为什么添加电源管理和控制复杂的soc的关键。
在过去的几年中,现代soc (systems-on-a-chip)已经成为非常复杂的硅的解决方案。他们现在由数以百万计的盖茨,100或更多离散半导体知识产权(SIP)块,高速数据通道,mb的挥发性和嵌入非易失性内存,越来越多的模拟/混合信号功能,多个CPU核和多个操作系统。此外,稳健、高速无线连接是一个典型的需求。所有这些特性要求数百万行应用程序代码提供丰富的功能集当今市场需求。
所有这些功能都以很高的代价。硅和软件设计成本继续增加新流程节点,成为一个主要问题。
下面的图表显示了SoC复杂性上升在过去的15年里,预测到2020年。Semico这些数字是来自数据收集,看看这些解决方案的平均计数门2002年平均门数设置为1,然后将每个成功的价值随着时间的推移计算生长因子。数据表明一个先进的SoC设计在2016年超过60 x 2002年门数作为设计的一部分。高经济增长率在2003年到2008年由于早期采用SoC方法。在过去的五年里,增长率已经稳定。
增加设备复杂性:2002 - 2020
看着这样的数据突显出角色,第三方知识产权(SIP)半导体在SoC的发展市场。为了设计这样复杂的半导体在一个可接受的时间和预算,大量使用SIP是必要的。
这并不罕见200或更多SIP模块用于高性能的SoC设计。这不是新闻,但它确实为这篇文章中,即能做些什么来管理功耗SoC设计中,不断满足日益增长的用户必须预期性能和更丰富的特性和功能。
有几个原因增加设计复杂度满足电源管理的目标。
•晶体管预算继续增加在每个流程节点允许更多的功能被添加到设计中。
•市场需求增加功能继续上升加上要求的设备性能提供一个适当的用户体验。
•有几种途径设计师权力来管理他们的硅解决方案:
1。权力领域,
2。群岛,
3所示。时钟控制,
4所示。自适应电压缩放,
5。自适应频率扩展,
6。门back-biasing,
7所示。黑硅,
8。别人。
所有这些方法都可以帮助减少能耗和提高控制设计师在他们的解决方案,但他们的成本更高的复杂性在硅和软件来控制这些特性。从本质上讲,我们正在添加层复杂控制的复杂性我们放入系统来管理不同的电源管理等问题。抬到一个极端,这是一个长期的亏本生意。
Semico去年进行了一次非正式调查,我们问了SoC设计问题对他们的电源管理解决方案。相关的一个问题是在设计状态机居民的数量。这是一个方式阅读设计师在处理复杂水平。
我们收到了答案显示一系列状态机的数量15至225年,根据复杂的部分。这并不奇怪因为大多数SIP模块包含至少一个状态机和更复杂的块可能有很多不止一个。
看的电源管理设计方案,显得引人注目,是任何提及直接控制状态机。这一点非常重要,因为大多数状态机的目的是帮助一些过程的一部分设计师不想背负主CPU。这平凡的计算工作是由状态机放入设计控制非常低级的过程像是从另一个接受一个握手过程,信号一开始,暂停或完成一项任务。这些握手很重要,在系统启动和关闭,因为他们可以门实际过程需要多长时间。
诚然,这些握手和确认的时间是很短的时间,但是可以有许多状态机设计。任何延迟及时处理这些行为可以导致系统整体响应延迟。延迟意味着更多的不必要的电力消耗,这是今天最设计面临的问题。在某些情况下可能会消耗更多的能量比一部分模拟应该说。为什么?
今天,统一的力量从IEEE存在作为一个标准格式指定设计师的意图在硅设计和作为一个方法来捕获和保存这些数据在使用EDA工具的其他部分的设计。除此之外没有正式的标准在soc设计电源管理功能,有可能永远不会有多少设计被完成,存在许多不同的电源管理解决方案。
然而,有一个解决方案从超音速,控制电源管理功能的状态机水平,ICE-Grain权力架构。这允许放置的局部状态机可以实现控制时钟,电源开关和电压源单独或共同实现更细粒度的控制这些函数。因为这些特性都是本地的,很少有延迟参与控制的这些功能可能被认为与一个中断驱动的控制系统通过主CPU和实现操作系统。超音速解决问题的攻击它所在——在状态机的水平。
这是一个更好的方法,因为它的地方控制电源管理功能设计而不是更高的抽象级别最低的系统层次结构见今天大多数系统。实现这样的控制系统使用超音速ICE-Grain Power体系结构允许设计师工作在更高层次的抽象,并且不需要电源管理专家。设计师可以继续利用现有软件投资电源管理功能,但与一个额外的粒度,是不可能没有很大的额外设计工作。超音速ICE-Grain Power体系结构使设计者的需要创建状态机的控制盖茨自己水平,反而使用超音速提供的能量处理单元。
周围,这是一个创新的方法注入的问题正确的电源管理功能级别和控制复杂的SoC设计。
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