管理峰值功率

峰值功率正在成为一个严重的设计约束芯片和整个电子系统越来越多的功能被添加到终端设备和所需的计算和转换的基础设施来支持他们。

增长问题的直接结果的复杂性设计,固定或功率预算缩减,更快地需要处理更多的数据。在移动设备,增加更多的功能需要更多的电路需要关闭或进入睡眠模式。在数据中心中,大量的数据需要处理更迅速地爆炸。在通信基础设施,推动5 g包含这两个问题等等。

峰值功率是在任何时候产生的最大功率。这可能发生在一个设备开关从“关闭”或“睡眠”状态到“on”状态。它也可以发生在电力领域,用于控制一些块记忆,比如当一个或多个应用程序被用于强度计算。和流程节点越小,问题就变得越大,因为电介质和电线是薄而噪声较低的利润率。

“当你把他们从睡眠模式函数,这将增加在尖峰电流,和当前将飙升,因为这一切,”Jerry赵说,产品管理总监节奏数字&签收集团。”这就是特定技术管理和测量和分析每一个设备或晶体管这特定晶体管对如何在尖峰电流,在什么时间,在什么振幅,目前是。当你积累所有的开关在一起,因为一个块可能有50000个这样的硅开关放置在不同的位置,这就是工具需要了解,看看它是否太大了。电流太大时,效果是它吸引了很多当前网格,因此,红外下降将是巨大的,和相邻的块已经功能可能会失败,因为电压下降太多了。”

准备5克
5 g是动摇通信景观与高清视频的承诺,减少等待时间上网和下载,但也质疑如何应对更紧的预算权力。峰值功率是本文的关键部分。

“人们谈论5 g与芯片的应用,“说Christen Decoin,数码产品管理总监&验收小组节奏。“有不同的电力需求的时候经常使用的设备和手机。你把它在你的口袋里和在待机模式。然后会有力量的激增时使用。然而,5 g芯片将是工作的24/7。在这样的利用率、峰值功率可能烧坏芯片,因为当所有的模拟完成工程团队的日常使用。但如果因为任何原因有一个峰值功率方程,可以杀死芯片。”

每一种权力是重要的现在,因为电池驱动的应用程序从峰值功率、平均功率,瞬时功率和静态力量。具体来说,峰值功率发生在一个非常活跃的功能模式在一个特定的设备,让它消耗大量的电力在一定的时间内,吸引了很多当前的电池。

慢慢唤醒周期将消除在尖峰电流,降低峰值功率。但必须平衡的用户体验,因为如果它需要很长时间来交换从语音模式视频模式,用户会选择一个不同的设备。

”过渡到3 g, 4 g 5克,和无线,电池驱动的设备,峰值功率的概念已成为更重要的是,“Shekhar Kapoor说,产品营销主管Synopsys对此的设计团队。“大部分的客户增长,我们看到的是这些应用程序。站在了风口浪尖。十年或二十年前,当你去买一个电脑,你看频率。现在你在看数字的力量。它在通讯是一样的。3 g是语音和数据,4 g宽带,5克就像数万亿和数万亿设备上的各种设备。权力已经成为更重要的是,开车需要越来越多的电源管理技术,我们必须进入流早期管理权力,因为它不再是可接受的等着看峰值功率是多少。工程团队必须确定哪些可以从早期的矢量数据设计,并使用它对系统设计者走上正轨,并发现他们没有太多不同远离目标。”

移动基础设施问题
与5克更向云计算要求,无所不在的连接,和一个更加灵活和健壮的基础结构。把这些东西变成现实,然而,基础设施的改善与从4 g转向5克可能会包括提高细胞边缘从10兆比特/秒的数据速率超过1 Gbit / s,频谱效率,增加了两倍,这在能源效率增加50%,流动性的增加从350公里/小时到500公里/小时。

“考虑一个例子,手机用户在一个快速移动的火车,使用Gbps的数据率,遇到一个基站的变化,“Preeti Gupta说,RTL产品管理主管有限元分析软件。“这将导致权力大一步函数作为新基站建立连接并开始为这个大组用户以前的基站释放连接。5 g系统自然必须能够满足这样的需求与sub-1ms低延迟。”

这就产生了挑战芯片设计团队。“半导体设计、峰值功率每周期或跨一组连续的周期或在更长时间但它所有重要的热能和电力系统的完整性,”Gupta说。“峰值功率影响电网资源,包括解耦电容、电压供给水平和di / dt事件影响芯片和包(L.di / dt)。早期检测峰值功率和阶跃函数场景为鲁棒性是至关重要的,成本和进度的考虑。”

Gupta指出几个重大变化造成的设计方法:

1. 设计师正在运行的应用程序场景模拟器很早他们有一个公平的机会隔离现实的峰值功率循环。模拟器跑得快,也使能见度到软件和硬件交互。
2. 出现了新权力分析引擎,它实际生成每循环功率配置文件为数百万和数十亿周期的活动性能快几个数量级与传统方法。这是早期在RTL,当有意义的高影响力仍然可以进行设计更改。
3. 前端和后端设计团队正稳步收紧流动。电网分析是利用RTL容量和性能改善签字报道通过智能识别power-critical周期。当今的基于大数据的工具给这一个进一步提高性能和容量的最长的向量的和最大的设计而促进跨逻辑和物理域分析。有一次,一个设计师开启不同部分的逻辑顺序在时间和将其所有在同一时间——他选择更高的平均功率为短时间内显著减少成本di / dt。这可能是一个更好的选择比过度设计的动力输送网络提供过度di / dt事件。

