Skaidu dizains ir viena no katras valsts attīstības prioritātēm, un Ķīnas mikroshēmu dizaina nozares paplašināšana palīdzēs samazināt manas valsts atkarību no ārvalstu mikroshēmām. Iepriekšējos rakstos redaktors vienreiz iepazīstināja ar mikroshēmu dizaina virzību uz priekšu un atpakaļ un mikroshēmu dizaina perspektīvām. Šajā rakstā redaktors iepazīstinās jūs ar faktisko mikroshēmas dizaina nodaļu - pulksteņa koka enerģijas patēriņa optimizāciju un realizāciju RFID mikroshēmas dizainā.
1 pārskats
UHF RFID ir UHF radiofrekvenču identifikācijas tagu mikroshēma. Mikroshēma pieņem pasīvās barošanas režīmu: pēc nesēja enerģijas saņemšanas RF priekšējais bloks ģenerē Vdd enerģijas signālu, lai darbinātu visu mikroshēmu. Strāvas padeves sistēmas ierobežojumu dēļ mikroshēma nevar ģenerēt lielu strāvas piedziņu, tāpēc mazjaudas dizains ir kļuvis par galveno izrāvienu mikroshēmas izstrādes procesā. Lai digitālās ķēdes daļa saražotu pēc iespējas mazāku enerģijas patēriņu, digitālās loģikas ķēdes projektēšanas procesā papildus sistēmas struktūras vienkāršošanai (vienkāršas funkcijas satur tikai kodēšanas moduli, dekodēšanas moduli, nejaušu skaitļu ģenerēšanas moduli, pulksteni , atiestatīšanas modulis, atmiņas vadības bloks, kā arī kopējais vadības modulis), dažu ķēžu projektēšanā tiek pieņemts asinhronās ķēdes dizains. Šajā procesā mēs redzējām, ka, tā kā pulksteņa koks patērē lielu daļu digitālās loģikas enerģijas patēriņa (apmēram 30% vai vairāk), pulksteņa koka enerģijas patēriņa samazināšana ir kļuvusi arī par enerģijas patēriņa samazinājumu. digitālā loģika un visas tagu mikroshēmas jauda. Svarīgs solis patēriņam.
2 Mikroshēmas jaudas sastāvs un metodes enerģijas patēriņa samazināšanai
2.1. Enerģijas patēriņa sastāvs
1. attēls Mikroshēmas enerģijas patēriņa sastāvs
Dinamisks enerģijas patēriņš galvenokārt ietver īssavienojuma enerģijas patēriņu un pagrieziena enerģijas patēriņu, kas ir galvenie šī dizaina enerģijas patēriņa komponenti. Īssavienojuma enerģijas patēriņš ir iekšējais enerģijas patēriņš, ko izraisa momentānais īssavienojums, ko izraisa P caurules un N caurules ieslēgšana noteiktā brīdī ierīcē. Apgrozījuma enerģijas patēriņu izraisa slodzes kapacitātes uzlāde un izlāde CMOS ierīces izejā. Noplūdes enerģijas patēriņš galvenokārt ietver enerģijas patēriņu, ko izraisa zemāka sliekšņa noplūde un vārtu noplūde.
Mūsdienās divi vissvarīgākie enerģijas patēriņa avoti ir: kapacitātes pārveidošana un zemākā sliekšņa noplūde.
2.2. Galvenās metodes enerģijas patēriņa samazināšanai
2. attēls Galvenās mikroshēmas enerģijas patēriņa samazināšanas metodes
2.2.1. Samaziniet barošanas spriegumu Vdd
Sprieguma sala: dažādos moduļos tiek izmantoti dažādi barošanas spriegumi.
MulTI līmeņa sprieguma mērogošana: vienā modulī ir vairāki sprieguma avoti. Pārslēdzieties starp šiem sprieguma avotiem atkarībā no dažādiem lietojumiem.
Dinamiskā sprieguma frekvences mērogošana: uzlabota "daudzlīmeņu sprieguma regulēšanas" versija, kas dinamiski pielāgo spriegumu atbilstoši katra moduļa darba frekvencei.
Pielāgot sprieguma mērogošanu: uzlabota DVFS versija, kas izmanto atgriezeniskās saites ķēdi, kas var kontrolēt ķēdes darbību, lai pielāgotu spriegumu.
Apakš sliekšņa ķēde (dizains ir sarežģītāks, un tas joprojām paliek akadēmisko pētījumu jomā)
2.2.2 Samazināt frekvenci f un apgrozījuma ātrumu A
Kodu optimizācija (kopīgu faktoru iegūšana, resursu atkārtota izmantošana, operanda izolēšana, sērijveida darbs, lai samazinātu maksimālo enerģijas patēriņu utt.)
