ჩიპების შემუშავება თითოეული ქვეყნის განვითარების პრიორიტეტია და ჩინეთის ჩიპების დიზაინის ინდუსტრიის გაფართოება ხელს შეუწყობს ჩემი ქვეყნის დამოკიდებულების შემცირებას უცხოურ ჩიპებზე. წინა სტატიებში რედაქტორმა ერთხელ გააცნო ჩიპების დიზაინის წინ და უკანა დინება და ჩიპების დიზაინის პერსპექტივები. ამ სტატიაში რედაქტორი წარმოგიდგენთ ჩიპების დიზაინის რეალურ თავში - RFID ჩიპების დიზაინის საათის ხის ენერგიის მოხმარების ოპტიმიზაცია და რეალიზაცია.
1 მიმოხილვა
UHF RFID არის UHF რადიოსიხშირული საიდენტიფიკაციო ჩიპი. ჩიპი იყენებს პასიური ელექტრომომარაგების რეჟიმს: გადამზიდავი ენერგიის მიღების შემდეგ, RF ფრონტალური აპარატი წარმოქმნის Vdd დენის სიგნალს, რათა უზრუნველყოს მთელი ჩიპის მუშაობა. ელექტროენერგიის მომარაგების სისტემის შეზღუდვების გამო, ჩიპს არ შეუძლია წარმოქმნას დიდი დენის დრაივი, ამიტომ დაბალი ენერგიის დიზაინი გადაიქცა ჩიპების განვითარების პროცესში. ციფრული წრიული ნაწილის მაქსიმალურად მცირე ენერგიის მოხმარების მიზნით, ციფრული ლოგიკური სქემის დიზაინის პროცესში, სისტემის სტრუქტურის გამარტივებასთან ერთად (მარტივი ფუნქციები, შეიცავს მხოლოდ კოდირების მოდულს, დეკოდირების მოდულს, შემთხვევითი რიცხვის წარმოების მოდულს, საათს , გადატვირთვის მოდული, მეხსიერების მართვის განყოფილება, ისევე როგორც მთლიანი მართვის მოდული), ასინქრონული სქემის დიზაინი მიღებულია ზოგიერთ წრეში. ამ პროცესში დავინახეთ, რომ რადგან საათის ხე ხარჯავს ციფრული ენერგიის ენერგიის მოხმარების დიდ ნაწილს (დაახლოებით 30% ან მეტი), საათის ხის ენერგიის მოხმარების შემცირება ასევე გახდა ენერგიის მოხმარების შემცირება. ციფრული ლოგიკა და მთელი ჩიპის სიმძლავრე. მნიშვნელოვანი ნაბიჯი მოხმარებისთვის.
2 ჩიპის ენერგიის შემადგენლობა და ენერგიის მოხმარების შემცირების მეთოდები
2.1 ენერგიის მოხმარების შემადგენლობა
სურათი 1 ჩიპის ენერგიის მოხმარების შემადგენლობა
დინამიური ენერგიის მოხმარება ძირითადად მოიცავს მოკლედ შერთვის ენერგიის მოხმარებას და ენერგიის ფლიპინ მოხმარებას, რომლებიც ამ დიზაინის ენერგიის მოხმარების ძირითადი კომპონენტებია. მოკლე ჩართვის ენერგიის მოხმარება არის შიდა ენერგიის მოხმარება, რაც გამოწვეულია მყისიერი მოკლე ჩართვით, რომელიც გამოწვეულია P მილის და N მილის მოწყობილობაში გარკვეულ მომენტში ჩართვით. ბრუნვის ენერგიის მოხმარება გამოწვეულია CMOS მოწყობილობის გამოსასვლელში დატვირთვის ტევადობის დატენვით და განმუხტვით. გაჟონვის ენერგიის მოხმარება ძირითადად მოიცავს ელექტროენერგიის მოხმარებას, რომელიც გამოწვეულია ქვესაზღვრის გაჟონვით და ჭიშკრის გაჟონვით.
დღეს, ენერგიის მოხმარების ორი ყველაზე მნიშვნელოვანი წყაროა: ტევადობის გარდაქმნა და ქვეღირის გაჟონვა.
2.2 ენერგიის მოხმარების შემცირების ძირითადი მეთოდები
სურათი 2 ჩიპის ენერგიის მოხმარების შემცირების ძირითადი მეთოდები
2.2.1 შეამცირეთ დენის ძაბვის Vdd
ძაბვის კუნძული: სხვადასხვა მოდულები იყენებენ ელექტროენერგიის სხვადასხვა ძაბვას.
