Oblikovanje čipov je ena od razvojnih prednostnih nalog vsake države, širitev kitajske industrije oblikovanja čipov pa bo pripomogla k zmanjšanju odvisnosti moje države od tujih čipov. V prejšnjih člankih je urednik enkrat predstavil naprej in nazaj tok oblikovanja čipov in možnosti oblikovanja čipov. V tem članku vam bo urednik predstavil dejansko poglavje o zasnovi čipov - optimizacijo in izvedbo porabe energije drevesa ure pri zasnovi čipa RFID.
1 Pregled
UHF RFID je UHF radiofrekvenčni identifikacijski čip. Čip sprejme pasivni način napajanja: po prejemu nosilne energije RF čelna enota generira Vdd napajalni signal, s katerim celoten čip deluje. Zaradi omejitev sistema napajanja čip ne more ustvariti velikega trenutnega pogona, zato je zasnova z nizko porabo energije postala velik preboj v procesu razvoja čipa. Da bi del digitalnega vezja v postopku načrtovanja digitalnega logičnega vezja proizvedel čim manj porabe energije, poleg poenostavitve sistemske strukture (preproste funkcije vsebuje le modul za kodiranje, modul za dekodiranje, modul za generiranje naključnih števil, uro , ponastavitveni modul, krmilna enota pomnilnika Kot celoten krmilni modul) je pri zasnovi nekaterih vezij sprejeta tudi asinhrona zasnova vezja. V tem procesu smo videli, da ker drevo ure porabi velik del porabe energije digitalne logike (približno 30% ali več), je zmanjšanje porabe energije drevesa ure postalo tudi zmanjšanje porabe energije digitalna logika in moč celotnega čipa. Pomemben korak pri porabi.
2 Sestava moči čipa in načini za zmanjšanje porabe energije
2.1 Sestava porabe energije
Slika 1 Sestava porabe energije čipa
Dinamična poraba energije v glavnem vključuje porabo energije kratkega stika in preklopno porabo energije, ki sta glavni sestavni deli porabe energije te zasnove. Poraba energije kratkega stika je notranja poraba energije, ki jo povzroči trenutni kratek stik, ki ga v določenem trenutku v napravi vklopi P-cev in N-cev. Prometno porabo energije povzroča polnjenje in praznjenje nosilnosti na izhodu naprave CMOS. Poraba energije pri uhajanju v glavnem vključuje porabo energije, ki jo povzroča podpražno puščanje in puščanje vrat.
Danes sta dva najpomembnejša vira porabe energije: pretvorba kapacitivnosti in uhajanje pod pragom.
2.2 Glavne metode za zmanjšanje porabe energije
Slika 2 Glavne metode za zmanjšanje porabe energije čipa
2.2.1 Zmanjšajte napajalno napetost Vdd
Otok napetosti: različni moduli uporabljajo različne napetosti napajanja.
Merjenje napetosti na več nivojih: V istem modulu je več napetostnih virov. Preklapljajte med temi napetostnimi viri glede na različne aplikacije.
Dinamično skaliranje frekvence napetosti: Nadgrajena različica "večstopenjske nastavitve napetosti", ki dinamično prilagaja napetost glede na delovno frekvenco vsakega modula.
AdapTIve Voltage Scaling: Nadgrajena različica DVFS, ki uporablja povratno vezje, ki lahko spremlja vedenje vezja za prilagodljivo napetost.
Podpražno vezje (oblikovanje je težje in še vedno ostaja v obsegu akademskih raziskav)
2.2.2 Zmanjšajte frekvenco f in stopnjo prometa A
Optimizacija kode (pridobivanje pogostih dejavnikov, ponovna uporaba virov, izolacija operanda, serijsko delo za zmanjšanje največje porabe energije itd.)
