研究SoC电源方法

随着通货膨胀的飙升，所有东西的价格似乎都在逐小时上涨，找到节省时间和成本的方法比以往任何时候都更有价值。精益生产是由丰田汽车公司在近100年前提出的，为未来几代人的制造业和工业环境奠定了框架。

精益制造是一种方法论，专注于减少制造系统中的浪费，同时最大限度地提高生产率。精益生产的理想结果是减少生产系统内的生产时间，缩短从供应商到客户的响应时间。

精益软件开发原则如下:

• 消除浪费的愿望
• 增强学习
• 决定越晚越好
• 尽可能快地交付
• 授权团队
• 提高质量
• 看到整体

出于本文的目的，我们将研究如何将消除浪费的精益概念应用于SoC功率分析流程。通过用“精益镜头”来处理权力，我们可以寻找方法，使过程更有效，同时提供预期的结果。

电源:半导体行业面临的一个根本性挑战

从电池驱动的手持设备到数据中心服务器，电子设备都是电力消耗者。曾有人说，半导体(芯片)是加热器，其副产品是计算。

根据应用领域的不同，总功耗根据所使用的半导体片上系统(SoC)内容和器件的预期用途而有所不同。有一个真理适用于每一个SoC——功率分析需要一个整体的方法，从架构探索到磁带，以准确地解决功率问题。

用于计算给定设备的总功耗的关键因素之一是测量其动态功率，即设备在完全运行时所消耗的功率。在finFET等过程技术中实现soc时，测量动态功率变得越来越重要。这里的闸门面积增加了;因此，负载电容更大，开关功率的影响更明显。

时间至关重要

从弗朗西斯·培根(Francis Bacon)时代(被认为是第一个发现科学过程的人)开始，科学界和工程界一直在不断地开发想法，并对它们进行严格的测试，以确保它们的有效性，并发现可能的权衡。当验证想法变成一个非常漫长的过程时，它会削弱对想法的探索，并将参与者限制在非常基本的琐碎选择上，这些选择很容易导致接受一个答案，而不是进一步探索所需的可能性范围。

精益制造非常热衷于“快速原型”或发现实验技术，旨在学习和消除设计过程中尽可能多的“猜想”，并快速探索广阔的场景。重点是在极短的时间内进行许多实验，学习和做出决定。

为了解决这个问题，拥有一个允许您在设计周期早期(远在RTL冻结阶段之前)执行实验并提供非常快的周转时间(每天多次而不是每月一次或两次)的系统是至关重要的。

Veloce Power App是西门子EDA的一项关键技术，允许用户为实际的软件工作负载(包括操作系统和应用软件)配置开关电源。对于多处理器soc来说，这些数据可能需要数天或数周才能生成，而使用Veloce Power App技术，只需数小时即可生成。

此外，通过在每个周期捕获数据，该技术可以进行详细的分析，这完全超出了实际基准测试的范围。用户可以获得与设计人员共享的见解，以修改他们的设计以提高功耗并验证它。更重要的是，这是在RTL设计周期的早期完成的，甚至是更早的虚拟平台或设计功能模型。当功率分析的结果可以早期应用时，有一个显著的优势。当设计描述变得更加稳定时，它可以做出反应和重新调整。

精益足够了吗?

Veloce Power App有三个主要路径来帮助工程师获取电力数据:

• 动力工具的刺激(矢量)生成
• 生成功率剖面和热图
• 计算活度系数

在估计和分析SoC的功耗时，实际的刺激/工作负载发挥着巨大的作用。使用功能验证测试可能只会导致过于悲观或过于乐观的估计。这是我们在与越来越多的公司合作后得出的结论，这些公司使用固件、操作系统和实际应用程序运行真实的工作负载，为电动工具产生刺激。从历史上看，该数据(如果可能的话)以VCD/FSDB格式生成，然后将其馈送到电动工具，如图1所示。

通过应用精益哲学的第一原则并观察数据流，精明的Veloce Power App开发人员发现了对流程进行精益改进的几个机会，并减少了大量的系统浪费。结果是一个基于api的流，可以更有效地使用数据。

改变

Veloce PowerStream是对Veloce Power应用程序的最新创新。Veloce PowerStream允许功率配置在数百KHZ(真实仿真速度)。它还支持对现实工作负载和以前认为不可能的基准进行完整的功率分析。例如，在一个大型多核GPU上运行时，使用Veloce PowerStream技术在不到一个小时的时间内捕获了Car Chase基准测试(Kishonti)的完整功率配置。典型的电动工具至少需要数周的处理才能获得部分数据，这是基于它发生的不确定可能性。使用Veloce PowerStream技术的Veloce Power应用程序是完全可扩展的，其运行时不会随着更大的设计尺寸而降低。

使用Veloce PowerStream，可以显著减少等待、过度处理和数据移动。此外，Veloce Power App还可以监控关键电源指标(KPI)和显著影响设计功率配置的指标，包括:

• 来自设计相关寄存器、内存、时钟门控等的静态数据。
• 寄存器、时钟和组合功率
• 时钟门控指示器(CGE, FFE)
• UPF电源域信息

此外，使用Veloce PowerStream可以在几个小时内生成一个完整SoC的功率分布图和热图，同时运行实际应用程序数十亿次循环。设计团队可以在运行实际应用程序时探索微架构的选择，并衡量对功率和性能的影响，以找到平衡的权衡。

与此同时，软件团队可以探索固件、功耗调度器、操作系统、应用程序和各种设置之间的交互，并测量实际应用程序的功耗和性能。

为了支持这些KPI和指标的使用，Veloce Power App提供了一个全面的KPI可视化仪表板，连接到Veloce数据分析数据库，允许用户:

• 根据不同RTL/设计版本的所有kpi分析进行比较
• 驱动深入分析多种工作负载的功率趋势

Veloce Power应用程序的新创新承诺使您的功率分析过程尽可能精简，而不会影响时间，准确性，或达到您的设计功率目标的能力。