节能测试:在低功耗测试

拉胡尔Singhal和Likith Kumar Manchukonda

功耗是有一个很重要的因素在设计今天的半导体芯片和系统。多年来,不断需要更高的性能和更多的功能的芯片一直在推动不断要求更高的晶体管密度。流程节点扩展使之成为可能通过减少晶体管大小和允许更多的人挤在同一地区死亡。流程节点比例减少了晶体管的大小和操作电压,这有助于减少权力。然而,权力扩展并没有跟上的大小,因此,越来越多的晶体管密度导致的功率密度提高soc如图1所示,和更高的整体功耗。这一挑战迫使芯片设计者使用不同留在芯片的低功耗设计技术力量规范功能模式。一些常见的技术是控制权力领域关闭活动块减少静态功耗,clock-gating减少动态功耗和动态电压频率扩展。

图1:功耗80毫米的趋势²SoC。资料来源:ird 2020年更新16页

与传统的低功耗测试技术的挑战

住在芯片功率预算是一个更大的挑战在设备测试。这是因为模式计数高故障检测和测试成本最小化/模式,但是这种模式会导致20 x转换活动和更高的峰值测试峰值功率高于在功能操作。然而,测试功率超过功能权限会导致虚假的ir降失败或永久性损坏设备。

测试工程师期间添加权力约束模式代来缓解这个问题,但它增加了模式计数。实现之间的平衡测试能力和模式计算需要仔细评估测试功率约束因为过度约束导致通货膨胀和模式再自动测试模式生成(生成)但under-constraining可能导致功率预算违法行为。

与简单的低功耗芯片设计技术在过去,功耗通常被直接成比例的设计转换活动和方法应用约束在生成足够的功率控制和维护模式。在先进的设计与复杂的节能方案,使用标准的细胞不同的操作电压,开关活动不与权力相关联,在生成时间,估计不能匹配的实际功率特征设计。这导致不可靠的限制在容易导致模式计算通货膨胀和/或测试人员测试电源问题。因此传统的低功率测试生成简单地减少测试力量是不够的,需要和一个先进的节能测试生成技术,优化模式一起数和测试能力。

节能与权力批准数据生成时间

为了解决贫困相关的挑战,Synopsys对此TestMAX生成提供了一个独特的节能测试生成解决方案,利用电力仿真数据从Synopsys对此PrimePower签字批准。解决方案使用组合的平均功耗,顺序,记忆细胞在设计和更准确的模型设计的交换活动和权力的特点。这允许用户确定更准确的切换约束使得最小化节能模式的计算和生成运行时同时也满足功率预算测试仪。以下部分显示了数据和PrimePower-based节能的好处的生成能力Synopsys对此TestMAX生成地址模式的通货膨胀和功率预算违反挑战。

寻址模式通货膨胀

图2:非线性切换和权力之间的关系与传统的低功耗测试生成由于power-to-toggle建模不准确;通货膨胀导致模式。

图2显示了一个图在顺序元素switching-activity所有测试模式和峰值功率为一个工业设计使用PrimePower生成[1]。不准确的切换活动建模在传统的低功耗测试生成,样本模式的权力分析可能错误地得出20000(8%的连续的细胞)切换活动对应于峰值100瓦的峰值功率限制。在实际测试生成与约束,在黄色区域的模式将会错误地丢弃,因为他们有较高的切换即使功率预算需求得到满足。生成将取代这些模式通过生成更多的新模式,但每模式保持较低的切换开关活动在绿色区域。这将导致通货膨胀,增加了不必要的模式生成运行时,增加测试成本。

图3显示了阴谋使用基于PrimePower方法和组合占细胞除了切换顺序细胞相同的设计。更精确的建模提供了一个线性power-to-switching活动关系和更精确的峰值转换活动168000对应100 w的约束。这允许生成包更多的切换模式并在100 w功率预算之内,使更高的故障检测/模式模式总数较低。基于规范化数据在表1中显示PrimePower生成模式计数低26%和19%低运行时比传统的低功耗测试生成方法即使有更高的切换[1]。

图3:PrimePower-based权力意识到生成显示切换之间的线性关系和权力由于准确power-to-toggle建模;生成最优的节能模式。

表1:基于PrimePower生成演示模式计数低26%和19%的速度运行时相比,传统的低功率测试生成。

解决功率预算违反

图4:Power-to-toggle图250年设计显示峰值开关顺序细胞对应0.4125 w的力量。

图4显示了一个图在顺序不同的设计元素switching-activity与峰值功率。根据这张图,一个切换活动限制的25%或250年连续的细胞选择对应0.4125瓦特的功率极限,和一套完整的生成模式是生成使用PrimePower峰值功耗分析。这个数据模式与权力限制如下图5所示,它可以注意到,所有的模式都峰值转换活动按预期低于250,但是一些模式仍然违反0.4125瓦特的功率预算。许多相似的模式在150年和200年之间切换有大量能耗的变化。这种行为使得确定正确的转换约束非常具有挑战性。再次,这是由于穷人切换活动建模与传统的低功耗测试生成方法。

图5:模式切换限制在25%,但几个0.4125 w功率预算违法行为。初始测试功率估计与传统低功耗测试生成失败。

下面的图6显示了在生成时间从PrimePower包括电力数据后,功耗更可预测的趋势与交换活动的增加。几乎所有模式保持在25%以下转换约束(1200与组合开关切换)和会议0.4125 w功率预算估计初始测试力量。只有很少的模式,< < 10%,超过功率极限和图5所示。这些峰值功率模式可以选择动态IR-signoff分析。

图6:25%转换约束和实际0.4125 w功率预算会见PrimePower-based生成时间。

总之,传统的方法生成低功耗测试模式不再是足够的对于现代设计与复杂的节能方案。转换活动的准确建模的设计结果不准确的估计和权力约束在生成时间。这不仅会导致通货膨胀和运行时模式问题在测试生成,但它也往往导致功率预算违反测试人员,需要的时间和精力测试工程师根源问题,确定解决方案。所有这些因素导致更高的测试成本和较低的收益率。这些挑战是解决通过部署先进节能Synopsys对此TestMAX提供的测试生成方法生成时间,利用权力从权力签字工具,模拟数据PrimePower,在模式生成准确的功率或开关活动约束。除了提供高效节能模式,这种方法也已被证明能够降低ir降,Vmin 40%[1]中描述复杂的SoC。

引用:

[1]k Abdel-Hafez et al .,“综合节能测试生成方法对于复杂的低功耗设计,“2022年IEEE国际测试会议(ITC), CA,阿纳海姆美国,2022年

Likith Kumar Manchukonda Synopsys对此解决方案高级工程师。