动力建模标准发布

功率半导体的设计正在成为一个更重要的方面,但是没有一个行业标准对权力模型,采用可能是缓慢而支离破碎。这就是为什么Si2和IEEE决定做点什么。

早在2014年,IEEE扩大权力的兴趣与创建两个新的集团标准IEEE P2415——能源比例标准统一的硬件抽象层和电子系统和P2416——电力,使系统级建模分析的标准。这是除了IEEE 1801 - 2018标准设计和验证的低功耗,节能意识电子系统,更多的俗称统一格式(UPF) 3.0。IEEE 2416的目标是成为统一的功率模型(芬欧蓝)信息输入UPF值。工作已经结束,IEEE 2416 - 2019年7月31日被释放。

半导体工程分别与杰瑞Frenkil说话,Si2开放标准主任大卫Ratchkov,色雷斯的创始人系统,讨论的新标准。

SE:为什么一个行业力量模型如此重要?

Frenkil:公司芬欧汇川集团从根本上说,是一个系统级建模标准。有多个数据表示,这些模型可以用在不同的水平,但重点是系统级。我们现在有一个标准格式的内部和外部的模型。这在业内应该节省资源。

许多年前,我们研究了低功耗设计,以确定是什么,不是工作。确定的是,没有好的解决方案能力模型。行业已经相当好,很长一段时间与门电路级功率模型和自由的格式,但除了门水平,它不会工作得很好。

今天,如果您正在构建一个SoC,你几乎可以肯定使用知识产权从多个来源。没有电力数据的通用格式。特别是大公司,通常都有一个内部格式,他们将外部格式转化为内部格式。这是一个痛苦的过程。评论的价值标准是一个成员,它将使他们能够避免一个过时的陷阱依赖内部专有格式。

SoC设计人员可能已经超过100库,每个可能在不同的流程/电压/温度(PVT)点。如果他们发现,他们需要一个不同的PVT点,他们必须回到模型供应商,他们将考虑与交付额外费用项目延迟。所以,消费者大部分时间只是估计模型。

目标是开发标准化models-interoperable可互操作的权力,这意味着他们可以在不同的抽象级别和不同的工具。但重点是在系统层面上,因为这是我们看到了一个大洞。

Ratchkov:2416年将是非常重要的,因为它解决了一些重大问题,用户看到的。大的是能够携带电力数据,从方程开始,表或实际描述数据在整个设计过程,从体系结构、通过时间、和tapeout。连续大规模的组件集成到一个死驱动器比以前更早理解权力的必要性。

SE:你提到的自由,一个标准的最初由Synopsys对此现在开发开放标准,它捕获细胞库的信息。这包括时间、电力、面积、连接性和环境操作信息,等等。可以延长吗?

Frenkil:我们想出了一些进步建模和我们谈论自由选项卡中,他们在一个版本包含我们的一些改进。但他们回避了系统级,告诉我们他们没有看到作为自由的应用程序。

SE:哪些方面的2416是新的吗?

Frenkil:多层次的建模是新的。我们可以用一组数据,可以扔在一点或门电路级类型模型,或一个系统级模型。这是一个与多个接口的数据集。根据您正在使用的工具,无论是门电路级工具或一个系统级的工具,或1801兼容的接口,相同的数据集用于接口。这样可以确保一致性。

VT独立技术贡献IBM和GlobalFoundries。我们在Si2增强它。它允许我们建立一个权力模式,没有电力数据代理在凝聚力量。,使一个用户一个SoC设计师想要获取电力数据为他设计指定在仿真运行时电压和温度条件。这福利提供者和SoC设计的模型。

它实际上是process-independent,但是是有限度的。独立进程,我们必须做一些pre-characterization,但这是一小部分人会为一个自由图书馆做什么。一旦我们做了,用户可以指定任何V或T在正常范围内,然后小修改流程定义。如果你想要评估如果你加强你的分布在栅氧化层或晶体管的阈值,你可以在仿真运行时。

Ratchkov:当一个IP提供商供电数据,他们可以提供固定的点,他们实际上测量它。但后来负担在用户找出电力数字可以在其他电压和温度点。在描述时,它不像听起来那么大。有方法,IBM和GlobalFoundries捐赠专利如何可以做到这一点。有一些描述必要的努力,但这是一个一次性交易组件,比如记忆,并从那里你只是使用这些数据。

如果你今天看流标准电池,你必须描述他们在不同过程点,然后携带到IP和生成相同的力量在这些过程分和提供这些数据没有硅验证。描述在2416年要求你把所有在一个单一的过程。专利允许你从一个电压和温度点,离开这一点,任何其他你想要的点。

公司都太了解了,他们要看实际的用例。要做到这一点,他们需要模型的场景。所以我们不再谈论估算一个门。我们谈论的是大块的实际用例。我们如何模型,这样我们可以了解能耗将是尽可能早吗?

内部的标准
SE:标准谈代理。他们是什么?

