7纳米能源问题和解决方案

能够实现35%的速度提高,功率降低65%和3.3 x更高的密度使采用7海里过程为您的下一个芯片系统(SoC)设计看起来像一个容易的决定。然而,设计总成本约为2.71亿美元和500年左右,它将给生产带来一个中档7海里SoC,公司需要仔细权衡收益与成本的设计在这一先进技术节点。为了盈利,设计团队需要管理成本和资源,并确保第一个硅成功。这些注意事项要求转变对早期的分析设计方法,可以更好的下游决策影响,及时发现设计问题。

功耗管理和权力噪音继续在较小的节点设计的巨大担忧,他们是关键要求减轻设计失败。更高的设备电容、互连电阻和电流密度在7海里finFET节点强调动态功率和热管理的重要性。采用一种可预测的和可靠的RTL方法,您可以识别并修复领域潜在的权力问题早些时候过程和做出更好的设计决策。

早期设计决策
RTL权力分析使高权力相关决策在设计流程的早期通过提供一个更直观的环境识别、调试和解决潜在的权力问题。相比几个小时才能合成设计和计算门电路级力量,RTL权力分析可以在几分钟内完成。它也更容易模拟高覆盖率的RTL设计活动。所有这些好处都让你探索多个结构最佳设计决策在不同的操作模式。受严格的跟踪RTL权力在不同带宽的场景中,AMD最近ANSYS优势的一篇文章指出他们如何减少了70%的力量在高性能计算的设计应用程序。

图1:RTL力量探索跨不同的带宽情况减少高影响力(来源:ANSYS的优势)

准确预测功率
使早期设计决策,RTL结果应该准确预测实现设计的最终能源消耗。这需要一个RTL和物理设计建模之间的紧密联系实际的物理设计细节,如时钟分布网络,净电容,缓冲区和故障,同时操作在RTL级。RTL的可预见性和精度的时钟网来说尤为重要。高级节点要求RTL时钟电源建模考虑物理结构,时机和权力约束和时钟网的互连电容。故障能力的增长也显著影响预测的准确性,因此需要RTL故障传播的生成逻辑的建模和分析路径。通过执行身体和timing-aware时钟树综合(CTS),建模和模拟故障电源,导线和建模的功放和其他物理效应,可以预测其影响对整体实力和自信地做出早期设计决策。

消除冗余的活动
消除冗余切换动态功率管理是一个关键组成部分。时钟高开关网最大的驱动负载和控制总功率的很大一部分。故障电力可以构成总数的20%到30%的逻辑力量,特别是在计算密集型的设计。RTL功率效率指标对你有一种有效的方法来理解等领域的耗散功率。在RTL提供活动所需的能见度相关性时钟,控制和数据信号在每个周期的基础上,这是必要的对准确记忆和时钟控制效率分析。

补充下游工具,RTL-based力量模拟也使复杂分析RTL更改时钟的自动识别,时序逻辑,glitch-prone datapath公司逻辑地址浪费活动。工作在更高的设计抽象层次,RTL提供能力分析大型设计力量,是浪费的块之间的相互作用也会被孤立。这是不可能实现的工具。事实上,NXP指出在ANSYS研讨会如何能够利用RTL动力分析和减少调试和修复噪声干扰数字逻辑,这是影响模拟他们的汽车信息娱乐应用程序中的组件。

图2:NXP使用RTL权力方法减少数字噪声干扰(来源:有限元分析软件)

真正的应用程序活动状况
权力行为是高度依赖于芯片的活动。传统方法确定适当的活动模式专注于短期windows对权力分析,他们运行power-critical失踪事件的风险,可能发生当芯片暴露在它的实际活动。在早期可见性力量和热真实应用程序的配置文件,比如操作系统(OS)启动或高清晰度视频帧,可以帮助你避免一些昂贵的电力业惊喜在设计过程。专门的硬件,如一个模拟器,可以模拟以更高的速度,这使得分析基于真实应用程序成为可能。然而,逐周期运行功率分析的实际应用程序活动非常计算密集型和需要几天甚至几个星期。

使用高性能RTL模拟引擎,可以生成一个精确的每循环功率配置文件很长向量比传统的方法快几个数量级。这使得它可以计算能力的高清视频帧由几十毫秒的活动几小时内,以及分析权力配置文件的操作系统引导在一天内由数百毫秒的数据。直接交换数据的流从一个模拟器也到RTL引擎优化运行时5倍到10倍。

推动早期电源噪声和热分析
能够快速运行成千上万的RTL向量与数百万周期的活动提供了一些关键的见解。它标识事件活动,如峰值开关电源(di / dt)导致大功率噪声和热的热点地区。通过聚焦于power-critical活动领域,可以提高生产率和瞬态动力输送网络的覆盖分析和降低风险的设计失败。RTL芯片当前概要文件基于真实应用程序活动也使早期和准确的合作设计的芯片,包和董事会。在系统级功耗可以对热性能有直接影响。理解能力概要文件在现实生活的模拟可以帮助您确定的时间和地址的区域最消耗的设计力量,反过来导致热的问题。

通过回归跟踪能力
电力监测数据在整个设计过程中确保下游设计更改不会不经意地影响其动力性能。权力回归提供反馈的有效性不同功率降低努力跨多个操作模式和跟踪功率效率。能够查询数据库并比较结果在多个设计版本允许您避免不幸的意外造成的后续设计变更。

管理大型设计
随着芯片尺寸和它的功能继续以指数速度增长,管理能力的能力,仔细分析多个操作的场景将会成为重要的成功标准。应用弹性计算等新兴技术和大数据分析RTL权力分析可以帮助管理这样的复杂性。

总之,权力仍然是的领先的设计挑战7海里。为了成功实现设计在这个高级节点,您需要采用早期的分析:

•准确预测电力消耗和物理设计考虑
•发现高功率降低和消除浪费的活动机会
•增加电源噪声和热分析分析权力在真实的应用程序中
•在设计变更及操作监视功率效率
•利用弹性计算和大数据容量和性能分析

部署一个可预见的和可靠的RTL权力的方法可以帮助您更快地实现设计收敛。