Zaprta ura
Več urna strategija
2.2.3 Zmanjšajte nosilnost (CL) in velikost tranzistorja (Wmos)
Zmanjšajte zaporedne enote
Zmanjšanje površine čipov in obsega
Nadgradnja procesa
2.2.4 Zmanjšajte tok puščanja Ileak
Nadzorna mejna napetost (prag napetosti) (prag napetosti ↑ tok uhajanja ↓, če uporabljate MTCMOS, VTCMOS, DTCMOS)
Nadzirajte napetost vrat (napetost vrat) (z nadzorom napetosti vrat-vrat za nadzor toka uhajanja)
Sklop tranzistorjev (zaporedno povežite odvečne tranzistorje, povečajte upor, da zmanjšate tok uhajanja)
Zaprt napajalnik (napajalnik ali PSO) (ko modul ne deluje, izklopite napajanje, da učinkovito zmanjšate tok uhajanja)
3 Optimizacija porabe energije drevesa ure v čipu RFID
Ko čip deluje, je velik del porabe energije posledica prometa urnega omrežja. Če je omrežje ure veliko, bo izguba moči, ki jo povzroči ta del, zelo velika. Med številnimi tehnologijami z nizko porabo energije ima zaklenjena ura najmočnejši omejevalni učinek na porabo energije in notranjo porabo energije. V tej zasnovi kombinacija večstopenjske tehnologije urnih ur in posebne strategije optimizacije drevesnih ur prihranijo velik del porabe energije. Ta projekt je uporabil različne optimizacijske strategije za porabo energije pri logičnem načrtovanju in preizkusil nekatere metode v zaledni sintezi in fizičnem načrtovanju. Z več optimizacijami moči in ponovitvami v sprednjem in zadnjem delu je bila ugotovljena zasnova logične kode in minimalna poraba energije Integrirani pristop.
4.1 Ročno dodajte krmiljenje ure v fazi RTL
Slika 3 Shematski diagram zaprte ure
modul data_reg (En, Data, clk, out)
vhod En, clk;
vhod [7: 0] Podatki;
izhod [7: 0] ven;
vedno @ (posedge clk)
if (En) out = Podatki;
endmodule
Namen te stopnje je v glavnem dvojen: prvi je dodati zaklenjeno urno enoto za nadzor stopnje prometa in bolj smiselno zmanjšati dinamično porabo energije glede na verjetnost obrata ure za vsak modul. Drugi je čim bolj izdelati urno mrežo z uravnoteženo strukturo. Zagotovljeno je lahko, da je v fazi sinteze vmesnega drevesa ure mogoče dodati nekaj medpomnilnikov ure, da se zmanjša poraba energije. Enoto ICG (integrirano zapiranje) v knjižnici celic livarne je mogoče neposredno uporabiti pri dejanskem načrtovanju kode.
4.2 Orodja v fazi sinteze so vstavljena v integrirana vrata
Slika 4 Vstavljanje ure med zaviranjem med logično sintezo
# Nastavite možnosti urejanja ure, privzeta vrednost max_fanout je neomejena
set_clock_gating_style -sekvenčni_zaklep celice \
-positive_edge_logic {integrirano} \
-control_point pred \
-kontrolni_signal skeniranje_omogočeno
# Ustvarite bolj uravnoteženo drevo ure, tako da vstavite »vedno omogočene« ICG-je
nastavi power_cg_all_registers true
nastavite power_remove_redundant_clock_gates true
read_db design.gtech.db
current_design vrh
povezava
vir design.cstr.tcl
#Vstavite ure
vstavi_urno_preklop
zbiranje
# Ustvari poročilo o vstavljenem načinu ure
report_clock_gating
Namen te stopnje je uporaba integriranega orodja (DC) za samodejno vstavljanje zaprte enote, da se dodatno zmanjša poraba energije.
Upoštevati je treba, da so nastavitve parametrov za vstavljanje ICG, na primer največji odtok (večji je odtok, več prihranka energije, bolj uravnotežen je odtok, manjši preoblikovanje, odvisno od zasnove, kot je prikazano na sliki) in nastavitev parametra minimum_bitwidth Poleg tega je treba vstaviti normalno odprt ICG za bolj zapletene strukture nadzora vrat, da bo struktura urne mreže bolj uravnotežena.
