使用紧密耦合的下垂探测器和自适应时钟,以减少电压下垂由于负载变化的影响。
电压下垂,也称为红外下降,这种现象发生在当前的功率输出网络突然变化由于负载波动。这可能导致电源电压下降在soc (soc),可引起严重的性能下降,限制他们的能源效率,在极端情况下可能导致灾难性的失败的时机。为了避免这些问题,传统的设计应用的时钟频率,电压保护频带,和/或软件保护频带,增加力量,架构复杂,或限制性能。甚至在某些情况下,系统设计师可能会被迫面对管理工作负载在软件,增加了复杂性和其他性能的限制。
更多的定制解决方案,团队使用紧密耦合的自适应回路动态调整,以减轻下垂的效果。然而,这些技术有局限性,如响应时间和模拟的复杂性,导致一些研究人员调查全数字弹性下垂响应的解决方案。在这篇文章中,我们将探索整合的优势或紧密耦合的下垂硅探测器和自适应时钟电路。
传统的技术来处理下垂涉及使用的时钟频率,电压,和软件保护频带。在上下文中,一个频率保护带是一个技术,一个设计师将故意减少最大频率,以确保没有时机发生故障时电压下垂。电压保护带是相似的,除了设计师将增加最低电压(V最小值)。前者最终降低总体系统性能,而后者以指数的方式增加系统平均功率(V2关系)。另外,设计团队可以实现软件保护频带错开负载,防止一个瞬时的交换活动。然而,它有自己的性能和可以添加架构复杂性在软件,固件和硬件堆栈。
图1:负面影响的静态guard-banding和电压下垂。
下一步过去静态guard-banding,电压下垂,是自适应电路。自适应电路的设计是为了适应防止关键路径时间保证金失败由于电压下垂。他们通常涉及到一个复杂的模拟控制回路监视电源电压和电流,调整时钟频率响应。这是通过调整上拉/下拉晶体管或调制振荡器的工作周期。这些自适应电路的目的是最小化任何性能退化引起的电压会枯萎,同时保持能源效率。为了实现这一点,他们使用各种技术,如自适应时钟,动态供应比例,或自适应电压比例根据应用程序需求。利用这些自适应技术,他们可以提供更高水平的弹性对电压下垂事件和允许改善系统性能和能源效率。
这些技术的局限性的响应时间和模拟复杂意义重大。自适应电路使用的模拟控制回路复杂和难以设计和描述。此外,使用自适应技术可能无法快速反应并将电压突然下降,因为他们遭受高延迟由于模拟电路的速度慢和外部因素如温度的依赖。这限制了它们的有效性以减轻快电压下垂的事件。
近年来,研究人员探索全数字的使用有弹性的时机错误检测和恢复电路来降低电压会枯萎。这些技术利用数字电路检测和实时响应电压下垂事件能以最小的延迟和提供改进的快速准确检测下垂事件相比analog-based技术。此外,因为他们不依赖于复杂的模拟组件,它们与过程能够有效地扩展节点,同时仍然提供高水平的弹性对电压会枯萎。这使得他们一个有吸引力的解决方案,减少工作负载的变化对系统性能的影响和能源效率。
集成或紧密耦合的下垂探测器和自适应时钟为硅电路提供许多优势。这些解决方案利用紧密耦合的IP,对检测自适应时钟发生器。集成系统允许下垂响应系统完全独立的知识产权,允许速度的确惊人总时间适应(检测+适应时间)。跨各种论文,研究人员发现,紧密耦合的下垂响应可以减少系统功率10%以上在各种体系结构(收缩期数组,冲击CPU数组和gpu)下垂(10%),相对于静态guard-banding和最小化总时间适应10倍以上。
表1:保证金从发表紧密耦合的下垂反应系统回收。
集成或紧密耦合的下垂探测器和自适应时钟是一种很有前途的解决方案减少电压下垂由于负载变化的影响,主要是降低了系统性能和能源效率。他们利用数字架构实时检测以最小的延迟,使他们能够快速反应在电源电压突然下降。此外,他们不那么复杂,比analog-based过程便携解决方案,因为他们不需要复杂控制回路或随温度等外部因素。综合或紧密耦合的下垂响应解决方案交付重大系统节省电能,而创建一个独立的,斯威夫特下垂响应的解决方案。
引用
[1]s . k . Lee, p . n . Whatmough n .穆赫兰·汉森·d·布鲁克斯,G.-Y。魏”,宽动态范围稀疏FC-DNN处理器与多循环库存SRAM 16 nm FinFET阅读和自适应时钟,“在Proc。IEEE第44欧元。固态电路设计。(ESSCIRC)。2018年9月,第158 - 161页
[2]m . s .弗洛伊德et al .,“26.5自适应时钟POWER9处理器的电压下垂的保护,“在IEEE Int。固态电路设计。(globalfoundries)挖。美国CA技术。论文,旧金山,2017年2月,页444 - 445
[3]k·威尔科克斯et al .,“以势压倒在28纳米CMOS模块和自适应时钟系统,“IEEE j .固态电路50卷,没有。1、24到34页。2015年1月
[4]t .桥本et al .,“adaptive-clocking-control电路频率增加7.5% SPARC处理器,“IEEE j .固态电路,53卷,没有。4,第1037 - 1028页,2018年4月
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