隨著智能手機(jī)，以及物聯(lián)網(wǎng)的普及，芯片功耗的問題最近幾年得到了越來越多的重視。為了實(shí)現(xiàn)集成電路的低功耗設(shè)計(jì)目標(biāo)，我們需要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段就采用低功耗設(shè)計(jì)的方案。而且，隨著設(shè)計(jì)流程的逐步推進(jìn)，到了芯片后端設(shè)計(jì)階段，降低芯片功耗的方法已經(jīng)很少了，節(jié)省的功耗百分比也不斷下降。

芯片的功耗主要由靜態(tài)功耗（static leakage power）和動(dòng)態(tài)功耗(dynamic power)構(gòu)成。靜態(tài)功耗主要是指電路處于等待或者不激活狀態(tài)時(shí)的泄漏電流所產(chǎn)生的功耗，主要是有反偏二極管泄漏電流，門柵感應(yīng)漏極泄漏電流，亞閾值泄漏電流和門柵泄漏電流。動(dòng)態(tài)功耗是指晶體管處于跳變狀態(tài)所產(chǎn)生的功耗，主要由動(dòng)態(tài)開關(guān)電流引起的動(dòng)態(tài)開關(guān)功耗以及短路電流產(chǎn)生的短路功耗兩部分組成。這些概念自己去看下參考書吧，不細(xì)展開了。

那我們來學(xué)一下，在數(shù)字后端階段，有哪些方案可以降低上述功耗。

第一種方案就是多電源多電壓技術(shù)，Multi supply Multi Voltage（MSMV）。這是一種可以有效降低動(dòng)態(tài)功耗的技術(shù)。芯片可以劃分為不同電壓域（Voltage Area），也被稱為Power Domain，不同邏輯模塊處于不同的電源域中，由不同電源供電。高性能的部分在高電壓域，低性能要求的部分就分配在低電壓域。舉例來說，一個(gè)SOC芯片中，CPU應(yīng)該工作在盡可能高的時(shí)鐘，則它的電壓應(yīng)該是最高電壓；而外設(shè)中的USB模塊，有協(xié)議定義的固定速率，則只要分配給能滿足要求的工作電壓即可；一些平時(shí)不工作的模塊甚至可以將電壓關(guān)斷（Power Gating），也就可使功耗趨于0。這樣一個(gè)芯片中，就會(huì)劃分為各種不同的電壓域。

那我們?nèi)绾蝿?chuàng)建Voltage Area呢？

首先，我們需要有一個(gè)統(tǒng)一的功耗約束文件，這邊以UPF來配合介紹，該文件可以實(shí)現(xiàn)在前端門級(jí)網(wǎng)表到最后邏輯驗(yàn)證等整個(gè)芯片開發(fā)過程的貫通使用。命令不多，比較好學(xué)。接下來幾篇文章，大家一起和我配合著UPF文件來學(xué)習(xí)下Low Power知識(shí)。

比如說我們要實(shí)現(xiàn)如下一個(gè)簡單的MSMV設(shè)計(jì)，VA1和VA2兩個(gè)不同的Voltage Area以及defalut的VA_top。

1.首先定義Voltage Area的信息

create_power_domain VA_top –include_scopedefault voltage area

create_power_domain VA1 –elements iA VA1

create_power_domain VA2 –elements iB VA2

2.創(chuàng)建default voltage area上供電連接關(guān)系

create_supply_net VDD 創(chuàng)建supply net VDD

create_supply_port VDD 創(chuàng)建supply port VDD

connect_supply_net VDD -port VDD 將VDD net和VDD port在邏輯上關(guān)聯(lián)

create_supply_net VDD1 創(chuàng)建supply net VDD1

create_supply_port VDD1 創(chuàng)建supply port VDD1

connect_supply_net VDD1 -port VDD1 將VDD1 net和VDD1 port在邏輯上關(guān)聯(lián)

create_supply_net VSS 創(chuàng)建supply net VSS

create_supply_port VSS 創(chuàng)建supply port VSS

connect_supply_net VSS -port VSS 將VSS net和VSS port在邏輯上關(guān)聯(lián)

3.創(chuàng)建VA1和VA2 voltage area中的供電連接關(guān)系

create_supply_port VDD_sw–domain VA1

create_supply_portVDD1_sw–domain VA2

create_supply_port VSS -reuse –domain VA2

create_supply_port VSS -reuse –domain VA1

create_supply_net VDD_sw –domain VA1

create_supply_net VDD1_sw–domain VA2

create_supply_net VSS-reuse–domain VA1

create_supply_net VSS-reuse–domain VA2

connect_supply_net VDD_sw –ports VDD_sw –domain VA1

connect_supply_net VDD1_sw –ports VDD1_sw–domain VA2

connect_supply_net VSS –ports VSS–domain VA1

connect_supply_net VSS –ports VSS–domain VA2

4.創(chuàng)建供電集合，關(guān)聯(lián)到Voltage Area

create_supply_set ss_top \ default voltage area set

-function {power VDD} \

-function {ground VSS}

create_supply_set ss_pd1 \ VA1set

-function {power VDD_sw} \

-function {ground VSS}

create_supply_setss_pd2 \ VA2 set

-function {powerVDD1_sw} \

-function {ground VSS}

associate_supply_set ss_top \

-handle VA_top.primary

associate_supply_setss_pd1\

-handle VA1.primary

associate_supply_setss_pd2\

-handle VA2.primary

到這邊，一個(gè)UPF文件中關(guān)于voltage area的定義就好了，當(dāng)我們讀入U(xiǎn)PF文件以后，并定義好voltage area的形狀以后，在GUI上，我們就可以看到voltage area的樣子了。