数字IC秋招面试专题（四）低功耗设计方法及HVT、UPF介绍

数字IC秋招面试专题（四）低功耗设计方法及HVT、UPF介绍

数字IC秋招面试专题（四）低功耗设计方法及HVT、UPF介绍

• 前言
• 一、低功耗设计方法
• 二、LVT HVT
• 三、UPF

前言

随着芯片工艺越来越先进，功耗也被越来越关注，低功耗设计转变为芯片设计的常态。故这篇blog简单介绍一下主流的低功耗设计方法，本人也只是了解，并不深入。

一、低功耗设计方法

总体而言，低功耗设计被分为三个阶段：

1. RTL阶段：主要是通过门控时钟方法，不是最关键的；
2. 综合阶段：通常用DC对面积、功耗自动优化，可能影响也较小；
3. P&R：这个阶段应该是对功耗影响最大的部分，多阈值电压、多电源多电压、电源关断技术、动态电压与频率调节技术。
   
   

• 门控时钟：直接关闭寄存器的时钟，可以在部分模块使能信号为低时，所有信号停止变化，以此降低翻转功耗；
• 多阈值电压：在时序路径上使用不同阈值电压的器件来降低泄露功耗，高阈值器件泄露功耗低但速度慢，低阈值器件正好相反。所以可以在关键路径上放低阈值器件，非关键路径上放高阈值器件；
• 多电源多电压：对不同的模块可以使用不同的电压域，可以有效降低动态功耗，但是在不同的电压域之间需要电平转换单元（level shifter）；
• 电源关断技术：直接切断模块的供电，这是最有效的降低泄露功耗的办法，但是需要在关断区和非关断区之间加如隔离单元（isolation cell），防止相互影响；
• 动态电压与频率调节技术：通过对系统的信号负载采样，用算法预测电路性能，当预测到电路频率降低时，先降低频率再降低电压；反之，先升高电压再升高频率。
  
  

二、LVT HVT

一谈到低功耗设计，难免会提到LVT和HVT，那么这到底是是什么呢？

HVT（High V threshold）高电压阈值
LVT （Low V threshold）低电压阈值
SVT （Standard V threshold）标准电压阈值

阈值越低，饱和电流越小，延时越小，但是漏电流会变大；
所以按延迟从小到大排序：LVT < SVT < HVT
按功耗从小到大排序：HVT < SVT < LVT

三、UPF

UPF（unified Power Format），是广泛用于低功耗设计和验证的标准功耗格式，由类似TCL的命令组成，用于描述低功耗意图。
这样整个flow的低功耗意图都来自一个文件，降低设计风险。便于多个flow的低功耗验证。

-UPF描述了芯片电源管理的供电网络、isolation cell、level shifter的插入，电源开关的各个方面，它指定如何设计电源网络的一些行为。（具体行为在此就不描述了）

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