图1:热图的出错。来源:有限元分析软件

移动通信基础设施上的问题同样具有挑战性。技术主管Stephen Kovacic Skyworks解决方案,指出了纸表明peak-power-to-average比率(地表铺面)的波形将增加5克。它已经从2:1上升3 g (WCDMA)为3.5 g 5:1 (HSUPA)和4 g LTE / OFDM 7:1。

地表铺面已直接影响成本,和峰值功率管理是成本的一部分,一个关键问题5 g长期流动性和高数据率。功率放大器,例如,消耗最力量的基站。信号与高地表铺面降低功率放大器的效率和增加了力量。

影响数据中心
同样的问题被处理为服务器机柜高级节点出现在一个数据中心,。有更多的数据比以往任何时候都需要处理,但是只有那么快,服务器可以运行,打开,因为热限制服务器机架。

“这是所有的功耗和密度直接相关,”弗兰克说,铁产品管理高级主管Rambus。“如果你看看并行转换器,客户问的第一个问题是,“PPA是什么?与记忆,他们到达那里,在速度上。这些公司可能预算一定比例的记忆,并行转换器,处理器和体育。如果你看一些网络芯片,它们释放大量的热量。如果峰值功率不符合预期的,他们把你的跑步早。”

铁指出,通过扩展并行转换器从28 nm流程到14 nm不导致改善性能。他说,正在改变,在很大程度上是因为混合的数字与模拟电路。

“你总是需要看数字的架构方面,因为它更容易港口,但它也是一个挑战的表现,”他说。“但在性能方面也有挑战。如果你看看在以太网,它花了七年时间从1吉比特每秒10吉比特每秒。现在,28 g是主力,我们看到公司要求56和112年。发展的速度是惊人的。”

数据中心内的一大问题是标准的服务器机架底盘,仅限于250 - 300瓦。“如果你处理千兆嵌入式SRAM,超过400毫米平方,”丽莎Minwell说,eSiliconIP营销总监。“它让很多对内存子系统的压力。如果你运行在1.8 GHz坏的情况下,可以提高温度。”

她说,解决方案是增加的数量每循环使用多核配置内存操作。”,需要一种新的算法和一种不同的测量方式,因为您正在处理操作每循环每平方毫米。”

在设计水平的变化
这些挑战并没有被忽视的工具供应商。这是一个巨大的机遇,没有短缺的工作正在解决峰值功率和其他相关权力问题。

无论主题是3 g, 4 g或未来5 g基站功耗一直是一个问题。首席执行官马克斯Odendahl Silexica指出,它解决了一些与Microsoft Excel工程团队,但是这种方法很快就精疲力竭了。

“他们有50000小数据点,然后试图让它工作基于时间需求的移动通信标准,“Odendahl说。“那些有很多处理器核心,所以我们讨论50000至500不同异构内核。他们所能做的就是一些负载平衡,希望它能工作。没有时间去思考如何让这种力量优化。这是他们的联赛,因为有那么多不同的时间限制,在吞吐量和延迟,你需要满足的标准和其他东西。所以当峰值功率一直是一个问题,现在(自动化)工具这是你可以做第一次。”

在很大程度上,这是体现在整个“左移位”的想法。”运行的主要挑战是,这些模拟器,这是你设计的软件架构和预算,但它们在一个抽象层次不同于物理设计你会看到当你做什么,”Haroon Chaudhri说Synopsys对此电力研发主管。“有细节层次,不是可以在一开始,之后进入画面。我们尽量保持同步在某种程度上,你认为是一个高功率/高功率区。你看到当你进入物理设计相应的行为?这就是一个巨大的惊喜。不幸的是,产生刺激300 million-instance设计是不实际的。你有大量的数据仿真器但实际使用它在一个聪明的方式来保持联系你以为你设计与实现是最大的挑战,和设计团队奋斗因为突然去更深的物理设计区域,他们开始看到权力配置文件的差异相比,他们看到一开始当他们刚刚RTL和仿真。这是一个巨大的成本,他们正面临着继续这种力量与他们想要的东西。他们花了很多时间和金钱在工具和系统。”

改善这个过程,有机器学习算法被开发整个行业,Chaudhri说。”通常发生在这个过程中是之前设计的权力配置文件更新的驱动程序设计。因为他们已经成功地做了设计,维护这个概要文件,在新设计中,他们意识到他们所做的优化措施,保持权力或以某种方式使情况变得更糟,但他们想要一步一步的走下来,确保他们同步的每一个阶段更可预测的功率配置文件。机器学习的地方是以前的设计可能是较小的功能较少,但由于硅的物理行为,他们可以捕捉特定信息,确定了“这”移动在我的物理设计与另一个影响是什么。你不工作在真空中。你有一些信息将以某种方式优化,得到相同的概要文件,你开始。”

虽然这些功能已经包含在工具几年,整个工作量越来越形式化在今天许多领先的EDA厂商。

尽管挑战越来越多,一起继续关注新技术,设计师们比以往更多的弹药攻击力量的挑战。

“我们最关心的区域isprofiling向量找到设计消耗最大的权力,“节奏的赵说。“这就是你想分析热点,它可能是红外下降太大所以芯片失败,或时机和EM。都是相关的。”

设计时尤其如此从10安培迁移到7安培。这里,设计团队面临很多新的挑战,如何看待权力,他说。“这不仅仅是权力签字。它必须被视为在体系结构中,在RTL,即使在行为水平。如果你的架构是错的,你的峰值功率是不可控的设计周期结束时,这就是为什么需要一个全功率流。不只是一个点最后的工具,如果你找到一个大漏,你打算做什么呢?没有空间再修复它,因为已经设置功能,架构设置,位置和路线已经拥挤了。”

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