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芯片设计一举定乾坤(功率错误篇)

芯片设计一举定乾坤(功率错误篇)

本文摘要:芯片设计成败尺度如何界说而器件功率错误在其中是何种角色EDA疾行当下 如何有效降低损耗是摆在每位电子工程师眼前的问题文章较长 但试图以多维度出现解决之道本文解读器件浪费的能量去了那里,如何丈量器件的消耗能量,以及能量如何与硅基芯片相关联。设计在执行特定功效时计划消耗几多功率?对于许多设计者来说,这个数字会决议设计的乐成和失败,可是知道正确的消耗功率数字并不像听起来那么容易。在做功率分析时可以预测的功率数字和芯片消耗的功率数字之间存在庞大的差距。 如何消除差距?

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芯片设计成败尺度如何界说而器件功率错误在其中是何种角色EDA疾行当下 如何有效降低损耗是摆在每位电子工程师眼前的问题文章较长 但试图以多维度出现解决之道本文解读器件浪费的能量去了那里,如何丈量器件的消耗能量,以及能量如何与硅基芯片相关联。设计在执行特定功效时计划消耗几多功率?对于许多设计者来说,这个数字会决议设计的乐成和失败,可是知道正确的消耗功率数字并不像听起来那么容易。在做功率分析时可以预测的功率数字和芯片消耗的功率数字之间存在庞大的差距。

如何消除差距?对工具提出了新的挑战和要求。这使功率分析和早期实验的功率优化成为EDA最具创新性的领域之一。为应对挑战,设计和验证团队必须重新设置,同时平衡来自降低功耗和革新设计或更自制产物的投资回报。

“具有功耗意识的设计至关重要,它在市场上获得了许多关注,但实现这基础不是一个简朴的历程,它与之前的盘算方法完全差别,而且还要取决于设计的种类。“Arm工程师James Myers说。寻找功率错误如何界说功率错误?Ansys PowerArtist产物治理卖力人Preeti Gupta说:“我们将功率错误界说为人们不希望的功率消耗,哪些功率消耗对设计的功效没有资助。

”当芯片出厂后消耗的功率比预期更多的能量时,这可能就会问一个更重要的问题。如何找到导致功率错误的原因?可能是什么导致了预测值与实际值之间的差异?设计历程让没有注意到的地方是什么?下图显示了一些潜在的内部消耗功率联系。一般的暂时功率分析 信源 | Cadence该错误可能随时泛起,例如在最高的抽象级别,以及介于两者之间的所有位置泛起。

设备设计拥有一定的灵活性可能是好事,也可能是坏事。如今的设备险些处于金字塔顶级水平。功率纵然有微小的变化,也可极大改变设备的事情方式。

我们如何准确丈量功率,以及如何将仿真提供的这些功率值与实际硅片相关联?这个问题越来越大,因为在硅片上您无法准确查明某个特定块(例如存储器)的浪费功率水平,我们是无法丈量该信息。”在系统条理上,存在差别的问题。

Ansys的Gupta说:“仿真器固有地受到它们可以模拟的循环数或可以运行的实际方案数的限制。用户需要能够获取真正芯片级功率流量,并在早期建模。他们需要思量十亿个时钟周期内,有差别的操作模式,这就是相应的功率曲线。这是当我的视频IP打开和关闭时,CPU子系统或GPU子系统处于空闲状态,任何袒露出来的功率错误都市发生很是大的影响时。

设想一下您的GPU子系统可能已关闭几秒钟的情况,在简朴的模拟场景中,盘算机无法识别这一点,可是在实际的应用场景中就人们能够意识到这一点。”担忧的日益扩大团队必须对功率保持高度关注。

Cadence的Knoth问道“你最担忧的是什么?”。下图显示了一些潜在的问题。“这是一个热问题吗?是峰值功率问题吗?它是备用电源问题吗?是di / dt问题吗?您担忧叫醒打击电流吗?”五种电源场景 信源 | Cadence一些设计者认可设计中必须存在反馈环路,以便能够允许就地处置惩罚电源问题。

