动态管理能力

设计团队已经开始考虑动态电源管理技术的性能和低功耗的限制,利用方法边缘化在过去,因为他们被认为是难以部署。

动态电压和频率扩展(dvf),尤其作为一个有用的方法。原本打算在运行时动态平衡性能和功耗,芯片制造商尝试了它好几年之前把它放到一边。现在,这种方法和其他越来越关注的原因。其中包括:

• 增加的数据需要处理,特别是流媒体视频在汽车、机器人和工业,推动竞争前沿的这些应用程序性能。但权力仍然在这些市场的主要控制因素,和细粒度的控制权力可以对性能有直接的影响。
• 设计团队还观看dvf方式调整为不同的市场设计,取决于权力或性能是关键目标。
• 越来越多的设备由电池供电,可以节省更多的权力,通过部署不同的权力技术,电池寿命越长。

不过,目前尚不清楚这些技术最终将成为受欢迎的程度。这仍然是艰难的工程,在这一点上是远远超出许多设计的低功耗功能团队。

“每个技术的设备数量大幅增加,”罗兰Jancke说,部门主管设计方法在弗劳恩霍夫IIS的自适应系统工程部门。“I / O设备不同于核心设备和存储设备,和他们所有的人都针对特定的任务和操作条件进行了优化。然而,dvf最近的原则重新发明的自适应偏置。这允许技术大大简化,而设计师之间在运行时仍有自由选择低功率或高绩效,为每个单独的设备,理论上和实践上为特定的块或区域设计。”

在实践中,dvf正在使用高端,它是用来推动设备性能和超速,以及非常低的一端,它被用于亚阈值计算通过不断调节电压。

“他们这样做不仅仅是为了节省电力,”吉迪恩Intrater说,在Adesto首席技术官。“这也是因为他们的晶体管随温度改变的能力。所以他们实际上需要动态调节电压的所有时间来确保他们得到正确的性能水平的晶体管”。

使用dvf推动设计讨论会议在过去,但迄今为止几乎所有实现测试芯片。“有很多工作在设计工作,“Intrater说。“很明显,你还需要一个可变电压源,但设计是一个相当简单的事情。”

一起,专业知识在这个领域是稀疏的。“理论上,它是伟大的,如果你知道如何做它,因为它加速了一切,”拉斐尔Mehrbians说,副总裁和总经理在Adesto内存产品部门。但世界上只能有一个人谁知道如何做到这一点。”

低能耗生产
不过,如果一个领域是开放的变化,它的低功耗设计。权力被视为性能的主要控制因素,它仍然是最大的障碍之一设备扩展。soc通常有多个电力领域和电压,和热耗散主要关心已经超过十年。

“一旦你到达finFET节点,问题更改并移动回更动态功率比功率泄漏,”皮特荷迪说,导演的产品管理系统,验证小组节奏。“主导力量意图标准今天是UPF值,使需要的组件插入到设计管理权力控制主要是控制泄漏的力量。泄漏成为平面CMOS的更大的问题,因为它可能完全关掉晶体管。总有漏贯穿晶体管即使门是关闭的。这个问题实际上是解决finFET的很好,在晶体管表现自己好多了,你可以把它们完全。与此同时,我们也看到泄漏功率是一个巨大的组件的电池驱动的设备很多的时间。”

在最先进的节点,泄漏再次出现问题。7海里finFET比16/14nm漏finFET,和3 nm三星计划搬到gate-all-around nanosheet场效应晶体管来控制泄漏。

然而,这只是问题的一部分。高端服务器和人工智能芯片正变得如此密集的动态功率密度导致热的问题,加剧了这一事实的一些处理元素总是在这些芯片。

帮助管理,许多不同的时钟域被用于设计单独的处理,和工程团队正试图运行每个计算或sub-processing元素在这些大芯片最有效的时钟频率,荷迪说。“有一个爆炸的时钟域设计,我们看到为了更高效的动态力量。”

