本文關(guān)鍵詞：基于28nm GPU芯片低功耗技術(shù)研究及其物理實(shí)現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著半導(dǎo)體工藝的不斷發(fā)展,集成電路在性能和可靠性方面得到不斷提升,與此同時(shí),各種電子移動設(shè)備廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜度也在不斷提高,功耗也隨之增加,這些都使得功耗成為芯片設(shè)計(jì)發(fā)展的重要瓶頸之一。本文主要研究一款28nm GPU芯片的低功耗設(shè)計(jì)方法與物理實(shí)現(xiàn)。在保證設(shè)計(jì)性能的前提下達(dá)到降低功耗的目的。首先論文從理論上介紹了功耗的類型及功耗分析的基本概念,包括IR-drop, Ground bounce, EM,講述了低功耗設(shè)計(jì)中常用的幾種方法：電源門控技術(shù),門控時(shí)鐘技術(shù),多閾值電壓技術(shù)和多電源多電壓技術(shù)。接著重點(diǎn)講述了這些低功耗技術(shù)是如何應(yīng)用在實(shí)際的設(shè)計(jì)中的。通過對數(shù)據(jù)流的分析和電源線寬度及間距的估算,得到相對合理的布局和電源規(guī)劃,在保證電源線充分連接的前提下占用較少的布線資源,為后續(xù)的布局布線預(yù)留出更加充足的布線資源。門控時(shí)鐘的插入實(shí)現(xiàn)了芯片功耗的動態(tài)管理,從而保證低功耗設(shè)計(jì)的要求。同時(shí)利用多閾值單元庫對設(shè)計(jì)進(jìn)行功耗的優(yōu)化,大幅降低了芯片的漏電功耗。最后運(yùn)用功耗分析工具對設(shè)計(jì)進(jìn)行功耗及電壓降的分析,包括對功耗特性的仿真分析,得到IR-drop的梯度圖,同時(shí)又對其電源開啟時(shí)間及過沖電流進(jìn)行分析,結(jié)果表明門控電源網(wǎng)絡(luò)能夠滿足安全性、穩(wěn)定性以及功耗的要求。
【關(guān)鍵詞】：低功耗 電源網(wǎng)絡(luò) 門控時(shí)鐘 物理實(shí)現(xiàn) 功耗分析
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(工程管理與信息技術(shù)學(xué)院)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN402
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 課題研究背景與意義9-10
• 1.2 課題的研究進(jìn)展10-13
• 1.3 課題主要研究內(nèi)容13-15
• 第二章 低功耗設(shè)計(jì)的基本理論15-31
• 2.1 功耗的類型15-17
• 2.1.1 動態(tài)功耗15-16
• 2.1.2 短路功耗16
• 2.1.3 漏電功耗16-17
• 2.2 功耗分析的基本概念17-21
• 2.2.1 IR Drop和Ground Bounce的概念17-19
• 2.2.2 IR-Drop分析對時(shí)序的影響19-21
• 2.2.3 電遷移(EM)效應(yīng)21
• 2.3 低功耗設(shè)計(jì)的思想及方法21-30
• 2.3.1 門級功耗優(yōu)化22-23
• 2.3.2 電源門控技術(shù)23-25
• 2.3.3 門控時(shí)鐘技術(shù)25-26
• 2.3.4 多閾值電壓技術(shù)26-27
• 2.3.5 多電源多電壓域設(shè)計(jì)27-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第三章 GPU芯片低功耗設(shè)計(jì)應(yīng)用及物理實(shí)現(xiàn)31-61
• 3.1 GPU芯片的架構(gòu)31-33
• 3.2 芯片布局及電源網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃33-47
• 3.2.1 芯片布局(Floorplan)33-38
• 3.2.2 電源線寬度的估算38-43
• 3.2.3 電源線間距的估算43-47
• 3.3 電源門控及隔離單元的插入47-52
• 3.3.1 電源門控單元的插入及連接47-51
• 3.3.2 隔離單元的插入51-52
• 3.4 低功耗時(shí)鐘樹的綜合52-56
• 3.5 多閾值單元的優(yōu)化56-60
• 3.6 本章小結(jié)60-61
• 第四章 GPU芯片的功耗及電源完整性仿真結(jié)果分析61-69
• 4.1 功耗及結(jié)果分析61-64
• 4.1.1 功耗分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)備61-62
• 4.1.2 Voltus功耗分析結(jié)果62-64
• 4.2 IR-drop結(jié)果及分析64-65
• 4.3 電源開啟時(shí)間和過沖電流仿真驗(yàn)證65-67
• 4.4 運(yùn)用低功耗技術(shù)節(jié)省功耗對比67-68
• 4.5 本章小結(jié)68-69
• 第五章 結(jié)論與展望69-71
• 參考文獻(xiàn)71-73
• 致謝73-75
• 個(gè)人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的論文與研究成果75

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本文編號：432995