Frenkil:我们有贡献者所代理的概念。因此,对于动态功率或能量,基本上是一个开关电容。这是一个漏电功耗的晶体管。

图1:权力与非门的贡献者。来源:Si2

我们要做的是看看一块逻辑和我们显示一个与非门(图1)。在每一个与非门的州,我们看到有不同的泄漏的晶体管。与非门,我们没有看到大量的减少只看泄漏的晶体管。但对于一块更大的逻辑,它可以变得很大。我们只需要代表那些泄露的晶体管。在左下角有一堆2 n沟道设备。0 - 0的状态,这两个晶体管泄漏。他们的亚阈值漏电流。2 p沟道,他们通过门泄漏泄漏,所以我们不需要模型与非门,我们只需要模型泄漏的晶体管。我们得到关于100:1压缩简单的原语。 As the logic gets larger and more complex, the compression is even higher. In the library, we have these transistor contributors. We list which are leaking, what is their width and length and then we calculate power using our built-in transistor contributor values. We take theBSIM香料模型,我们去掉不需要的东西,我们在关闭表单运行它时尚使我们能够避免牛顿迭代(图2)。所以我们没有收敛问题。它运行非常快,,我们没有做所有的晶体管。我们只做几个有代表性的晶体管。这就是我们得到PVT的独立性。

图2所示。修改香料仿真流程代理的权力。源Si2

认为你有一个网络接口块和您想要构建一个模型。你必须模拟附近详尽一切能做的,捕获的数据,然后格式,看起来像一个门电路级结构的自由。这通常是不可能的。你得到状态爆炸。有太多不同的事件。实际上它是几乎不可能。这就是为什么你没有看到好的功率模型比扫描触发器。

除了这些因素,您可以使用表格、标量或表达式。这都是标准化的,正式的方式。它消除了需要建立临时模型和允许使用标准的建模实践。这得到推广和采用,我们将开始看到人们建模在一种标准的方式,将离开今天常见的特殊用法。

通过表达式SE:你提到的权力。

Frenkil:正确的。在图3中,一个表达式表示动态功率处于活动状态。表达式中,参数化(BP_mispredicts Cache_misses,加载、商店)。这是一个简化版本安装在一个幻灯片。在真正的模型中,大约有20个人。这正是手臂了。他们选择一组性能参数和监控这些性能计数器,然后与这些参数回归拟合和相关电力使用和构建一个表达式。然后他们跑模型的工作负载和显示良好的相关性。

图3所示。功率表达式。来源:Si2

工具流
SE:这样的一个标准为常见的使用涉及到大量的移动部件和球员。今天的工作是什么?

Frenkil:在左边(参见下面的图4)今天我们运行。正确的是我们正。流,数据传输是相当传统的。运行模拟时,收集VCD,它转换为赛义夫,然后活动电动工具读取的数据。它读取的模型然后读取一组条件频率V和t可以特定于这些。数据后处理。右边是UPF值流。1801年的愿景是,你有一个模拟器运行,当进入不同状态的逻辑,它触发调用库的力量。这是他们所谓的功率表达式,它基本上是一个API调用。它将参数发送给一些反对那些参数用于计算并返回静态和动态仿真工具。 It then does whatever it wants to do with it.

图4所示。将其纳入一个流。来源:Si2

Ratchkov:当你定义体系结构时,你从UPF值开始。你有一些需要做你想做的架构规划和数据的用例和力量。然后你去找出实际的UPF值。当你移动整个流程,开发块和你获得更好的想法的权力是什么。你会更新你的UPF模型,然后你可以重新运行模拟和得到更好的,更准确、电力数字。

公司芬欧汇川集团的好处是,你可以创建它。你可以通过流携带它,你可以继续精炼更好的数据。公司芬欧汇川集团UPF值描述和描述必须同步。如果一块的UPF值模型定义了2个,然后芬欧蓝模型必须定义这两个州。如果这个人创建模型想创建一个细粒度模型,并有25个州,那么他们必须有一个表达式来描述每一个州。

SE:你需要IP提供商开发模型、SoC使用模型,开发人员和工具来进行工作。谁先开始?

Frenkil:这就像中学的舞蹈。所有的孩子都想要跳舞,但没有人想成为第一。什么都没有发生,直到一些勇敢的夫妇开始跳舞然后其余跟进。还需要一些最终用户要求这些好处。我相信我们将看到一小部分主要设计组织开始,他们将开始压力IP开发人员和工具开发人员来支持它。这已经发生了。一组是如此的想法,他们被称为IP提供商和说,“我们需要这个。在Si2,我们将与那些想与我们合作的公司帮助信息汇总。PowerCalc(原型开发工具在Si2)将起到核心作用。早期采用者将愿与一个新工具和新标准,将会在他们的组织工作。他们将能够证明的好处在内部,然后他们将供应商施加压力,他们是IP或工具供应商要么内部或外部。 After this happens a few times, commercial EDA and IP providers will take note and begin to support it.

SE:色雷斯是一个创业公司,想要提前提供工具,将使这个行业开始IEEE 2416的好处。

Ratchkov:我去年开始色雷斯系统(2018)。目的是看post-silicon权力从早期的架构,从系统级的文明程度。我们希望能够模型力量,并提供洞察力量为不同的用例。

我们有一个原型,我们与一些客户将基准。我希望他们将把正确的模型和工具设计更多的极限。能够理解你的设备并提供了信心你是否可以添加额外的功能,如果架构将按预期工作。将允许用户把界限,希望降低功率。