Arm公司的Myers说:“在服务器方面,重点可能是在牢固散热规模内如何控制最大限度提高吞吐量,这取决于有功功率/ GHz,散热治理和对电源噪声容限,其中一些以功效可以在硅化后通过表征电压和温度传感器然后调整系统治理软件来完成,因此设备可设置性很重要。可是,也存在庞大的硬件设计反馈环路,例如何时看待特定的数据块节约能量,以在对吞吐量影响最小的情况下保持系统完整性。电流尖峰对于系统完整性而言是成问题的,但取决于去耦电容,结构图中的相邻模块,当前DVFS之类的节点,调治器负载,封装结构等。

思量到所有这些因素,反馈回路通常会很长,而且存在不稳定的风险,因此需要新的方法,因为太多的静态余量会直接影响性能。”有些人体贴功率的整体性。

Knoth说:“一些公司正在将对话从我们正在做的最优化功率,变为我们正在做的最优化能量?归根结底,功率才是真正完成事情的要素。能量在许多方面临我们来说都是一件容易的事,对于我们来说也很容易,但功率才是最终目的,我们越能直接丈量它,就越能建立有助于明白它并与之匹配的丈量工具。”曾经被单独分析功率的许多方面现在都已由物理属性联系起来。

热量会同时影响静态和动态功率,而且还会影响时序。芯片上的电流运动会发生热量,因此存在反馈回路。仿真场景必须足够长,不仅要发生热量,还要使热量散布在芯片上,以检察其对相邻器件的影响。

Gupta说:“部门功耗取决于芯片功效的结构。第二部门取决于在设计中法式运行的流动方式。运行对功率有第一级的影响,固然结构和变化效应也很重要。

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由于时钟是您设计中最快的信号,而且它控制着设计中发生的许多功耗,因此时钟方面引起了许多关注。我们可以关闭时钟,可以节约许多电量。

若可以切断电源,从而节约更多功率。”功率必须是法式流程不行或缺的一部门。Knoth说:“这是一种多层的盘算,你必须思量可以使用今天掌握的信息得出的种种有效结论。

随着设计的举行和事物的成熟,你将能够获得更高的准确性,而且能够对产物有更多的相识,可是有时你可以改变的量却会淘汰。随着时间的推移,它变少了。您早期拥有的灵活性较多,但准确性最低。

什么时候需要确定有关封装,散热器,电路稳定性的某些决议?你必须从整体产物计划的角度来看待这一点。”这始终是一种微妙的平衡。Ambiq结构与产物计划副总裁Dan Cermak说:“随着硅晶体使用技术的生长,总是会遇到GIGO效应(垃圾进垃圾出)的挑战和风险,在设计阶段过早举行电源调试可能会给产物造成误导或错误的效果,可是等到最终设计完后启动电源调试为时已晚,无法影响有意义的更改。

”效果准确度模拟效果的准确性取决于对须要的物理效应建模的优劣。功效都是关于1和0,但功率准确度问题可能会是一个大贫苦。图源 | higherincomejobs.comSynopsys的Thanikasalam说:“你可以思量一下内存。有一些位线穿过SRAM存储器,而该存储器的主要功率来自这些位线摆动。

他们消耗了许多能量。在做模拟仿真时,你可以将其设置为VDD或接地。在真正的芯片中,您无能为力做到这一点。纵然位线上升到VDD,随着时间的推移,该位线也将开始泄漏,因为没有任何工具可以使该位线保持在VDD点。

这些是差分对,它们可以恰好位于中间,然后消耗大量功率。因此,模拟器与真实芯片的事情方式之间存在很大的相关性差距。”纵然假设接纳数字抽象法,也仍有很大的堕落空间。

Ambiq的Cermak说:“在仿真历程中确定必须分析的适当事情负载/方案存在问题很重要,这是代表性的事情运行历程吗?它是否涵盖了设计的所有关键操作模式吗?对于较大的设计,这样的问题变得越发庞大,因为您必须将这些事情负载剖析为较小的微型事情负载才气举行实际评估。”Knoth增补说:“你的功率分析仅与您的向量一样,您必须向上一级看问题,在那里看,此向量的笼罩规模是几多?运动看起来如何?我们已经投入大量资金来构建实用法式,以资助客户在仿真自己上做更多的事情,将差别的向量合并在一起以建立新的场景,从而在一个向量与另一个向量之间扩展运动。

”整个历程比功效验证要庞大得多。Thanikasalam说:“除非你使用激励电路的一部门,否则不会触发该设备,也不会有散发出的热量,在举行模拟仿真时,必须确保电路的每个部门实际上都在使用运行,从而使测试平台越发严格。

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这会对性能发生负面影响,而且需要更多时间和盘算。它不再是一个单一的问题。您必须同时解决所有问题。

使隔离单一的仿真效果变得准确异常难题。”您不能随意建立大型向量集。Gupta说“我可能有成千上万个向量,如何识别所有这些向量中最活跃的信号。

我有时序的关键路径,我该如何表征沿这些路径的时序功率敏感度以便做出设计决议?方法是我们需要能够存储种种与电源相关的数据的能力,然后是框架和API,用户可以在其中检察大型设计,长向量,并资助他们获得有意义的效果。”IP问题图源 | digikey.com在设计中使用IP时,可能会对所提供电源模型的保真度存在疑问。Myers说:“如果接纳数字逻辑,而且您有适当的仿真激励,那么EDA工具会很好地确定功率的消耗方,可是它们对于检查内部宏功效(如内存或设计的混淆信号部门)没有资助,因为你依赖于设计人员或IP提供商。

幸运的是,在这方面有一些尺度计划,例如IEEE 1801,它正在寻求增强的功耗感知和宏模型尺度建设。”现在还在测试的早期阶段。Knoth说:“在包装和销售IP时,功率信息与时序信息同等重要,这一事实在尺度化方面已经取得了很大的进步,纵然您只看时序模型在整个行业的流传情况,自从首次引入Liberty模型以来,发生了令人难以置信的演变,而功率具有比时序更大的维度。”现在,问题仍然存在。

Thanikasalam表现:“当设计公司为最终客户界说其功率规格时,会有许多假设。这些设置用于那种电源使用情况,在实际的芯片上甚至不行能实现这些特定设置。因此,基于模拟仿真的陈诉与芯片提供的实际数字之间存在差异。

”功率错误是谁的责任?图源 | galco.com设计和验证团队可以协同事情,但又相互独立。明白电源比功率验证需要更多的设计知识,那么谁最终卖力发现功率错误?Gupta说:“在功率方面更乐成的公司会建立了一个新的团队,称为功率方法团队。这个团队适合设计团队和验证团队。他们是由RTL设计师建立的设计,并举行这些功耗分析并找出可以举行哪些更改验证人员。

然后,他们通过设计分析来治理这些更改。他们与验证工程师互助,资助他们识别功率矢量应试是什么。”验证团队传统上一直是向量集的维护者。

Knoth说:“验证行业已经成熟,产物的功效验证与产物的功率分析和优化联合在一起,这两小我私家真的需要团结一致,否则两小我私家都不能尽所有可能有效地事情。举行功效验证的人员可以随时注意电源。

不应该强迫人们使用完全独立的工具或运行集生态系统。EDA行业有责任使它尽可能轻松地将波形转换为瓦特,利便盘算。

”这可能会造成目的冲突。Gupta说:“随着时间的推移,我看到功率方法团队开始聘请验证工程师,因为他们正在与能量回归资源竞争。

没有应用功效,芯片什么都不是。因此,他们很难游说和宣传功率矢量,开始转变的是,功率方法学工程师现在正在为功率编写矢量。

”写在最后当今,大量的投资和创新正在投入到功率分析工具中,而且没有简朴的谜底。用户被迫在测试的广泛性和效果的真实性之间举行权衡,并评估在开发历程中必须做出的每个决议所须要性。但这仅仅是分析工具开发的开始。

分析的方法是开发的第一阶段,随后需要提供有一定的芯片浻察力,优化和自动化。随着问题发生的方面不停生长,其中有些问题又会同时泛起。当专注于能量转向关注功率时,可获得相当的自由设计度。

而不管是思量能量盘算还是功率盘算时,也可能就会发生一些惊人的创新时机。


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