MulTI დონის ძაბვის მასშტაბირება: იმავე მოდულში არსებობს მრავალი ძაბვის წყარო. შეცვალეთ ამ ძაბვის წყაროებს შორის სხვადასხვა პროგრამების შესაბამისად.
დინამიკური ძაბვის სიხშირის მასშტაბირება: "მრავალ დონის ძაბვის რეგულირების" განახლებული ვერსია, რომელიც დინამიურად არეგულირებს ძაბვას თითოეული მოდულის სამუშაო სიხშირის შესაბამისად.
AdapTIve ძაბვის მასშტაბირება: DVFS- ის განახლებული ვერსია, რომელიც იყენებს უკუკავშირის სქემას, რომელსაც შეუძლია მიკროსქემის ქცევის მონიტორინგი ძაბვის ადაპტაციურად შესასწორებლად.
ქვე-ბარიერი წრე (დიზაინი უფრო რთულია და ის კვლავ რჩება აკადემიური კვლევის ფარგლებში)
2.2.2 შეამცირეთ f სიხშირე და ბრუნვის სიჩქარე A
კოდის ოპტიმიზაცია (საერთო ფაქტორების მოპოვება, რესურსების ხელახალი გამოყენება, ოპერაციის იზოლაცია, სერიული სამუშაო პიკური ენერგიის მოხმარების შემცირებაზე და ა.შ.)
კარის საათი
მრავალსაათიანი სტრატეგია
2.2.3 შეამცირეთ დატვირთვის ტევადობა (CL) და ტრანზისტორის ზომა (Wmos)
თანმიმდევრული ერთეულების შემცირება
ჩიპის ფართობი და მასშტაბის შემცირება
პროცესის განახლება
2.2.4 შემცირება გაჟონვის დენის Ileak
კონტროლის ბარიერი ძაბვა (ბარიერი ძაბვა) (ბარიერი ძაბვა ↑ გაჟონვის მიმდინარე current თუ იყენებთ MTCMOS, VTCMOS, DTCMOS)
გააკონტროლეთ კარიბჭის ძაბვა (კარიბჭის ძაბვა) (გადინების დენის კონტროლისთვის კარიბჭის ძაბვის კონტროლით)
ტრანზისტორი დასტის (ზედმეტი ტრანზისტორების დაკავშირება სერიულად, გაზრდის წინააღმდეგობას გაჟონვის დენის შესამცირებლად)
კარის ელექტროენერგიის მიწოდება (Power gaTIng ან PSO) (როდესაც მოდული არ მუშაობს, გამორთეთ ენერგია გადინების დენის ეფექტურად შესამცირებლად)
3 საათის ხის ენერგიის მოხმარების ოპტიმიზაცია RFID ჩიპში
როდესაც ჩიპი მუშაობს, ენერგიის მოხმარების დიდი ნაწილი განპირობებულია საათის ქსელის ბრუნვით. თუ საათის ქსელი დიდია, ამ ნაწილით გამოწვეული ენერგიის დაკარგვა ძალიან დიდი იქნება. დაბალ ენერგიის მრავალ ტექნოლოგიას შორის, კარიბჭის საათს აქვს ყველაზე ძლიერი შემაკავებელი ეფექტი ფლიპის ენერგიის მოხმარებასა და ენერგიის შიდა მოხმარებაზე. ამ დიზაინში, მრავალდონიანი კარიბჭის საათის ტექნოლოგიისა და სპეციალური საათის ხის ოპტიმიზაციის სტრატეგიის კომბინაცია ზოგავს ენერგიის მოხმარების დიდ ნაწილს. ამ პროექტმა გამოიყენა სხვადასხვა ოპტიმიზაციის სტრატეგიები ენერგიის მოხმარებისთვის ლოგიკურ დიზაინში და სცადა გარკვეული მეთოდები უკანაბოლო სინთეზსა და ფიზიკურ დიზაინში. ელექტროენერგიის რამდენიმე ოპტიმიზაციისა და განმეორების საშუალებით წინა და უკანა მხარეებში აღმოჩნდა ლოგიკური კოდის დიზაინი და ენერგიის მინიმალური მოხმარება ინტეგრირებული მიდგომა.
4.1 ხელით დაამატეთ საათის ჭიშკარი RTL ეტაპზე
სურათი 3 კარიბჭის საათის სქემატური დიაგრამა
მოდული data_reg (En, Data, clk, out)
შეყვანა En, clk;
შეყვანა [7: 0] მონაცემები;
გამომავალი [7: 0] გარეთ;
ყოველთვის @ (posedge clk)
if (En) out = მონაცემები;
endmodule
ამ ეტაპის მიზანი ძირითადად ორგვარია: პირველი არის დაამატოთ კარის საათის განყოფილება ბრუნვის სიჩქარის გასაკონტროლებლად და დინამიური ენერგიის მოხმარების შემცირების მიზნით თითოეული მოდულის საათის ბრუნვის ალბათობით მეორე არის მაქსიმალურად დაბალანსებული სტრუქტურის მქონე საათის ქსელის წარმოება. შეიძლება გარანტირებული იყოს, რომ საათის ზოგიერთი ბუფერი შეიძლება დაემატოს უკანა ბოლოს საათის ხის სინთეზის ეტაპზე, ენერგიის მოხმარების შესამცირებლად. ICG (ინტეგრირებული კარიბჭე) დანაყოფი სამსხმელო უჯრედების ბიბლიოთეკაში შეიძლება გამოყენებულ იქნას რეალური კოდის დიზაინში.
4.2 სინთეზის ფაზის ინსტრუმენტები ჩასმულია ინტეგრირებულ ჭიშკარში
სურათი 4 საათის კარის ჩასმა ლოგიკის სინთეზის დროს
# დააყენეთ საათის გასასვლელის ვარიანტები, მაქს_ფანტის ნაგულისხმევი შეუზღუდავია
set_clock_gating_style - შემდეგი_უჯრედი უჯრა \
-positive_edge_logic {ინტეგრირებული} \
-კონტროლის_ წერტილამდე
-კონტროლის_სიგნალის სკანირება
# შექმენით უფრო დაბალანსებული საათის ხე "ყოველთვის ჩართული" ICG ჩასმით
დააყენეთ power_cg_all_registers true
სიმძლავრე დააყენეთ power_remove_redundant_clock_gates
read_db დიზაინი. gtech.db
მიმდინარე_დიზაინის ტოპ
ლინკი
წყაროს დიზაინი. cstr.tcl
# ჩადეთ საათის კარიბჭე
ჩადეთ_ საათის_კარი
შედგენა
# შეიტანეთ ანგარიში ჩასმული საათის ჭიშკრის შესახებ
ანგარიში_ საათის_გართი
ამ ეტაპის მიზანია ინტეგრირებული ხელსაწყოს (DC) გამოყენება კარიბჭეზე ავტომატურად ჩასასმელად ენერგიის მოხმარების კიდევ უფრო შემცირების მიზნით.
უნდა აღინიშნოს, რომ პარამეტრის პარამეტრი ICG ჩასასმელად, მაგალითად, მაქსიმალური ფანტაზია (რაც უფრო დიდია fanout, მით მეტი ენერგიის დაზოგვა, მით უფრო დაბალანსებული fanout, მით უფრო მცირეა skew, რაც დამოკიდებულია დიზაინზე, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახატზე), და minimum_bitwidth პარამეტრის პარამეტრი გარდა ამისა, საჭიროა ჩასვათ ნორმალურად ღია ICG უფრო რთული კარიბჭის მართვის სტრუქტურებისთვის, რათა საათის ქსელის სტრუქტურა უფრო დაბალანსებული იყოს.
4.3 ენერგიის მოხმარების ოპტიმიზაცია საათის ხის სინთეზის ეტაპზე
სურათი 5 საათის ხის ორი სტრუქტურის შედარება (ა): მრავალდონიანი სიღრმის ტიპი; (ბ): რამდენიმე დონის ბრტყელი ტიპი
პირველი გააცანით საათის ხის სრულყოფილი პარამეტრების გავლენა საათის ხის სტრუქტურაზე:
დახრილობა: საათის დახრა, საათის ხის მთავარი მიზანი.
ჩასმის შეფერხება (შეყოვნება): საათის ბილიკის სრული შეფერხება, რომელიც გამოიყენება საათის ხის დონის რაოდენობის ზრდის შესაზღუდავად.
მაქსიმალური გადაადგილება: გადაქცევის მაქსიმალური დრო ზღუდავს ბუფერების რაოდენობას, რომელთა მართვაც შესაძლებელია პირველი დონის ბუფერით.
Max Capacitance Max Fanout: მაქსიმალური დატვირთვის ტევადობა და მაქსიმალური fanout ზღუდავს ბუფერების რაოდენობას, რომელთა მართვაც შეიძლება პირველი დონის ბუფერით.
