發(fā)布時(shí)間：2017-11-01 05:12

  本文關(guān)鍵詞：近閾值絕熱靜態(tài)存儲器設(shè)計(jì)

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【摘要】：高速緩沖存儲器(cache)占據(jù)了高性能微處理器中一半以上的晶體管,而cache通常使用靜態(tài)隨機(jī)存儲器(SRAM)技術(shù),因此SRAM的研究設(shè)計(jì)在半導(dǎo)體行業(yè)中一直是一個(gè)熱點(diǎn)�？煽啃院凸氖荢RAM設(shè)計(jì)所關(guān)心的兩個(gè)大問題,這符合IC設(shè)計(jì)發(fā)展方向中的低功耗設(shè)計(jì)和高可靠性設(shè)計(jì)兩個(gè)研究熱點(diǎn)。SRAM通常包含很多大容量總線,并且被頻繁的訪問,這會消耗很大的功耗,因此低功耗SRAM的需求越來越高。動(dòng)態(tài)功耗一直在總功耗中占據(jù)一個(gè)很大比例。然而當(dāng)集成電路工藝低于100nm時(shí),閾值電壓隨著電源電壓的下降在降低,亞閾值漏電流會因閾值電壓的降低成指數(shù)形式增加,從而導(dǎo)致靜態(tài)功耗增大,靜態(tài)功耗在總功耗中所占的比例也在相應(yīng)的增大。國際半導(dǎo)體藍(lán)圖(ITRS)報(bào)導(dǎo)稱:漏功耗在總功耗中可能占據(jù)主導(dǎo)地位。研究表明基于能量回收技術(shù)的絕熱電路在降低動(dòng)態(tài)功耗方面起到了很重要的作用,因此在基于能量回收電路的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低漏功耗有很重要的研究意義。本課題以SRAM電路作為研究對象,對其動(dòng)態(tài)功耗和靜態(tài)功耗進(jìn)行優(yōu)化。主要對以下幾個(gè)內(nèi)容進(jìn)行研究:1、分析傳統(tǒng)CMOS電路的功耗產(chǎn)生機(jī)制、對絕熱電路原理及絕熱電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。分析漏電流的來源,并且研究漏功耗減小技術(shù)。2、設(shè)計(jì)了傳統(tǒng)CMOS SRAM電路,并設(shè)計(jì)了以四相絕熱CPAL(互補(bǔ)傳輸門絕熱邏輯)電路為驅(qū)動(dòng)電路的SRAM電路以降低動(dòng)態(tài)功耗。進(jìn)一步使用漏功耗減小技術(shù)對CPAL結(jié)構(gòu)的SRAM電路進(jìn)行優(yōu)化。使用HSPICE軟件對設(shè)計(jì)的SRAM電路進(jìn)行仿真,驗(yàn)證了這種絕熱SRAM電路功耗的先進(jìn)性以及漏功耗減小技術(shù)的作用。3、設(shè)計(jì)了四相絕熱PAL-2N(傳輸晶體管絕熱邏輯)電路為驅(qū)動(dòng)電路的SRAM電路,并結(jié)合溝道長度偏置技術(shù)、雙閾值技術(shù)及功控休眠技術(shù)進(jìn)一步對PAL-2N結(jié)構(gòu)的SRAM電路進(jìn)行優(yōu)化。在NCSU PDK 45nm工藝下對所設(shè)計(jì)的SRAM電路采用全定制設(shè)計(jì)的方法從版圖級驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的PAL-2N SRAM電路的總體能耗相比于CMOS SRAM減小了將近70%。4、近閾值技術(shù)是一種簡單直接降低功耗的方法。通過對SRAM電路的工作電壓和工作頻率兩者的衡量,來獲得一個(gè)能耗延時(shí)積的最小點(diǎn),從而得到SRAM電路的近閾值工作電壓值。結(jié)果表明:當(dāng)工作電壓設(shè)置在近閾值區(qū)域時(shí),能耗大大降低了。
【關(guān)鍵詞】：絕熱電路 近閾值技術(shù) 靜態(tài)存儲器 低功耗
【學(xué)位授予單位】：寧波大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP333
【目錄】：

• 引言7-9
• 1 緒論9-12
• 1.1 課題的研究背景9-10
• 1.2 CMOS電路的功耗10
• 1.3 能量回收電路原理10
• 1.4 本課題的研究內(nèi)容和總體框架10-12
• 2 CMOS電路靜態(tài)功耗12-18
• 2.1 CMOS電路漏電流來源12-14
• 2.1.1 亞閾值漏電流12-13
• 2.1.2 柵漏電流13
• 2.1.3 漏源與襯底之間的PN結(jié)反偏漏電流13-14
• 2.2 漏功耗減小技術(shù)14-17
• 2.2.1 功控休眠技術(shù)14-15
• 2.2.2 雙閾值技術(shù)15-16
• 2.2.3 P型電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)16
• 2.2.4 溝道長度偏置技術(shù)16-17
• 2.3 本章小結(jié)17-18
• 3 CPAL SRAM電路設(shè)計(jì)及其優(yōu)化18-38
• 3.1 CPAL電路18-21
• 3.1.1 CPAL電路的基本結(jié)構(gòu)18-20
• 3.1.2 CPAL電路的漏功耗20-21
• 3.2 CPAL SRAM電路的設(shè)計(jì)21-31
• 3.2.1 SRAM存儲單元電路22-27
• 3.2.2 地址譯碼器27-28
• 3.2.3 讀寫驅(qū)動(dòng)電路28-29
• 3.2.4 CPAL SRAM電路29-31
• 3.3 CPAL SRAM電路的優(yōu)化31-37
• 3.3.1 應(yīng)用雙閾值技術(shù)的CPAL SRAM31-33
• 3.3.2 應(yīng)用溝道長度偏置技術(shù)的CPAL SRAM33-35
• 3.3.3 近閾值技術(shù)35-37
• 3.4 本章小結(jié)37-38
• 4 PAL-2N SRAM電路設(shè)計(jì)及優(yōu)化38-56
• 4.1 PAL-2N電路38-40
• 4.1.1 PAL-2N電路的基本結(jié)構(gòu)38-40
• 4.1.2 PAL-2N電路的漏功耗40
• 4.2 PAL-2N SRAM電路及版圖設(shè)計(jì)40-48
• 4.2.1 全定制設(shè)計(jì)方法41-44
• 4.2.2 存儲單元電路以及版圖44-46
• 4.2.3 地址譯碼器電路46
• 4.2.4 讀寫驅(qū)動(dòng)電路以及版圖46-47
• 4.2.5 PAL-2N SRAM電路圖以及版圖47-48
• 4.3 PAL-2N SRAM電路的優(yōu)化48-54
• 4.3.1 應(yīng)用溝道長度偏置技術(shù)的PAL-2N SRAM48-49
• 4.3.2 應(yīng)用雙閾值技術(shù)的PAL-2N SRAM49-50
• 4.3.3 應(yīng)用DTCMOS技術(shù)和溝道長度偏置技術(shù)的PAL-2N SRAM50-51
• 4.3.4 應(yīng)用功控技術(shù)的PAL-2N SRAM電路51-53
• 4.3.5 近閾值技術(shù)53-54
• 4.4 本章小結(jié)54-56
• 5 基于Fin FET技術(shù)的SRAM電路56-63
• 5.1 基于Fin FET晶體管的電路56-58
• 5.2 基于Fin FET晶體管的PAL-2N電路58
• 5.3 SRAM電路58-61
• 5.4 本章小結(jié)61-63
• 6 總結(jié)63-64
• 參考文獻(xiàn)64-67
• 在學(xué)研究成果67-68
• 致謝68-69
• 摘要69-70
• abstract70

【共引文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 蔡小波;張學(xué)杰;;一種基于QoS參數(shù)歸約的云計(jì)算環(huán)境能效評估方法[J];計(jì)算機(jī)工程與科學(xué);2014年12期

2 丁有偉;秦小麟;劉亮;王濤春;;一種異構(gòu)集群中能量高效的大數(shù)據(jù)處理算法[J];計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展;2015年02期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 王慶;面向嵌入式多核系統(tǒng)的并行程序優(yōu)化技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

2 朱素霞;面向多核處理器確定性重演的內(nèi)存競爭記錄機(jī)制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

3 龍賽琴;云存儲系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)布局策略研究[D];華南理工大學(xué);2014年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 劉明超;多存儲層次能效散列連接算法[D];浙江工業(yè)大學(xué);2013年

2 吳巖;QoS約束下的能效查詢處理與優(yōu)化[D];浙江工業(yè)大學(xué);2013年

3 陳金丹;近閾值標(biāo)準(zhǔn)單元包研究[D];寧波大學(xué);2013年

4 陳麒;近閾值絕熱電路設(shè)計(jì)研究[D];寧波大學(xué);2013年

5 李振禮;基于雙邏輯映射技術(shù)的低漏功耗標(biāo)準(zhǔn)單元包設(shè)計(jì)[D];寧波大學(xué);2014年

6 朱紅燕;功率感知DBMS的實(shí)時(shí)功率建模與控制[D];浙江工業(yè)大學(xué);2014年

7 王萌;基于動(dòng)態(tài)電壓與頻率調(diào)節(jié)的能效數(shù)據(jù)庫查詢處理[D];浙江工業(yè)大學(xué);2014年

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本文編號：1125383