4.3 Optimizacija porabe energije v fazi sinteze urnega drevesa
Slika 5 Primerjava dveh drevesnih struktur ure (a): večstopenjski tip globine; (b): stanovanjski tip na nekaj nivojih
Najprej predstavite vpliv obsežnih parametrov drevesa ure na strukturo drevesa ure:
Nagib: nagib ure, splošni cilj drevesa ure.
Zakasnitev vstavljanja (zakasnitev): skupna zakasnitev poti ure, ki se uporablja za omejevanje povečanja števila stopenj drevesa ure.
Max taranstion: Najdaljši čas pretvorbe omejuje število medpomnilnikov, ki jih lahko poganja medpomnilnik prve stopnje.
Max Capacitance Max Fanout: Največja nosilnost in največja odpustnost omejujeta število odbojnikov, ki jih lahko poganja vmesnik prve stopnje.
Končni cilj sinteze dreves ure v splošnem načrtovanju je zmanjšati nagib ure. Če povečate število stopenj in zmanjšate vsako stopnjo navdušenja, boste vložili več medpomnilnikov in natančneje uravnotežili zakasnitev vsake poti ure, da boste dobili manjši nagib. Toda pri zasnovi z majhno porabo energije, zlasti kadar je frekvenca ure nizka, zahteve glede časa niso zelo visoke, zato upamo, da je mogoče obseg drevesa ure zmanjšati, da se zmanjša dinamična preklopna poraba energije, ki jo povzroči drevo ure. Kot je prikazano na sliki, lahko z zmanjšanjem števila stopenj drevesa ure in povečanjem odklona velikost drevesa ure učinkovito zmanjšamo. Zaradi zmanjšanja števila medpomnilnikov pa drevo ure z manjšim številom stopenj kot drevo ure na več ravneh. Približno uravnotežite zakasnitev vsake poti ure in dobite večji nagib. Vidimo lahko, da s ciljem zmanjšanja obsega drevesa ure sinteza drevesa z nizko porabo vpliva na povečanje določenega nagiba.
Natančneje za ta čip RFID uporabljamo postopek TSMC 0.18um CMOS LOGIC / MS / RF, urna frekvenca pa je le 1.92 milijona, kar je zelo nizko. V tem času, ko se ura uporablja za sintezo drevesa ure, se nizka ura uporablja za zmanjšanje obsega drevesa ure. Sinteza drevesa ure porabe energije v glavnem določa omejitve preusmeritve, zakasnitve in prehoda. Ker bo omejitev odklona povečala število stopenj ure in povečala porabo energije, ta vrednost ni nastavljena. Privzeta vrednost v knjižnici. V praksi smo uporabili 9 različnih omejitev drevesne ure, omejitve in izčrpni rezultati pa so prikazani v tabeli 1.
Zaključek 5
Kot je prikazano v tabeli 1, je splošni trend, da večja kot je ciljna naklon, manjša je končna velikost drevesa ure, manjše je število odbojnikov ure drevesa in manjša je ustrezna dinamična in statična poraba energije. To bo rešilo drevo ure. Namen porabe. Vidimo lahko, da ko je ciljni nagib večji od 10 ns, se poraba energije v bistvu ne spremeni, vendar bo velika poševna vrednost povzročila poslabšanje časa zadrževanja in povečala število vstavljenih odbojnikov pri popravljanju časa, zato sklepati kompromis. Iz grafikona sta prednostni rešitvi Strategija 5 in Strategija 6. Poleg tega lahko, ko je izbrana optimalna nastavitev nagiba, vidite tudi, da večja kot je največja vrednost prehoda Max, nižja je končna poraba energije. To lahko razumemo kot daljši čas prehoda urnega signala, manjša je potrebna energija. Poleg tega lahko nastavitev omejitve zakasnitve čim bolj razširimo in njegova vrednost le malo vpliva na končni rezultat porabe energije.
Naš drugi izdelek:
