【摘要】：隨著集成電路和移動終端的迅猛發(fā)展,多媒體時代下對消費類電子產(chǎn)品性能的要求越來越高。同時在續(xù)航能力的約束以及用戶體驗的要求下,功耗無疑是芯片設(shè)計最主要的考慮因素。電壓頻率調(diào)節(jié)(Dynamic Voltage and Frequrncy Scaling, DVFS)技術(shù)和自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)(Adaptive Volttage Scaling, AVS)技術(shù)應(yīng)運而生。而傳統(tǒng)AVS技術(shù)調(diào)節(jié)時間相對較慢,且單一調(diào)節(jié)模式功耗收益有限。本文設(shè)計并實現(xiàn)了DVFS和AVS聯(lián)合調(diào)節(jié)策略及其驗證電路,其中DVFS技術(shù)可以實現(xiàn)相對較快的電壓頻率切換,聯(lián)合使用DVFS和AVS技術(shù)從兩個層次上減小性能裕量,因此可以得到更大的功耗收益。其中(1)通過軟件調(diào)度硬件實現(xiàn)的方式,由上層調(diào)節(jié)信號控制電路底層電源選擇電路模塊進行電壓快速切換實現(xiàn)電源電壓粗調(diào)。(2)通過監(jiān)控與關(guān)鍵路徑延遲最接近的復(fù)制路徑的時序狀況,實現(xiàn)自適應(yīng)電源電壓調(diào)節(jié)。此外,為了使AVS調(diào)節(jié)更為準確,設(shè)計了硅后自校準電路,并采用雙元單元替換的方式構(gòu)造了復(fù)制關(guān)鍵路徑,使其與實際關(guān)鍵路徑盡可能的接近。同時還設(shè)計并實現(xiàn)了AVS控制模塊實現(xiàn)電源電壓細調(diào)。本文采用SMIC 40nm CMOS工藝,完成了整個電路的設(shè)計,同時搭建了一個小型系統(tǒng)芯片(System on Chip, SoC)來驗證本文的聯(lián)合調(diào)節(jié)策略,可實現(xiàn)兩種工作模式,分別為1.1V/250MHz和0.6V/20MHz。通過HSIM與VCS混合仿真平臺下的驗證,標準電壓1.1V下,在典型情況(TT工藝角、25℃)下工作電壓可降低至0.84V,相比于初始工作電壓(TT工藝角、1.1V、25℃)可以降低28.1%的功耗。低電壓0.6V下,在典型情況(TT工藝角、0.6V、25℃)可以降低24.3%的功耗,達到了良好的功耗優(yōu)化效果。同時采用電源選擇電路模塊實現(xiàn)切換時可以達到轉(zhuǎn)換速度為小于600ns,并且轉(zhuǎn)換效率為80%,達到了快速切換的目的,且AVS調(diào)節(jié)模塊所增加的面積僅為2%,面積代價小。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN47
【圖文】：

逡逑降低調(diào)頻延遲，Ｌ：Ａ實現(xiàn)系統(tǒng)性能及功耗的優(yōu)化。其工作原理圖如圖２．４所示。逡逑ｒ￣７］邐Ｉ邋Ｊ］逡逑任務(wù)系巧鬧邋邐邐Ｉ任務(wù)負載逡逑＂信息邐ＣＰＵ信總逡逑＼＿邐Ｖ邐Ｉ邋＿邋Ｖ邋Ｕ逡逑計ex器法巧R%逡逑無關(guān)系統(tǒng)調(diào)用逡逑＾邐灥介段逡逑相似度法識別逡逑義鍵系巧調(diào)用逡逑－廣－逡逑構(gòu)建任務(wù)特征逡逑庫逡逑Ｉ邐應(yīng)用階段逡逑任務(wù)系統(tǒng)調(diào)邋＿＿＿尋找特征＿＾邐ＴＣＤＶＦＳ逡逑用信息邐岸逡逑Ｉ邐ｙ逡逑圖２．４基于任務(wù)行為分析的ＤＶＦＳ工作原理同逡逑硬件監(jiān)控方式：文獻［１９］提出了一種基于監(jiān)測總線的ＰＭＵ模塊，用來有效估計芯片的功耗。逡逑普遍的ＰＭＵ模塊都是監(jiān)控片上內(nèi)核或者氋速緩存，而基于監(jiān)測片上總線（Ｏｎ－Ｃｈｉｐ邋Ｂｕｓ，ＯＣＢ）的逡逑ＰＭＵ可Ｗ更直接地接收片上和片外功能部分的活動信息

