SOC低功耗设计方法研究

论文摘要

随着集成电路制造技术的发展,芯片的速度和集成度不断提高,散热问题成为影响设计可靠性和封装成本的主要因素,所以低功耗设计已经成为芯片设计的关键技术,比如PDA、移动电话、DV等都对低功耗有着迫切需求,这就不断推动着这个领域的研究和发展。本文研究了低功耗技术在集成电路设计中的应用,首先在功耗原理的基础上,分别从工艺级、电路级、综合级和物理级(版图级)分析了一些常用的低功耗设计方法(如门控时钟,多阈值电压,多电压及门控电源等方法),其中主要对多电压及门控电源的低功耗方法作了详细的研究。由于电路功耗与电压的平方成正比,使得多电压技术成为一种非常有效的低功耗技术。同时在多电压的基础上对空闲的模块进行断电处理,也就是采用门控电源的方法也可以很大幅度的降低功耗。其次本文还对低功耗设计方法要提供的一些特殊单元库做了简单的研究。主要包括门控时钟单元、电平转换单元、隔离单元和门控电源转换单元的Synopsys库及版图设计。最后通过一个测试实例用SOC Encounter CPF低功耗设计流程对多电压、多阈值电压、门控电源等设计方法进行了具体实现,主要研究这些方法在CPF的设置和在工具中具体的应用流程,并对采用多阈值电压和门控电源两种方法作了功耗评估,可以降低功耗40%左右。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 低功耗设计研究的背景和意义
• 1.2 论文研究工作的主要内容
• 1.3 论文各部分的主要内容:
• 第二章 功耗来源及原理
• 2.1 动态功耗
• switching'>2.1.1 开关功耗P_switching
• short'>2.1.2 短路功耗P_short
• 2.2 静态功耗
• 2.3 综合考虑
• 第三章 常用低功耗设计技术方法
• 3.1 工艺级低功耗技术
• 3.1.1 封装I/O
• 3.1.2 按比例缩小原理
• 3.2 电路级低功耗技术
• 3.2.1 门控时钟技术原理
• 3.2.2 降低毛刺
• 3.2.3 流水线
• 3.3 综合级低功耗技术
• 3.3.1 门控时钟的综合
• 3.3.2 多阈值电压低功耗技术
• 3.4 物理级低功耗设计技术
• 3.4.1 低电压
• 3.4.2 多电压
• 3.4.2.1 高到低的电平转换器
• 3.4.2.2 低到高的电平转换器
• 3.4.2.3 电平装换器的布局摆放
• 3.4.3 电源门控
• 3.4.3.1 休眠晶体管
• 3.4.3.2 保持寄存器（rentention registets）
• 3.4.3.3 隔离单元
• 第四章 低功耗设计的基本单元库
• 4.1 门控时钟单元
• 4.2 电平转换器和隔离单元
• 4.2.1 电平转换器
• 4.2.2 电平转换器和隔离单元的集成
• 4.3 门控电源转换单元
• 第五章 物理实现
• 5.1 RTL Compiler前端流程
• 5.2 SOC Encounter后端设计流程
• 5.2.1 设计输入（Design Import）
• 5.2.2 CPF的设置
• 5.2.3 设置analysis view
• 5.2.4 电源门控单元的插入
• 5.2.5 电源线的布局（power planning）
• 5.2.6 自动布局（placement）
• 5.2.7 特殊电源线的自动布线
• 5.2.8 时钟树分析及时序收敛
• 5.2.9 泄露功耗的优化
• 5.2.10 不同电源模式的功耗分析
• 第六章 总结和展望
• 附录一
• 参考文献
• 致谢