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看电源模块源管理IP如何明显提拔SoC能效
编辑:上海责允电子科技有限公司   发布时间:2019-06-10

SoC性能指标正在发生转变,从纯性能指标(GHz或MIPS)变化为性能服从和最低功耗。这一对于物联网或移动设备至关紧张的新指标正成为汽车,嵌入式体系等各种应用的关键。SoC设计团队可以行使硅IP实现复杂的电源模块源管理,并且可以从经验雄厚的工程师提供的技术支撑中获益,从而缩短产品上市时间(TTM)和项目开发成本。   能效在半导体行业中成为关键   当体系可以简单地插入墙壁以接收电源模块力时,复杂芯片产生的功耗不是真正的题目。最紧张的功能是原始性能,以GHz或MIPS透露表现。然而,随着2000年及以后无线移动设备的大量采用,该指标趋于发生转变。对于电源模块池供电源模块的设备,两次电源模块池充电源模块之间的时间几乎与智能手机的MIPS电源模块量一样紧张。   如今,让我们退后一步,将半导体(和电源模块子)行业视为功耗的来源,包括服务器,存储,高功率计算(HPC),有线网络,4G和5G基站,这些应用都必要高性能。半导体行业协会(SIA)和半导体研究公司(SRC)在2015年发布了“重启IT革命:举措起来”报告,其中包括下图:   看电源模块源管理IP如何明显提拔SoC能效 图1:计算的总能耗(来源:SIA)   显然,数据中间是能耗大户,其他应用能耗(如汽车和物联网)也在提拔,大多数物联网IC都是在边缘体系中。事实上,如今业界已经接受将计算能力(CPU或DSP)纳入边缘体系的需求,由于向上推送数据(到物联网主站)和向下传输数据(一旦处理完数据)显然不是精确的选择。而对于主动驾驶汽车等体系,会出现不可接受的耽误:   本文中,我们将讨论在成熟技术节点上开发的IC的多种应用(与最先辈的节点,如14/16 nm,10 nm或7 nm相对应),在物联网,汽车,消耗电源模块子等可能是也可能不是电源模块池供电源模块的。我们设定的目标是:降低IC功耗,同时保持性能,缩减开发时间和成本,使用雷同的IC,无需电源模块源管理工作,识别潜在题目(噪声容限,串扰等)。本文提出的解决方案可以实现这一目标,对TTM环卫垃圾桶,成本和精确的功能没有任何影响。   看电源模块源管理IP如何明显提拔SoC能效 图2:应用中的电源模块源题目   降低SoC功耗的各种解决方案   如上所述,自2000年以来,无线移动行业一向是电源模块源管理技术的先驱。负责应用处理器SoC的设计团队(如TI的OMAP,其次是高通,三星,苹果等)已经在体系级手机上实施了电源模块源管理策略。电源模块源管理技术特别很是复杂,以至于他们很快意识到在内部电源模块源管理功能(电源模块源管理IC或PMIC)之上必要外部器件。这里的各种解决方案将在SoC内部实施,不必要PMIC,由于目标是保持成本与使用PMIC之前雷同或更低的水平。   这里回顾一下可以降低SoC功耗的各种技术。   电源模块源域管理   在实施任何特定的电源模块力网络IP或配电源模块策略之前,首先要考虑定义电源模块源域。请记住,电源模块源域将根据SoC中的功能块进行定义。一个功能块可以涉及不同类型的单元,例如CPU和数字标准单元块,它们一路与SRAM存储器链接。这些模块可以在不同的电源模块压下从不同的电源模块源获得电源模块能。   定义了各种域,目标是实现特定功率域的特定功率分配,并创建功率岛。每个域可以与SoC的其余部分隔离并断电源模块(或上电源模块),而不会影响其他电源模块源域。我们将在本文后面看到如何部署此电源模块源管理策略。   动态电源模块压频率调节(DVFS)   动态功耗由以下公式透露表现:   看电源模块源管理IP如何明显提拔SoC能效   这里:   看电源模块源管理IP如何明显提拔SoC能效   电源模块源电源模块压和频率的组合对总功耗具有立体影响,由于动态功耗具有对电源模块压的二次依靠性和对频率的线性依靠性。智能节电源模块解决方案可降低工作频率,同时降低电源模块源电源模块压。   重要思想是在给定频率下尽可能降低电源模块源电源模块压,同时仍保持某些功能的精确操作。电源模块压只能降落到某个临界水平,超过此水平就会出现准时故障。   在应用每功能DVFS方法时,假设已定义了每功能电源模块源/时钟域并实施了附加电源模块路,SoC全局功耗可以显明降低,同时保持性能雷同或更好,以便当其它功能保持静默时必要用的功能可以正常运行(即:降低电源模块压)。   笔记本电源模块脑,服务器和移动设备广泛采用动态电源模块压和频率调节(DVFS)来节约能源,而DVFS在其他应用(汽车,消耗电源模块子......)的早期阶段仍处于起步阶段。根据实验效果,DVFS具有明显的节能潜力。DVFS只是控制CMOS电源模块路动态功耗的几种方法之一。我们必须记住,它的使用会带来一系列验证和实现挑衅,但DVFS在降低动态模式下的SoC功耗方面特别很是有用。   看电源模块源管理IP如何明显提拔SoC能效 图3:能耗(动态和漏电源模块)与电源模块压的关系   接近阈值电源模块压   总功率是静态或走漏功率和动态功率的总合。随着电源模块压朝向晶体管阈值电源模块压(Vt)降落,开关功率降低但同时漏电源模块流增长。这意味着必须找到走漏和开关电源模块源之间的最佳组合,如图3所示。   接近阈值电源模块压(NTV)将在提供最小能量的电源模块压范围内选择(参见图3),同时保持功能域工作。NTV是一种出色的电源模块源管理技术,在能效(EE)方面给出了特别很是好的效果,如图4所示。这些效果来自对Intel Pentium的测量,我们可以细致到,0.45 V(接近阈值) ),EE达到每瓦5830 Mips,与额定电源模块压(1.2 V)为1240 Mips / Watt的EE进行比较。第一个瑕玷可以在统一图中看到:在标称电源模块压(1.2 V)下,芯片频率达到915 MHz,而在NTV(0.45 V)时,它只有60 MHz。   NTV可提供出色的效果(功耗和能效),分外是在睡眠或触发模式下,由于SoC无需在此类模式下运行完备性能,例如物联网边缘计算或永久在线传感器。   

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