法

随着半导体工艺的飞速发展和芯片工作频率的提高,芯片的功耗迅速增加,导致芯片发热量的增大和可靠性的下降。因此,功耗成为集成电路设计中的一个重要考虑因素。寄存器堆作为微处理器的关键部件,为了满足其运算速度和指令级并行的流水线结构,高速和多端口读写成为发展的必然趋势,其低功耗设计对降低整个处理器的功耗具有重要的意义。读写位线、负载电容、灵敏放大器、时钟翻转等是影响寄存器堆总功耗的重要因素。针对各因素进行低功耗设计成为寄存器堆设计的关键。     

生化微传感SOC片内嵌入ADC的设计与实现

首先根据生化微传感SOC的应用场合和微传感器的特点,选定CR SARADC作为片内嵌入类型;基于SOC的标准CMOS工艺实现和低功耗的设计目标,分别进行了电容阵列、比较器、开关阵列和SAR控制逻辑等组成单元全定制原理图、版图设计,实现了片内嵌入10位ADC的整体芯片.流片实测结果DNL、INL最大值分别为＋/1.0LSB、＋/-1.5LSB,功耗仅为4.62mW,满足生化微传感SOC数据转换的片内嵌入要求.     

一种低功耗高效率的AHB-AXI双总线结构联合Cache的IP设计

Cache作为处理器和系统总线之间的桥梁,是芯片功耗的主要来源,低功耗Cache设计在嵌入式芯片设计中具有重要意义.传统Cache设计一般依赖于特定体系结构,难以在不同的系统中进行集成,通用性差.本文提出了一种低功耗高效率的AHB-AXI双总线结构联合Cache的IP设计.实验结果显示,本设计可以显著降低Cache功耗和提高系统性能.     

一种500MHz高性能锁相环的设计

随着专用集成芯片（ASIC）和系统芯片（SOC）的飞速发展,芯片内部生成可变频率的稳定时钟变得至关重要,设计一个高性能锁相环正是适应了这样的需求。本文在传统锁相环结构的基础上设计了一种高速、低功耗、低噪声的高性能嵌入式混合信号锁相环结构。它可以在片内产生多分组高频稳定时钟信号,从而为先进的专用集成芯片（ASIC）和系统芯片（SOC）的实现提供最基础且最重要的可应用时钟产生电路。模拟结果表明：该锁相环可稳定输出500 MHz时钟信号,稳定时间小于700ns,在1．8V电源下的功耗小于18mW,噪声小于180mV。     

芯片设计中的功耗估计与优化技术

在芯片设计中,低功耗一直是一个重要的目标,受到封装、供电、散热的约束,并且最大功耗限制越来越严格。在本文中,首先讨论了芯片中的功耗来源。接着,阐述了在设计过程初期可以采用的几项可以降低功耗的技巧。本文提出的方法用于架构设计和前段设计的初期,如功耗估计、低功耗架构优化和时钟门控等。     

时钟树低功耗设计

功耗和性能是芯片设计中两项重要的指标,为了满足低功耗的芯片设计要求,IC设计者在芯片设计采用各种低功耗技术。本文提出一种基于寄存器状态的时钟网络的构造方法,它以时钟树中网络节点的节点差异为参数建模,与常规方法相比,此算法可以有效降低门控信号的翻转次数,大幅降低时钟网络的功耗。     

基于高密度计算的多核处理器电力芯片低功耗设计系统

多核处理器电力芯片是目前多种系统的重要组成部分,设计低功耗电力芯片,能够更好地保证系统正常运行。目前设计的电力芯片低功耗系统运行速度较慢,功耗难以达到用户要求,为此该文应用高密度计算设计了一种多核处理器电力芯片低功耗系统。兼容系统多核处理器与层次化AHB总线,探索处理器电力芯片的整体结构,集中处理存储数据信息,不断调整系统算法参数,通过高密度分析引入矩阵进行数据解析,确保运行过程的安全性。在分析处理器调度性能的基础上,利用高密度处理对数据进行层次化处理,避免数据冗余造成的系统运行故障。实验结果表明,引入所设计系统后电力芯片功耗减少了60%,加速比达到3.992,可以有效提高电力芯片运行性能。     

一种低功耗时钟芯片的设计与实现

本文讨论了一种低功耗时钟芯片的设计与实现。通过分析CMOS电路功耗产生原因,给出了详细的低功耗实现方案。流片后测试表明该芯片工作电流0.17mA,满足低功耗要求。     

802.11b标准MAC子层的低功耗设计

在考察802.11b标准MAC协议的基础上,提出了MAC芯片设计的构架,并在设计中加入低功耗考虑因素,其中特别就作为控制模块的状态机的低功耗设计方法进行了尝试。通过仿真和验证,可以看到,在充分考虑低功耗因素后,系统的整体功耗将会下降,最核心的控制模块经过改进,功耗下降了近一半。     

Zigbee芯片低功耗测试平台研究

文章针对具有Zigbee收发模块的SOC芯片,设计了低功耗实验平台,以纽扣电池为供电电源,研究其在低功耗环境下的耗电情况。通过设置芯片的多种工作模式来模拟真实工作状态,以不同的测量方式来使数据更加全面准确。使用实验数据分析了Zigbee网络节点的低功耗性能,得到了具有一定参考价值的低功耗设计方法。     

CMOS数字电路低功耗的层次化设计

随着芯片上可以集成越来越多的管子,电路规模在不断扩大,工作频率在不断提高,这直接导致芯片功耗的迅速增长,无论是从电路可靠性来看,还是从能量受限角度来讲,低功耗都已成为CMOS数字电路设计的重要内容。由于不同设计抽象层次对电路功耗的影响不同,对各有侧重的低功耗设计方法和技术进行了讨论,涉及到工艺,版图,电路,逻辑,结构,算法和系统等不同层次。在实际设计中,根据具体应用环境,综合不同层次全面考虑功耗问题,可以明显降低电路功耗。     

65纳米工艺下逻辑综合阶段的低功耗策略

纳米工艺下ASIC芯片的功耗问题将成为未来设计的瓶颈。本文以SD卡Flash控制芯片为例,研究65纳米工艺下逻辑综合阶段降低功耗的手段及措施,分析这些手段对功耗的影响,最终确定最佳低功耗策略,并经流片验证该低功耗策略有效。