Vārts pulkstenis
Vairāku pulksteņu stratēģija
2.2.3. Samazināt slodzes kapacitāti (CL) un tranzistora izmēru (Wmos)
Samaziniet secīgās vienības
Skaidu laukums un mēroga samazināšana
Procesa jaunināšana
2.2.4 Samazināt noplūdes strāvu Ileak
Vadības sliekšņa spriegums (sliekšņa spriegums) (sliekšņa spriegums ↑ noplūdes strāva ↓, ja izmantojat MTCMOS, VTCMOS, DTCMOS)
Kontrolējiet vārtu spriegumu (vārtu spriegumu) (kontrolējot vārtu avota spriegumu, lai kontrolētu noplūdes strāvu)
Transistora kaudze (savienojiet liekos tranzistorus virknē, palieliniet pretestību, lai samazinātu noplūdes strāvu)
Novietots barošanas avots (barošanas avots vai PSO) (kad modulis nedarbojas, izslēdziet strāvu, lai efektīvi samazinātu noplūdes strāvu)
3 Pulksteņa koka enerģijas patēriņa optimizēšana RFID mikroshēmā
Kad mikroshēma darbojas, lielu enerģijas patēriņa daļu nodrošina pulksteņa tīkla apgrozījums. Ja pulksteņa tīkls ir liels, strāvas zudums, ko izraisa šī daļa, būs ļoti liels. Starp daudzajām mazjaudas tehnoloģijām vārtsargam paredzētajam pulkstenim ir visspēcīgākā ierobežojošā ietekme uz pārsega enerģijas patēriņu un iekšējo enerģijas patēriņu. Šajā dizainā daudzlīmeņu vārtu pulksteņu tehnoloģijas un īpašas pulksteņu koka optimizācijas stratēģijas kombinācija ietaupa lielu enerģijas patēriņa daļu. Šis projekts loģiskajā dizainā izmantoja dažādas enerģijas patēriņa optimizācijas stratēģijas un izmēģināja dažas metodes aizmugures sintēzē un fiziskajā projektēšanā. Veicot vairākas enerģijas optimizācijas un atkārtojumus priekšējā un aizmugurējā daļā, tika atrasta loģiskā koda dizains un minimālais enerģijas patēriņš. Integrētā pieeja.
4.1. Manuāli pievienojiet pulksteņa vērtēšanu RTL posmā
3. attēls Vērtēta pulksteņa shēma
modulis data_reg (En, Data, clk, out)
ievade En, clk;
ievade [7: 0] Dati;
izeja [7: 0] ārā;
vienmēr @ (posedge clk)
if (En) out = Dati;
endmodule
Šī posma mērķis galvenokārt ir divējāds: pirmais ir pievienot norobežotu pulksteņa vienību, lai kontrolētu apgrozījuma ātrumu un saprātīgāk samazinātu dinamisko enerģijas patēriņu atbilstoši katra moduļa pulksteņa apgrozījuma varbūtībai. Otrais ir pēc iespējas vairāk izveidot līdzsvarotu struktūru pulksteņa tīklā. Lai samazinātu enerģijas patēriņu, var garantēt, ka aizmugures pulksteņa koka sintēzes posmā var pievienot dažus pulksteņa buferus. ICG (Integrated Gating) bloku lietuves šūnu bibliotēkā var tieši izmantot faktiskajā koda projektēšanā.
4.2 Instrumenti sintēzes fāzē tiek ievietoti integrētajos vārtos
4. attēls Vērtēta pulksteņa ievietošana loģiskās sintēzes laikā
# Iestatiet pulksteņa vērtēšanas opcijas, max_fanout noklusējums ir neierobežots
set_clock_gating_style -sequential_cell fiksators \
-positive_edge_logic {integrēts} \
-control_point pirms \
-control_signal scan_enable
# Izveidojiet līdzsvarotāku pulksteņa koku, ievietojot “vienmēr iespējotas” ICG
iestatiet power_cg_all_registers patiesu
iestatiet power_remove_redundant_clock_gates patiesu
lasīt_db dizains.gtech.db
top_dizains top
saite
avota dizains.cstr.tcl
#Ievietojiet pulksteņa vārtus
ievietot_ pulksteņa datumu
sastādīt
# Ģenerēt pārskatu par ievietotu pulksteņa pārsegu
report_clock_gating
Šī posma mērķis ir izmantot integrēto instrumentu (DC), lai automātiski ievietotu vārtu bloku, lai vēl vairāk samazinātu enerģijas patēriņu.
Jāatzīmē, ka parametru iestatījumi ICG ievietošanai, piemēram, maksimālais ventilators (jo lielāks ventilators, jo vairāk enerģijas taupīts, jo līdzsvarotāks ventilators, jo mazāks ir šķībs, atkarībā no konstrukcijas, kā parādīts attēlā), un minimālā_bitwidth parametra iestatījums Turklāt ir nepieciešams ievietot parasti atvērtu ICG sarežģītākām vārtu vadības struktūrām, lai pulksteņa tīkla struktūra būtu līdzsvarotāka.