5OCBPMU結(jié)構(gòu)

低也比巧多。逡逑為了克服ＰＬＬ模塊頻率調(diào)節(jié)相對緩慢的缺點，文獻口２］通過設(shè)計片內(nèi)的時鐘產(chǎn)生模塊進行工作逡逑頻率切換調(diào)整，該模塊可Ｗ實現(xiàn)二分頻內(nèi)的任意分頻。結(jié)構(gòu)如圖２．６所示，其中包含如下模塊：相逡逑位時鐘發(fā)生（Ｐｈａｓｅ邋Ｃｌｏｃｋ邋Ｇｅｎｅｒａ化）模塊、時鐘挑選（Ｃｌｏｃｋ邋Ｐｉｃｋｅｒ）模塊和選擇控制（Ｓｅｌｅｃｔ邋Ｃｏｎｔｒｏｌ）逡逑模塊。其中相位時鐘生產(chǎn)模塊的作用是產(chǎn)生相位相互偏移的多相位時鐘，為后續(xù)時鐘挑選模塊挑選逡逑時鐘產(chǎn)生拉伸時鐘所用。時鐘挑選模塊，其功能相當于一個多位的選巧器（Ｍｕｘ），通過挑選偏移時逡逑鐘產(chǎn)生拉伸時鐘。選擇控剌模塊，是時鐘拉伸的核屯、，產(chǎn)生控制時鐘挑選模塊的控制信號，根據(jù)需逡逑要的時鐘拉伸幅度選擇不同的相位時鐘。逡逑ｐｙ邋Ｔ邐Ｃ邐相位時鐘生成模塊逡逑ｃｌｏｃｋ］逡逑邐Ｑ．邋０■邋邐Ｓ：邐ｒＱ邐可逡逑／■邐巧邋ｉ［３９邋冷二１邐ｅ邐巧－、＼逡逑控制橫塊邐Ｉ逡逑編碼器邐９邋９邋ｗ邋９邐＾逡逑Ｓｌｏｗ邐）邋Ｉ邐Ｊ邐Ｉ邋Ｌ，邐Ｉ逡逑Ｓｔｅｐ邐＾〉計數(shù)器邋－－邐時鐘挑模塊逡逑Ｉ＇ｂＯ——ｐｉ逡逑ｇａｔｅ＿ｃｌｏｃｋ邐Ｏｕｔ＿ｃｌｏｃｋ邋）逡逑圖２．６時鐘拉伸電路結(jié)構(gòu)逡逑由于受到管腳信號傳輸速度及通信協(xié)議傳輸速率的限制，通常情況下由片外電源管理模塊進逡逑行可變電壓域的供電電源的調(diào)整，如ＤＣ／ＤＣ模塊ＰＳＩ，這種情況下調(diào)劑而通常都是相對緩慢地的。文逡逑獻口４］采用了直接監(jiān)測電源網(wǎng)格的方式

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 陳云;賈剛勇;李曦;張海鵬;;基于任務(wù)行為分析的DVFS機制[J];計算機系統(tǒng)應(yīng)用;2013年10期

相關(guān)會議論文 前1條

1 王志強;馬卓;謝倫國;張少華;;低功耗設(shè)計中電源開關(guān)單元的優(yōu)化組織方法[A];第十七屆計算機工程與工藝年會暨第三屆微處理器技術(shù)論壇論文集（上冊）[C];2013年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 李揚;超大規(guī)模集成電路老化與內(nèi)建自測試研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2013年

本文編號：2797001