功率状态开关变得强硬

功率状态开关延迟最小化的权力,是一个关键因素,这对经常意味着成功的设计和一个死去的芯片的区别。但权衡是错综复杂的,复杂,往往涉及判断,这个设计可以完全失败的地方。

多年来,传统的全面展开互补金属氧化物半导体工艺技术用于CMOS-style逻辑电路。权力在切换几乎完全是因为关掉的晶体管做的非常好,如果一个逻辑门输出1,那么所有下拉晶体管被关闭。如果门输出是零,那么所有的打开晶体管都关掉。

“如果你可以停止活动,你可以停止电力消费,”说,首席技术官超音速。“还原能力的最好方法是试图阻止的活动。最简单的方式停止活动停止时钟同步数字电路,所以时钟门控变成了的事情。”

今天,层时钟门控实现在复杂的设计。但对硬件很难决定什么时候是正确的时间关闭时钟,这就是为什么现在很多设计团队使用软件时钟门控。

“微处理器会写一些寄存器,将停止时钟芯片上的这一部分,”他说。”然后发生了泄漏,正如我们在工艺技术和先进的晶体管变短,和所有这些特效都发生了晶体管、晶体管的副作用是不关闭。所以即使下拉晶体管应该是,他们不关掉所有和我们有一些泄漏的方法。它不是大量泄漏但取少量你乘以十亿个晶体管,它被大量的电力。”

管理漏也促使更多的电源管理软件,因为这些方法都需要一点时间不仅仅是停止时钟。“大多数人不是经常做这些改变,所以无论时间开销似乎并不是非常重要的。也有风险问题:一旦你把权力从电路它不能做任何事情,这是可怕的,如果信号应该从a到B的告诉它回头经过逻辑的一个地区,动力供应。电子不会去那里因为几乎总是地点和路线工具要放在一个缓冲区或逆变器确保信号可以从a到B与可接受的传播时间。电线是很慢,逆变器没有任何权力。有各种各样的有趣的挑战出现在芯片和所以人相信通过移动控制软件,他们会相对更多的免疫缺陷,因为他们至少可以补丁后通过重写软件。”

目前的挑战是,当更多的事情不断集成到相同数量的平方毫米的硅,相当于密集的和过程的技术,有更多的晶体管可以泄漏。所以更多的方式退出权力需要就业。“如果我们能使功率状态开关更快,我们可以利用生命终了前时刻的时间电路是空闲的,这意味着所有的控制都必须回到硬件、“Wingard说。“我们看到这样的例子,我们可以处理管道正在研究最新的高清4 k视频帧,超过30%的能源的利用结构数据流中出现的空闲时间。没有办法做这个软件。”

并不是每个人都同意。Guillaume Boillet、技术营销专家的电力解决方案模拟部门导师图形认为,依赖于硬件而不是上下文切换增加了设计的复杂性。“这肯定让权力架构师的工作更加复杂。我不认为EDA产业将很快推出一个完整的解决方案,这将使权力架构师消失。业界唯一能够做的就是提供更好的指标,以做出更好的决策,”他说。

有协议,电源状态转换延迟是至关重要的,因为它可以影响性能和能源使用的系统,同时等待过渡完成一切。但最好的方法处理,公开讨论。“你需要看每个功率状态转换的影响能源和性能最终应用程序来确定哪些应该改善,”阿什利·克劳福德说,权力架构师手臂。

分解问题
导师Boillet说重要的是要理解这两种类型的功率状态开关延迟。有功率状态开关延迟相关电源恢复,如时间恢复供应在它应该在的地方。另一种状态切换延迟是国家权力复苏/上下文切换时间关闭的块回到状态,它可以再次计算它应该做什么。

从根本上讲,功率状态开关延迟存在因为所有的交换机不能打开。这将创建非常高的电流冲,会导致电压下降,时间不会满足,他解释说。此外,太多权力领域使电网太复杂,所以将I / O下降问题随着供应的完整性问题。

“在国家经济复苏方面,块与配置需求,需要配置那些块在计算之前,“Boillet说。“对于那些,有两种方法可以恢复它应在的状态。第一个是使用保留,可以通过实施保留人字拖。这是非常复杂的。当你想优化和只使用需要的拖鞋恢复状态,它可以是复杂的。另一种选择是不去到完全关闭电源,但是使用一个非常低的电压,允许保留,但不允许访问块。保留的另一个选择是使用上下文切换。这就是人们当他们想要保留但喜欢系统处理恢复信息,也许从RAM,可切换的权力的配置寄存器域。”

国家复苏还有其他模块不需要状态复苏,或者很少配置更容易处理。在这种情况下,对于那些块,有点权力架构师更容易决定要使它成为一个可切换的权力领域,因为开销并不大,Boillet继续说。

但是为什么延误重要?“很明显,如果你得到一个很好的系统在纸上,你经常关闭可切换的权力领域,你常去了,这些东西有一个成本。需要时间恢复,所以也许在某些情况下,您甚至停滞系统的其余部分。但同时,所有的上下文切换推出了新的活动和额外的权力。这都是一个权衡的问题,这些都是非常复杂的考虑,将证明,大多数公司都有权力架构师,”他说。