4.3 Enerģijas patēriņa optimizēšana pulksteņa koka sintēzes posmā
5. attēls Divu pulksteņu koku struktūru salīdzinājums (a): daudzlīmeņu dziļuma tips; b): dažu līmeņu plakanais tips
Vispirms iepazīstiniet ar pulksteņa koka visaptverošo parametru ietekmi uz pulksteņa koka struktūru:
Šķībs: pulksteņa šķībs, pulksteņa koka kopējais mērķis.
Ievietošanas aizkave (latentums): pulksteņa ceļa kopējā aizkave, ko izmanto, lai ierobežotu pulksteņa koka līmeņu skaita pieaugumu.
Maksimālais taranstions: maksimālais konversijas laiks ierobežo buferu skaitu, ko var vadīt pirmā līmeņa buferis.
Max Capacitance Max Fanout: maksimālā slodzes kapacitāte un maksimālā ventilācija ierobežo to buferu skaitu, kurus var vadīt pirmā līmeņa buferis.
Pulksteņu koku sintēzes galīgais mērķis vispārējā dizainā ir samazināt pulksteņa šķībumu. Palielinot līmeņu skaitu un samazinot katru ventilācijas līmeni, tiks ieguldīti vairāk buferu un precīzāk līdzsvarots katra pulksteņa ceļa latentums, lai iegūtu mazāku šķībumu. Bet mazjaudas projektēšanai, it īpaši, ja pulksteņa frekvence ir zema, laika prasības nav ļoti augstas, tāpēc ir cerība, ka pulksteņa koka mērogu var samazināt, lai samazinātu pulksteņa koka radīto dinamisko komutācijas enerģijas patēriņu. Kā parādīts attēlā, samazinot pulksteņa koka līmeņu skaitu un palielinot ventilāciju, pulksteņa koka izmēru var efektīvi samazināt. Tomēr, pateicoties buferu skaita samazinājumam, pulksteņa koks ar mazāku līmeņu skaitu nekā daudzlīmeņu pulksteņa koks. Tikai aptuveni līdzsvarojiet katra pulksteņa ceļa latentumu un iegūstiet lielāku šķību. Var redzēt, ka ar mērķi samazināt pulksteņa koka mērogu mazjaudas pulksteņa koka sintēze notiek uz noteiktas šķībuma palielināšanas rēķina.
Konkrēti šai RFID mikroshēmai mēs izmantojam TSMC 0.18um CMOS LOGIC / MS / RF procesu, un pulksteņa frekvence ir tikai 1.92M, kas ir ļoti zema. Šajā laikā, kad pulksteni izmanto pulksteņa koka sintēzei, zemo pulksteni izmanto, lai samazinātu pulksteņa koka mērogu. Enerģijas patēriņa pulksteņa koka sintēze galvenokārt nosaka šķībuma, latentuma un tranzīta ierobežojumus. Tā kā ventilatora ierobežošana palielinās pulksteņa koka līmeņu skaitu un palielinās enerģijas patēriņu, šī vērtība nav iestatīta. Noklusējuma vērtība bibliotēkā. Praksē mēs esam izmantojuši 9 dažādus pulksteņa koka ierobežojumus, un ierobežojumi un visaptveroši rezultāti ir parādīti 1. tabulā.
5 Secinājums
Kā parādīts 1. tabulā, vispārējā tendence ir tāda, ka jo lielāks ir mērķa slīpums, jo mazāks ir pulksteņa koku gala izmērs, jo mazāks pulksteņa koku buferu skaits un mazāks attiecīgais dinamiskās un statiskās enerģijas patēriņš. Tas ietaupīs pulksteņa koku. Patēriņa mērķis. Var redzēt, ka tad, ja mērķa slīpums ir lielāks par 10ns, enerģijas patēriņš būtībā nemainās, bet lielā šķībuma vērtība pasliktinās aizturēšanas laiku un palielinās ievietoto buferu skaitu, labojot laiku. būtu jāpieņem kompromiss. No diagrammas vēlamais risinājums ir Stratēģija 5 un Stratēģija 6. Turklāt, kad tiek izvēlēts optimālais šķībs iestatījums, jūs varat arī redzēt, ka jo lielāka ir pārejas vērtība Max, jo mazāks ir galīgais enerģijas patēriņš. To var saprast kā ilgāku pulksteņa signāla pārejas laiku, jo mazāka nepieciešamā enerģija. Turklāt latentuma ierobežojuma iestatījumu var pēc iespējas palielināt, un tā vērtība maz ietekmē gala enerģijas patēriņu.
citu mūsu produktu:
