芯片設計中的功耗估計與優化技術

(圖8)

通過set_clock_gating_style的下列選擇，設計者可以控制門控單元的選取，如圖9所示。

圖9

選擇考慮：

1)latch：用還是不用，是個問題。

latch-free的方案中，EN信號必須在時鐘負沿前穩定，否則時鐘會出現毛刺， 造成只留給EN產生邏輯半個時鐘周期的時間。latch-based方案則不存在這個限制，但引入latch使時序分析，測試復雜性增加。故選擇哪種方案需要設計者權衡決定。

2)正沿/負沿寄存器需要指定不同的門控單元

比如latch-based方案：正沿FF用and門，負沿FF用or門

3)integrated clock-gating cell/普通單元

在生成庫的過程中，可以創建專門的集成時鐘門控單元，以獲得較好的時序。

4.4.3 時序分析

通過set_clock_gating_style -setup -hold 或 set_clock_gating_check指定。

AND門(圖10)

圖10

OR 門(圖11)

圖11

數值需要考慮到時鐘歪斜的影響。

4.4.4 與dft流程的配合

1) 加入控制點(圖12)

控制點的位置和控制信號可通過下面指令控制：

dc_shell> set_clock_gating_style -control_point before -control_signal scan_enable

圖12

2) 加入觀察點(圖13)

在測試中，EN信號和control logic中的信號是測不到的，解決方式是加入觀測邏輯。

dc_shell> set_clock_gating_style -control_signal test_mode

-observation_point true

-observation_logic_depth depth_value

圖13

在測試模式，觀察邏輯允許觀測ENL信號，在正常操作模式，XOR樹不消耗能量。

3) 測試信號與頂層測試端口連接

時鐘門控單元的測試信號需要和頂層的測試端口相連，通過下指令進行，如圖14所示。

圖14

如果頂層有指定端口，將直接相連，否則，會創建此端口，并連接。

4.4.5 結果

在插入時鐘樹后，可以用report_clock_tree_power來獲得時鐘網絡的功耗信息。

時鐘門控經設計實踐證明是一個行之有效的降低功耗手段，下圖是基于一項真實設計的評估：(見參考文獻[6])

圖15

5 結語

在現代芯片設計中，功耗越來越引起設計者的關注。在本文中，我們首先分析了功耗的組成部分，然后闡述了功耗估算的方法，通過功耗估算可以使設計者在設計初期及時評估設計方案的效率，以便做出最優的選擇。最后，重點分析了功耗優化的手段，包括架構優化，RAM功耗降低，時鐘門控三種技術，并對引進時鐘門控技術時若干難點逐一提出了解決方案，如門控單元選擇，時序分析，測試支持等。功耗分析與優化二者相輔相成，設計者善加使用，方可事半功倍。