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1、第35卷第2期微电子学Vol.35,№22005年4月MicroelectronicsApr.2005文章编号:1004-3365(2005)02-0174-06SOC时代低功耗设计的研究与进展王祚栋,魏少军(清华大学微电子学研究所,北京100084)摘要:在片上系统(SOC)时代,芯片内核的超高功耗密度以及移动应用市场对低功耗的无止境需求,使低功耗设计变得日益重要。文章全面系统地介绍了低功耗设计的相关内容,包括背景、原理和不同层次的功耗优化技术,着重介绍了面向SOC的系统级功耗优化技术。通过对已有研究成果按设计抽象层
2、次和系统功能的分析,指出了其优化的全局性不够充分。提出了基于软硬件协同设计的系统功耗优化思路和设计流程,展望了SOC低功耗设计的发展方向。关键词:片上系统;低功耗设计;IC设计中图分类号:TN47文献标识码:AResearchandProgressofLowPowerDesigninSOCEraWANGZuo-dong,WEIShao-jun(InstituteofMicroelectronics,TsinghuaUniversity,Beijing100084,P.R.China)Abstract:InSOCera,
3、theultrahighpowerdensityofthechip,togetherwiththegreedydemandofthemobilemarketforlowpower,makeslowpowerdesignincreasinglyimportant.Thedesignforlowpower,includingitsbackground,principleandtechniques,issystematicallydescribed,withemphasisonsystem-levelpoweroptimiz
4、ationtechnologiestargetedforSOC’s.Throughanalysisoftheexistingstudyresultsbyvariousabstractlevelsandsystemfunctions,aseveredeficiencyofinsufficientglobaloptimalityisdiscovered.Aconstructiveideaforsystempoweroptimizationandadesignflowbasedonhardware/softwareco-de
5、signarepresented.Finally,thedevelopmenttrendofthelowpowerdesignofSOC’sinthefutureisdiscussed.Keywords:System-on-chip;Lowpowerdesign;ICdesignEEACC:2570D的实现平台。然而,在超深亚微米工艺条件下,应用1引言传统的设计方法学实现片上系统,面临着设计、验证复杂度等许多难以有效解决的问题。现有的面向单随着硅工艺水平的提高,单片IC实现更高性能一功能模块电路的设计方法学已不能满足S
6、OC设和更多功能成为可能;另一方面,个人计算和通讯市计需求,因此,建立面向系统的新一代设计方法学势场迅速膨胀,对高性能、多功能、便携式的电子设备在必行。具有越来越广泛的需求,单一芯片集成整个系统功完整的设计方法学包括设计流程、设计工具和能的“片上系统”(SOC)应运而生。SOC固有的单芯设计库等要素,能够满足产品性能、成本及上市时间片特征可大大提高系统性能、降低系统成本、功耗以等约束。随着功耗问题在深亚微米工艺条件的系统及重量和尺寸,满足市场的需求,同时,又使得硅工设计中的瓶颈效应日益凸显,低功耗设计必然成为艺能力得到
7、释放,面向SOC的研发已成为学术界和新一代SOC设计方法学的重要内容。产业界关注的热点。本文全面介绍了低功耗设计的相关内容,重点SOC固有的优势为未来应用提供了一个理想是面向SOC的系统级低功耗设计技术。通过分析已收稿日期:2004-05-12;定稿日期:2004-07-20第2期王祚栋等:SOC时代低功耗设计的研究与进展175有技术的不足,针对性地提出新的基于软硬件协同降低芯片温度,从而降低系统故障率,提高可靠性;设计的研究思路。最后,对SOC低功耗设计今后的4)环保需求。降低功耗可以减少噪声等环境污染,发展方向进行
8、了展望。减少对人体的辐射。目前,已有各种功耗相关标准颁布。2研究背景3低功耗技术研究现状2.1SOC时代的来临3.1基本概念IC自1958年诞生至今,基本遵循了“摩尔定功耗基本定义为能量消耗的速率,如(1)式:律”的发展规律,集成度不断提高,目前已能在单片EIC上集成上亿个晶体管,这使得将系统功能集成到P=(1)t单片IC上成
