寻找权力漏洞

多大的权力是你的设计意味着消费在执行一个特定的函数?对于许多设计,得到这个权利区分成功与失败,但知道正确的数量并不像听起来那么容易。重大差距保持权力分析可能预测和硅之间消耗。

尽快知道差距已经关闭,新的挑战和需求被放置在工具。这使得权力分析,早期的尝试在功率优化,最具创新的领域之一EDA。各种市场关心的不同方面的力量,每一个影响特定方面的设计或实现过程,同时缩小几何尺寸添加新的物理效应尚未充分体现。

设计和验证团队不得不重新配置来满足这些挑战而平衡的ROI减少权力对改进设计或更便宜的产品。“节能设计是至关重要的,得到了很多的关注,但并不是一个简单的过程,”詹姆斯·迈尔斯说,杰出的工程师手臂。“这也是完全不同的,这取决于设计。”

推动更多的关注这个问题。“每一个客户感兴趣的力量,”罗伯Knoth说,产品管理总监节奏。“但权力意味着什么变化与每一个对话。有产品,生死由他们消耗多少电力。其他人则更关心他们需要多少空调,或者如果他们可以从环境能源电力设备。他们都要看权力和权力通过不同的镜头错误。”

定义一个权力bug可能听起来简单,但它是什么?“我们将权力缺陷定义为不受欢迎的电力消耗Preeti古普塔说:“PowerArtist产品管理主管有限元分析软件。“这不是帮助功能。但是,权力是一个数字。如果我的设计消耗500毫瓦,我怎么知道是否最优?是,5 x从我应该在哪里?”

寻找能力缺陷
也许一个更重要的问题一个芯片回来的时候问了比预期更大的权力。你如何找到,错误的原因和可能造成预测和实际之间的差异?在这个过程让你失望了吗?一些潜在的断开连接如图1所示。

图1:今天的特别权力分析。来源:节奏

错误可能是因为在非常详细的级别,在最高层次的抽象,无处不在。设备的灵活性可以是一个祝福和诅咒。“今天,设计师们提供一个设备可以使用数组,”哈兰Thanikasalam说,高级职员应用工程师Synopsys对此的设计团队。“例如,铸造厂提供高Vt的设备,低Vt设备,和超低Vt设备。如果你去高Vt的设备,这些设备更慢,但是他们消散更少的力量,如果我们去超低Vt设备,他们是极快,但同时他们泄漏很严重。可能会有很多被浪费的决策权力。此外,当结合低Vt设备和高Vt设备,某些铸造厂或过程不允许这两个扩散合并在一起,所以他们必须独立的扩散和你所在地区的影响。”

在最近的节点,新效应发挥作用。“今天的设备几乎是在埃层面,“Thanikasalam补充道。“即使很小的变化可以大大改变设备的方式工作。我们如何衡量权力,和我们如何将这些力量提供的数据模拟与实际硅?硅上这是一个日益严重的问题,因为你无法确定多少一个特定的块,如内存,是浪费,因为没有办法,你可以测量信息。”

在系统层面,不同的问题。“模拟器天生有限周期的数量他们可以模拟,或现实场景的数量可以运行,“Ansys的古普塔说。“用户需要的工具和方法,可以真正的在早期的芯片级流量和模型。他们需要考虑十亿年的时钟周期,有不同的操作模式,这是相应的权力配置文件。这是当我的IP视频是打开和关闭,当我的CPU子系统或GPU子系统空闲,和任何暴露的缺陷会产生非常高的影响。想象这样一个场景:几秒钟GPU子系统可以关闭。你不能认识到在一个简单的模拟场景中,但你可以认识到,在现实的应用程序场景。”

创造的古老的困境抽象和忠诚。”你去的更高的抽象级别上不能有同样的精度时你会设计更多的定义良好的,”Gupta补充道。“但是早期的分析并提供见解高影响权力的问题。许多团队专注于RT-level今天。例如,你看到一个设计与数以百万计的人字拖,你想提取一个常见的高层的支持。但在RTL,时钟网是理想的,可以提供更少的可预测的结果。我们必须估计负载,这样的电容会开车。钟门分裂,我们做的缓冲区大小,我们创建网状网络,树网络的想法,这不是关于超级准确数量的权力,但这些高层权力调试场景应该认可和忠诚。”