反过来,这使时钟域跨越advanced-node芯片验证的一个重要元素。但它也将认为这是一个实现的问题,通常实现事后到一个地方被视为积极关心低功耗验证。

“你不仅想在最有效的时钟频率运行,但为了节省尽可能多的动态功率,你想关掉闹钟尽可能多的电路不被使用时,“荷迪说。”结果,有一个巨大的时钟门控的出现在RTL阶段优化。在某种程度上,合成工具可以通过引入优化动态功率时钟门控。非常的在一片叶子水平考虑每个寄存器是否活跃与否,和门控时钟的时候。但工程团队正在寻找更大的储蓄。他们看着能够关闭大电路块更长一段时间,就不让他们受时钟。当我说‘关掉’,我不意味着权力控制。我的意思是时钟门控。这是驾驶的出现必须检查验证工具优化没有RTL不影响电路的功能。连续的等价性检查可以帮助在这里。”

连续的等价性检查可以比较的功能指定的设计规范,以及它的实现。在时钟门控的情况下,规范设计的设计没有时钟门控,有完整的功能,而实现的设计,介绍了时钟门控和连续的等价性检查程序,确保功能是等价的。

”,成为一个连续的等价性检验问题而不是一个逻辑等价性检验问题,因为,当然,我们改变时钟电路的时间表,这超越了通常的能力逻辑等价性检查工具检查,”他说。
”来确保所有这些组件的权力意图正确介绍介绍,比如隔离细胞,保留状态寄存器,电源开关——所有这些检查仍然是重要的。但我们看到大幅增加优化动态功率的需要,创建这个巨大的爆炸的时钟域。这使CDC时钟域交叉验证的问题,而不是实现的问题。我们也看到人们寻求优化时钟门控很多更广泛地说,是看到一个很大的提高在需要连续的等价性检查。”

还难吗?
dvf仍在边缘。“我不一定看到,做尽可能多的人认为这将是动态的,”他说。“有很多讨论,但在实践中人们发现非常难做。我们看到的是有“诱导多能性”设计的各种模式,选择不同的多放映场影剧院块率在不同的模式,可以使用,但是我不确定我们看到开关动态的方式,几年前,我们在谈论dvf作为一件大事。也许这有点难以实现。我们确实看到多个IPs模式在不同的时钟频率可以选择多路复用器。当人们谈论多模中心,你真的希望能够验证所有的模式,所有的时钟频率的电路可以运行,和你希望能够验证一次芯片。但是人们动态切换的频率,或者他们只是选择的整个芯片?”

其他人也同意。“dvf开始理论,有博士申请,”菲尔的做法说,全球战略联盟主管SiFive。“世界上有两个公司的人可以做到,可能15年前左右,工业发达的方法和工具来试图使群众在这所以会有一大群人然后使用这些疯狂的Ph.D.-only能够设计芯片技术。自动化,以帮助他们做和实现效益。然后还有一个软件水平使它所有的工作那是关键,,还花了一段时间之后。”

今天,电力领域定期关闭,从建筑时钟门控低级和功率控制,精密自动时钟门控无处不在。

“结构或建筑时钟门控只是另一种形式的开/关开关,说,“我不需要所有在同一时间。的问题是,有一个整体软件的影响是否我必须重载启动或所做的一切我已经可以被关闭和重新启动上下文而无需重新加载上下文。有一个整体类的东西可以做到这一点。我看到到处都是,此块级别关闭,但动态电压缩放。有几个大的处理器真的深入的公司,和你看到公开苹果和英特尔都得到非常细粒度的控制或全面深入这些东西来保持电池的寿命,”的做法表示。

这是在系统级尤为严重。”的实施是解决在大门口级别和子系统级别,还有电源控制器,可以为你做很多这些东西,”的做法说。“有coarse-level所做的事情,但是我不知道动态转移到处都因为有提高和缓降时间,和快速运行和停止的问题,或运行速度和使用——这些时间调度问题。你不想错过你的槽或丢失数据,和这样的事情你必须在规定的时间内完成。在系统层面很难知道如何工作。”

在一天结束的时候,动态功率管理总是一个挑战,但工具,方法和方法成熟,使工程团队在电源管理全面实现他们的目标。现在的问题是是否有足够多的人会使用它们来利用更先进的技术力量。