Çip tasarımı ve üretiminde güç tüketimini azaltmanın ana yolları ve yöntemleri
Halen mevcut MOSFET'i kullanma öncülüğünde, güç tüketimini azaltmak esas olarak dört yolu izler (dördüncüsü aslında ilk üçe bağlıdır):
1. Süreç ölçeklendirme ve paketleme teknolojisi
2. Devre üzerinde optimum ve dengeli tasarım
3. Mantık kapılarının düşük güçlü tasarımı
4. Dinamik voltaj ayarlama teknolojisi
Günümüzde sık sık "silikon yarı iletken teknolojisinin sınırına ulaştığı" denilmektedir.Nano proses teknolojisinin zorluğu açısından daha fazladır.Ancak, pratik uygulamalardaki en gelişmiş 10nm işleminde her zaman düşük verim problemi olmuştur. Mevcut 6. ve 7. nesil CPU'larımız hala 14nm kullanıyor ve günlük uygulamalarda 180nm, 65nm, 28nm ürünleri hala belirli bir orana sahip. (Okulda kullandığım bilgisayar 28nm işlemli 7770 ve Tiandao ile yüksek çözünürlüklü değil)
Yukarıdaki şekildeki W 14nm boyutudur IC'de elde edilebilecek en küçük boyut, nano-proses teknolojisinin üretimini tanımlar.
Daha sonra, güç tüketimini azaltmanın bu dört yolunu, mevcut başarıları ve ileriye dönük olası yolu kısaca tanıtıyoruz.
1. Süreç ölçeklendirme ve paketleme teknolojisi
Ölçeği küçültmenin iki yönü vardır.
IC'deki direnç, kare direnci ile temsil edilir.Yukarıdaki şekilden, ortaokulun seri ve paralel direnci hakkındaki bilgilere göre, farklı boyutlardaki (kareler) kare direncinin aynı malzeme ve kalınlık öncülüğünde olduğunu bilebiliriz. Direncin boyutu eşittir ve bu da ölçeklendirme teknolojisi için teorik destek sağlar.
Entegrasyon seviyesini iyileştirin, ardından güç kaynağı voltajının bir kısmı daha düşük olabilir, böylece güç tüketimi azalabilir.
Şekilde gösterildiği gibi, devredeki teller katmanlıdır (mavi eğik çizgi) Entegrasyon seviyesi ne kadar yüksekse, o kadar çok metal katman yapabiliriz.Arabağlantı ne kadar iyi olursa, iletim gecikmesi ve güç tüketimi o kadar düşük olur. .
Paketleme teknolojisinin güç tüketimi üzerindeki ana etkisi, giriş ve çıkış yongalarının iletişim gücü tüketiminde yatmaktadır.Daha gelişmiş paketleme kullanımı, iletişim güç tüketimini azaltabilir, bu nedenle PCB'yi terk edip MCM'yi kullanıyoruz
2. Devre üzerinde optimum ve dengeli tasarım
Temelde dinamik mantık ve asenkron devrelerin kullanımı
Devreyi kararlı hale getirmek için, statik mantık geçitleri fikrini benimsiyoruz. PMOS ve NMOS'un aşağı çekme devrelerinden oluşan, çıkışın herhangi bir zamanda VDD'ye (mantıkta 1) veya VSS'ye çekilebilmesini sağlayan pull-up devreleri vardır. Sabit (0) değeri yargılanamayacak başka bir değer olmayacaktır.
En yaygın statik mantık kapısı elbette bir PMOS ve bir NMOS'tan oluşan bir invertördür.
Daha karmaşık statik mantık geçitleri, üst ve alt kısımların statik tamamlayıcı kapı adı verilen mantıksal VE VEYA ilişkisinde tamamlayıcı olduğunu görebilir.
Ancak, istikrar için aynı devreyi iki kez yaptığımız görülebilir (her sette PMOS ve NMOS), bu da güç tüketimini düşürdü ve devrenin daha karmaşık hale gelmesine neden oldu.
Hız, alan ve güç tüketimi gereksinimlerini karşılamak için belirli koşullar altında statik tamamlayıcı kapıların yerini alabilecek birkaç isteğe bağlı geçidimiz var. Konservatif bir yaklaşım, en güvenilir statik tamamlayıcı kapıları kullanmaya çalışmak ve ardından bu isteğe bağlı kapıları optimizasyon için kullanmaktır.
Bir PMOS'u, daha küçük bir alana ve basit bir yapıya sahip olan sözde NMOS kapısı adı verilen bir çekme devresi olarak kullanabilirsiniz, ancak hızı yavaştır.
DCVS mantık kapısı, bir aşağı çekme devresi ikili yöntemi kullanır ve çekme devresi, kaçak akım haricinde DC gücü tüketmeyen bir mandal yapısı kullanır.
Domino mantık geçidi, güç tüketimini de azaltabilen bir saat sinyali f sunar. Bununla birlikte, ön şarj tüpünün, gereksiz anahtarlama faaliyetlerini artıran bir saat sinyaline f ihtiyacı vardır.Gerçek kullanımda, bir değiş tokuş yapmak için Domino kullanılarak kaydedilen güç ile saat sinyalinin gücünün dengelenmesine dikkat edilmelidir.
Eşzamansız devre, el sıkışma sinyalini kullanır, böylece yanlış atlamaları ve israfı azaltır. Eşzamansız çalışma, güç tüketimini azaltmaya eşdeğer olan modüller arasındaki koordinasyon programlamaya eşdeğerdir.
Bununla birlikte, asenkron devreler sıralı kontrol devreleri gerektirir ve devre yapısı daha karmaşıktır ve gerçek tasarımda ödünleşimler ve dengeler de gereklidir.
3. Mantık kapılarının düşük güçlü tasarımı
Özellikle, birim haritalama, yol dengeleme, zamanlama ayarı ve kapı boyutu optimizasyonu gibi yöntemler vardır.
Hücre haritalama: tasarımı belirli düşük güçlü hücre kitaplığında benimseyin
Yol dengesi: Ters çevirmenin neden olduğu güç tüketimini önlemek için girişteki çoklu giriş sinyallerinin gecikmelerinin eşit olmasını sağlamak için iletim gecikmesini hesaplayın
Zamanlama ayarı: gecikmeyi ayarlamak için devreye kayıtlar ekleyin
Kapı boyutu optimizasyonu: adından da anlaşılacağı gibi
4. Dinamik voltaj ayarlama teknolojisi
Voltaj küpü, sistemin dinamik tüketimi ile ters orantılıdır.Sistemin dinamik güç tüketimini azaltma yöntemi, esas olarak çalışma frekansını ve besleme voltajını düşürmektir.İşlem kapasitesi, farklı çalışma prosedürlerine göre ayarlanabilir ve dinamik voltaj ayarlama teknolojisi, voltajın dinamik ayarına göre kullanılabilir. Devredeki enerji tüketimi en düşük durumda çalışır.
Farklı kesikli frekans seviyelerinde dinamik gerilim ayarlama kabiliyetine sahip bir sistem üzerinde çalışabilir.Program, yük gereksinimlerine göre birkaç gerilim değeri arasında ayarlanabilir.Enerji ve zaman tüketimi, gerilim seviyesi geçişini etkiler.Bu nedenle, sadece işlemcinin çalışmasını azaltır. Sistemin doğru çalışmasını sağlamak için frekansın voltajda düşürülmesi gerekir.
EETOP WeChat Grubu
EETOP, herkesin iletişim kurmasını ve öğrenmesini kolaylaştırmak için bölgeye göre bazı WeChat grupları kurmuştur. Bölgedeki netizenler kendi alan gruplarına katılabilirler. Gruplar nasıl eklenir: Önce jack_eetop'u arkadaş olarak ekleyin ve aşağıdaki mesajı gönderin: Grup + bölge + birim (veya üniversite) + meslek ekle .
Örneğin: Jiaqun + Beijing + Lida Technology + Digital IC Design
Şu anda, aşağıdaki 5 şehir kümesi ilk olarak açıldı. Koltuklara katılmaya hoş geldiniz.
EETOP Pekin Grubu
EETOP Şangay Grubu
EETOP Shenzhen Grubu
EETOP Chengdu Grubu
EETOP Xi'an Grubu
Robotların katılmasını önlemek için lütfen ilk kez gruba merhaba demek için inisiyatif alın!
QR koduna uzun basın, sahibi arkadaş olarak ekleyin ve sizi gruba çekin
