基于自适应电压调节的soc芯片低功耗设计与实现

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1、豪．轫大·粤硕士学位论文万方数据基于自适应电压调节的SoC芯片低功耗设计与实现万方数据AdaptiveVoltageScalingbasedSoCLowPowerDesignandImplementationAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYTianChaoxuanSupervisedbyProfessorHUChenSchoolofElectronicScienceandEngineeringS

2、outheastUniversityMay2014万方数据东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：囝重虱堑日期；塑丝生：笪：三东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交

3、学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括以电子信息形式刊登)论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布(包括以电子信息形式刊登)授权东南大学研究生院办理。～繇啦一名：《魄Z川够．6，3万方数据摘要随着集成电路工艺尺寸逐渐缩小，芯片单位面积上的功耗也逐步上升，低功耗成为芯片设计过程中必须要考虑的重要问题。另一方面传统的芯片都是基于最坏情况设计，采用的工作电压过于保守，造成功耗的浪费，

4、在小尺寸先进工艺下尤为显著。自适应电压调节(AdaptiveVoltageScaling，AVS)通过片上时序监测单元实时监测关键路径时序，在关键路径时序较为宽松时降低电压，从而降低功耗，是解决这两个问题的有效手段。本文在调研国内外常用A、，S方法的基础上，确定了将基于通用监测单元的A、，S技术作为主要研究对象。该方法设计了一种与关键路径延时变化趋势最接近的监测路径，以监测路径延时反映关键路径时序。本文首先搭建了一个AVS电路的实现平台——一个小型系统芯片(SystemOllaChip，SoC)，并从理论上分析了监测路径

5、与关键路径延时的关系；然后通过监测效果对比从三种候选的监测路径中选出最优监测路径，进而设计了延时检测单元，完成整个通用监测单元的设计；此后设计了工艺角检测模块和AVS调节模块，选取了不同工艺角下的监测修正系数，提高监测准确性；最后搭建了基于HSIM和VCS的混合仿真平台，对整个设计进行仿真验证。本文采用SMIC0．18衄CMOS工艺，完成了整个SoC从RTL代码到版图的设计，版图面积为1．3×1．3mm2，工作频率为100MHz，AVS调节模块所增加的面积仅为2％。利用HSIM与VCS混合仿真平台仿真，结果表明，在典型情

6、况(TT工艺角、25。C)下工作电压可降低至1．48V，相比于初始工作电压(TT工艺角、1．8V、256C)可以降低33．3％的功耗，即使相比于最坏情况(SS工艺角、1．62V、125。C)仍可以获得15．5％的功耗收益，达到了良好的低功耗效果。关键词：自适应电压调节，低功耗，系统芯片，通用监测单元，关键路径万方数据Abstract册功theshrinkingsizeofintegratedcircuittechnology,thepowerconsumptionperunitareaonchipisgraduallyr

7、ising．Solow-powerdesignhasbecomeallimportantissuethatmustbeconsidered．Ontheoth-erhand，traditionalchipdesignisbasedonmeetingtheworst-casetimingwhichmakesthesupplyvoltagetooconservative．Adaptivevoltagescaling(AVS)isaneffectivemethodtosolvethesetwoproblems，whichutil

8、izingon-chipcriticalpathmonitortoregulatethesupplyvoltagewhencriticalpathtimingisslack．AfterinvestigatingthepopularAVSmethods．thedesignQt划Sbasedonuniversalmoni