不断扩大的担忧
团队必须清楚地了解他们的权力问题。“你最担心什么?”节奏的Knoth问道。图2显示了绘画的几个潜在的问题。“这是热担忧吗?这是一个峰值功率担忧吗?这是一个备用电源的问题吗?di / dt的问题吗?你担心起床冲电流?即使你知道问题是什么,你要问你会在什么时候有可用适当的刺激力量或热分析正确,这样我们不会让一个不正确的结论和添加太多的边际产品或延迟时间表。这是一个非常共同依赖的问题。”

图2:五种力量场景。来源:节奏。

古普塔表示同意。门口的“一些人开始测量功率水平为了看看电网正常建造能够维持这样的力量。包足以维持这种力量?从那里它已经演变成更复杂的场景:数以百计的权力控制条件下,动态电压和频率扩展。你把所有这些因素一起和复杂性芽。”

一些设计承认反馈回路存在允许电力问题现场处理。“在服务器,可能会关注最大化吞吐量在一个固定的热信封,这可以归结为有功功率/ GHz,热管理、供应和宽容噪音,“胳膊的迈尔斯说。“一些可以post-silicon描述电压和温度传感器然后调优系统管理软件,所以可配置性是很重要的。但也有复杂的硬件设计反馈回路,例如当节流阀特定块吞吐量影响最小的维护系统的完整性。电流峰值问题等系统的完整性,但取决于上下文去耦电容,邻近块平面布置图,礼物dvf监管机构负载,包布局等等。考虑到所有这些因素,反馈回路通常太长和风险不稳定,所以需要新方法,因为太多的静态保证金可以直接影响性能。”

有些人关心功率-能量的积分。“一些公司正在改变我们的谈话做优化,我们做优化能量?”Knoth说。“在一天结束的时候,能量是实际完成工作。权力在很多方面对我们来说是一件容易的事来衡量和容易的事情我们处理,但它确实是最终的目标,能源,我们可以直接测量,我们可以创建工具,有助于理解它和使用它。”

许多方面的权力,分别用于分析现在成为物理属性。热影响静态和动态能力,也会影响时间。活动产生热量,所以有一个反馈回路。场景不仅需要足够长的时间来创建,但允许耗散的热量在死,看它的影响将对邻近设备。

“电力消耗的一部分是由结构的功能,“古普塔说。“第二部分是由活动是如何流入你的设计。活动有一个一阶影响力量,当然布局和变异的影响也是重要的。周围有很多集中在设计中时钟信号,因为它是最快的,它控制很多发生在设计的功耗。你关闭时钟,节省大量的电力。你关闭供应和节省更多的权力。”

权力必须是一个不可分割的一部分的过程。“这是一个多层次的方法,“Knoth说。“你必须考虑的各种能够得出有效的结论与你今天的信息。随着设计的发展,和成熟,你可以得到更多的准确性和你能够更深入的了解产品,但有时你可以改变产品的数量减少。随着时间的推移变得更少。你有最早期的灵活性,但最少的准确性。当你需要锁定某些决定包装、散热片、电网可靠性呢?你必须看这整个产品的时间表。”

这始终是一个微妙的平衡。”随着硅的发展,总有你将会遇到的挑战和风险GIGO效应在垃圾(垃圾),”Dan Cermak说,副总统在Ambiq架构和产品规划。“过早执行电力调试在设计阶段可以让你误导/错误的结果,但等到最终设计完成开始电力调试太晚影响有意义的改变。”

结果忠诚
仿真结果的准确性是由必要的生理效应可以被建模。功能都是关于1和0,但对权力问题是有问题的。

说,“考虑内存Synopsys对此Thanikasalam。“有bit-lines运行通过静态存储器内存和内存的主要力量来自于这些位线波动。他们消耗大量的电力。当你做模拟,你有能力让他们VDD或接地。硅在现实你无法这样做。即使VDD位线出现,随着时间的推移,位线开始泄漏,因为没有什么认为VDD点的位线。这些是微分对,他们可以出现在中间,然后消耗大量的电力。所以有很大的相关性模拟器之间的差距和真正的硅是如何工作的。”

即使假定数字抽象,有足够的空间误差。“有问题确定适当的工作负载/场景必须分析,“Ambiq的Cermak说。“这是一个代表性的工作负载吗?它涵盖所有的关键操作模式设计?对于较大的设计,这个问题变得复杂,因为你必须打破这些工作负载成小micro-workloads评估实际。”

“你的力量分析只是一样好你的向量,“Knoth补充道。“你必须看这个问题一个级别了,你看,”这个向量的范围是什么?活动是什么样子?我们投资了不少建筑工具,帮助客户做更多的工作与刺激本身,不同向量合并在一起来创建新的场景,活动规模在一个向量与另一个向量。”

整个过程比功能验证复杂得多。“除非你刺激电路的一部分,你不切换装置,没有热了,“Thanikasalam说。“你必须测试长椅更严格确保电路的每一部分实际上是切换时做仿真。对性能有负面影响,这需要更多的时间和更多的能力。这是从来没有一个问题了。你必须同时解决所有问题。隔离一个效应”正变得极其困难。

你不能任意箱大型向量集。“我可能有成千上万的向量”,Gupta说。“我如何确定哪些是最活跃的信号,在所有这些向量是常见的。我有时间关键路径,如何描述时间功率灵敏度以及这些路径为了使设计决策?方法需要能够存储各种权力相关数据,然后一个框架和一个API,用户可以在大的设计,和长向量,并帮助他们获得有意义的见解。”

知识产权问题
使用IP在设计时,可以有能力模型的精确度问题被提供。“EDA工具擅长确定贡献者的力量,如果他们在数字逻辑,你有适当的模拟刺激,”迈尔斯说。“但他们一些帮助检查内部宏像记忆或混合信号设计的一些地方,你依赖你的设计师或IP提供商。幸运的是,有标准的行动在这个领域如IEEE 1801,这是追求增强节能宏”的造型。

它是早期。“这个行业取得了一些很棒的进步走向正常化这一事实权力信息一样重要计时信息当你包装和销售IP,“Knoth说。“即使你只看时机模型如何被运在行业有大量的进化发生的自由模型首次引入以来,比时间和力量有一个额外的维度。”

现在,问题依然存在。“当设计公司定义他们的权力规范他们的终端客户,有很多假设,“Thanikasalam说。“这些设置被用于电力情况,和那些特定的设置在真正的硅甚至是不可能的。所以有这个差异是什么引用基于仿真和硅所提供的实际数量”。

谁的责任?
设计和验证团队一起工作,而独立。理解能力比功能验证需要更多的设计知识,谁最终负责发现权力bug呢?

“公司更成功的力量创造了一个新的团队称为方法的团队力量,“古普塔说。“这支球队设计团队和验证团队之间的吻合。他们是那些在RTL设计师把设计和运行这些权力分析和找出变化。然后他们通过设计社区管理这些变化。他们验证工程师的工作,帮助他们识别能力向量应该。”

验证团队传统的维护者向量集。”该行业已经成熟,产品的功能验证和动力分析和优化产品的拼接,“Knoth说。“这两个真的需要同一个,或没有一个工作尽可能有效。有人做功能验证可以留意。你不应该强迫人们使用一个完全不同的生态系统工具或运行。是EDA行业义不容辞,尽可能简单波形转化为瓦。”

可以创建一个冲突的目标。“随着时间的推移,我已经看到了权力的方法团队开始招聘验证工程师,因为他们与功能回归竞争资源,“古普塔说。“没有功能,芯片没有关系。所以很难对他们游说和运动能力向量,范式转变是权力方法工程师现在写向量对权力。”

结论
大量的投资和创新今天进入权力分析工具,并没有简单的答案。用户被迫权衡之间的大范围的测试和结果的保真度,并评估每个必须做出决定,什么是必要的发展道路。但这只是旅程的开始。

分析方法发展的第一阶段,它需要紧随其后的见解,优化和自动化。其中一些即将到来的同时问题领域继续发展。

“当你从有一个权力集中的能量专注你有额外的自由度,你没有,”Knoth说。“很有意思的,能做些什么来place-and-route和合成。有一些惊人的创新机会一旦你开始考虑能量与力量。”