路加福音朗,低功耗的产品工程总监节奏同意这些是复杂的决策。“如果切换的时间是很短的-100纳秒左右,实在是没有太多的权力储蓄。例如,当打开和关闭电源,在“关闭”状态的所有费用已经消散,当你想把它重新打开,这就是每个节点1低Vdd状态需要充电电压。它成为一个充电电容的问题。如果你收得太快,电源将开始响了,你必须等待铃声消失,这会减慢你的整体。所以你不能太快。假设你负责尽快没有响,任何慢。仍然有一个有限的当前你需要交付,所以无所谓你是否没有振铃和最快的速度慢。没有权力储蓄。”

另一方面,如果时间开放,然后切换快有所帮助。这是正确的电脑屏幕保护程序,例如。

“通常,我们在电脑前和屏幕保护程序设置为5到15分钟的活动,但你只是不知道什么时候有活动或屏幕保护程序是一种权力状态改变,”朗说。“发生了什么如果你能很快醒来?那么你不需要等那么久。如果你的屏幕瞬间醒来,那么一毫秒后击键可以进入屏幕保存模式或低功率模式。然后下一个按键,你马上回来。用户不抱怨。使用,作为一个类比,如果你把它应用到一个手机,如果在一个毫秒检测沉默在你的手机上,它会立即进入低功耗模式,开关一堆东西,然后当它检测到任何声音从两端,如果它能醒来没有任何延迟,给更多的机会进入低功耗模式。因此,绝对有优势能够开关速度的观点。你不需要等这么久说,“我敢肯定我能进入低功耗模式。你可以很快进入低功耗模式,因为你可以快点出来,和最终用户不会看到任何不同。”

标准物质
指标是有用的在比较的交换率不同的电源管理方法,但即使是那些可能很复杂。

“指标通常是独特的到一个特定的组件在应用程序的上下文中,“胳膊的克劳福德说。“在某些情况下可能有技术不应该违反特定的wake-latency目标,但这并不总是明确的。传统的方法然后等级的值可能技术盈亏平衡时间和机会,然后估计基于电能节约任何性能影响。”

这真是一个很重要的指标,结合Boillet压力。“第一个是功耗。是否你关心的平均功率,电池的寿命,或峰值功率,或者如果你有热的问题,IR降的问题。另一种是设计的复杂性。让我们总结一下tapeout的时候。一端,另一端时间tapeout是。我们怎么到那里?这绝对是不切实际的期望任何EDA工具生成的权力信封代表系统的使用,意思,你将有能力随着时间的推移,完全贡献者一秒钟你的智能手机芯片的模拟或仿真。”

因此,这不会发生模拟使用聪明的模型,将给的权力信封将如何随时间改变基于注册活动,基于内存访问和其他因素,他说。“这使得场景中模拟用例,电源状态覆盖决定如果有部分设计一块在哪里,即使它不被使用。所有节点,可切换的能力域可能不是尽可能有效地使用,可以确定。延迟,可以检查因为模拟的另一个优点是,它有一个很好的表示所有的延迟,需要多少时间,经济复苏,考虑到内存从系统转移到块中。设计团队把所有这些东西在角度决定如果有意义加强转换方案,并决定如果是有意义的扩展或增加新的关机失败。”

可以利用的另一个标准是每秒数以百万计的电源状态转换(议员),Wingard说。地址的强度控制系统,包括事情通过不同状态移动的速度有多快。那么快,有一个电路,需要以每秒一百万州吗?“我们看到一些例子,但它可能不是一个很常见的事。然而,当我们看整个芯片,我们发现这些空闲时刻有时彼此发生的同时,有时他们没有。结果,另一个重大挑战,做一个处理器,处理器只能做一个电路的一部分,因为处理器系列。如果我们使用硬件状态机建造它,那么我们可以在平行,所以我们可以扩大权力的状态数我们每秒可以处理基于控制器的数量。”

Wingard说,他看到这样的例子,在1000万年和1200万年之间权力状态每秒可用于芯片的一个子系统。“如果我们比较我们认为你能做的处理器,我们认为很难得到高于每秒100000电源状态使用一个专用的微控制器。如果你想这样做操作系统的控制主机处理器,我们认为你会在每秒数以万计的电源状态,所以我们谈论几个数量级更多的能力。的结果就是,您可以利用空闲时间短或时刻,但你还可以更确定的。”

最大的一个原因系统架构师不利用一个空闲的时刻关闭的事情是他们不知道的时候叫醒后,然后他们有一个响应的要求。当他们知道是时候叫醒后,通常是太迟了。另一种选择是一个不间断的设计。

所以芯片架构师或设计团队如何选择哪种方法?

它并不总是明确的。Boillet说这些权衡是非常微妙的,权力架构师使用的是高级建模解决方案,大多数时候,不完整的。

“这是一种艺术,这是一个问题的理解的影响不仅在电力方面,而且在设计方面实现的复杂性,这也是非常重要的,”他总结道。

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