ზოგადი დიზაინის საათის ხის სინთეზის საბოლოო მიზანია საათის დახრილობის შემცირება. დონის რაოდენობის გაზრდა და fanout- ის თითოეული დონის შემცირება უფრო მეტ ბუფერულ ინვესტიციას განახორციელებს და თითოეული საათის გზის შეყოვნებას უფრო ზუსტად დააბალანსებს, რომ მცირე ზომის გადახრა მოხდეს. მაგრამ დაბალი ენერგიის დიზაინისთვის, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც საათის სიხშირე დაბალია, დროის მოთხოვნები არ არის ძალიან მაღალი, ამიტომ იმედი გვაქვს, რომ საათის ხის მასშტაბი შეიძლება შემცირდეს, რათა შეამციროს დინამიური ჩართვის ენერგიის მოხმარება, რომელიც გამოწვეულია საათის ხის მიერ. როგორც ნახატზეა ნაჩვენები, საათის ხის დონის რაოდენობის შემცირებით და ფანტის გაზრდით, საათის ხის ზომა შეიძლება ეფექტურად შემცირდეს. ამასთან, ბუფერების რაოდენობის შემცირების გამო, საათის ხე უფრო მცირე რაოდენობის დონით, ვიდრე მრავალდონიანი საათის ხე, უხეშად დააბალანსეთ თითოეული საათის გზის შეყოვნება და მიიღეთ უფრო დიდი გადახრა. ჩანს, რომ საათის ხის მასშტაბის შემცირების მიზნით, დაბალი ენერგიის საათის ხის სინთეზი გარკვეული დახრილობის გაზრდის ხარჯზე ხდება.
კონკრეტულად ამ RFID ჩიპისთვის ჩვენ ვიყენებთ TSMC 0.18um CMOS LOGIC / MS / RF პროცესს და საათის სიხშირე მხოლოდ 1.92 მ-ია, რაც ძალიან დაბალია. ამ დროს, როდესაც საათს იყენებენ საათის ხის სინთეზისთვის, დაბალი საათი გამოიყენება საათის ხის მასშტაბის შესამცირებლად. ენერგიის მოხმარების საათის ხის სინთეზი ძირითადად აყალიბებს დახრილობის, შეყოვნებისა და ტრანზიტის შეზღუდვებს. ვინაიდან fanout- ის შეზღუდვა გაზრდის საათის ხის დონის რაოდენობას და გაზრდის ენერგიის მოხმარებას, ეს მნიშვნელობა არ არის დაყენებული. ნაგულისხმევი მნიშვნელობა ბიბლიოთეკაში. პრაქტიკაში, ჩვენ გამოვიყენეთ საათის ხის 9 განსხვავებული შეზღუდვა და შეზღუდვები და ყოვლისმომცველი შედეგები ნაჩვენებია ცხრილში 1.
5 დასკვნა
როგორც ცხრილი 1-შია ნაჩვენები, ზოგადი ტენდენციაა ის, რომ რაც უფრო დიდია მიზნის დახრილობა, მით უფრო მცირეა საათის ხის საბოლოო ზომა, მით უფრო მცირეა საათის ხის ბუფერული რაოდენობა და მით უფრო მცირეა შესაბამისი დინამიური და სტატიკური ენერგიის მოხმარება. ეს დაზოგავს საათის ხეს. მოხმარების მიზანი. ჩანს, რომ როდესაც სამიზნე დახრილობა მეტია 10 n, ენერგიის მოხმარება ძირითადად არ იცვლება, მაგრამ დიდი დახრილობის მნიშვნელობა გამოიწვევს გამართვის დროის გაუარესებას და გაზრდის ბუფერების რაოდენობას ჩასმული დროის შეკეთებისას, ასე რომ კომპრომისი უნდა გაკეთდეს. სქემადან სტრატეგია 5 და სტრატეგია 6 სასურველი გადაწყვეტილებებია. გარდა ამისა, როდესაც ოპტიმალური დახრის პარამეტრია შერჩეული, თქვენ ასევე ხედავთ, რომ რაც უფრო დიდია მაქს გადასვლის მნიშვნელობა, მით უფრო დაბალია ენერგიის საბოლოო მოხმარება. ეს შეიძლება გავიგოთ, როგორც რაც უფრო გრძელია საათის სიგნალის გადასვლის დრო, მით უფრო მცირეა საჭირო ენერგია. გარდა ამისა, შეყოვნების შეზღუდვის პარამეტრი შეიძლება მაქსიმალურად გაიზარდოს და მისი მნიშვნელობა მცირედ მოქმედებს ელექტროენერგიის მოხმარების საბოლოო შედეგზე.
ჩვენი სხვა პროდუქტი:
