soc低功耗设计及其技术实现[1]new

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1、万方数据g9卷，第5期电子与封装总第73期V01．9．No．5ELECTRONICS&PACKAGING2009午5月SoC低功耗设计及其技术实现魏敬和1，吴晓洁2，虞致国1(1．中国电子科技集团公司第五十八研究所，江苏无锡214035I2．3M中国有限公司，上海210033)摘要：文章根据低功耗设计理论和方法，分别从系统级、模块级及RTL级三个层次上考虑一款SoC芯片功耗设计。在系统级采用工作模式管理方式，在模块级采用软件管理的方式，RTL级采用门控方式，三种方式的应用大大降低芯片了的功耗。仿

2、真分析表明，该芯片的低功耗设计策略取得了预期的效果，实现了较低的动态功耗与很低的静态功耗。该SoC采用0．18umCMOS工艺库实现，面积为7．8mmx7．8mm，工作频率为80MHz，平均功耗为454．268mW。关键词：低功耗；系统芯片；功耗管理；门控时钟中图分类号：TP302文献标识码：A文章编号：1681-1070(2009)05—0020．04andImplementationinSoCWEIJing—hel，WUXiao-jie2，YUZhi—guo’(1．ChinaElectron

3、icsTechnologyGroupCorpora“onNo．58ResearchInstitute，Wuxi214035，China；2．3MChinaLtd．，Shanghai210033，China)Abstract：AsetofSoClOWpowerdesignmethodsISpresentedandusedtodifierentlevelofASoC．suchassystemlevel，IPmodulelevelandRTLlevel．Insystemleveloperatingmo

4、deisconsidered，inmodulelevelsoftwaremanagementisconsideredandinRTLlevelgatingclockisconsidered．PowersimulationresultsshowthatthestaticanddynamicpoweroftheSoCisquitelow．Thegoalsofthelowpowerdesignmethodsappliedonthedesignareachieved．TheSoChasbeenimple

5、-mentedin0．18“mCMOSprocess，theareais7．8mm×7．8mm，theoperationfrequencyis80MHzandthepowerdissipationisabout454．268mW．Keywords：powerconsumption；SoC；powermanagement；gatingclock引言随着集成电路工艺向着超深亚微米和纳米数量级的飞速发展，当前如何降低集成电路的功耗问题成了与速度、面积同等重要的问题。功耗问题制约着芯片性能的进一步提高，

6、并且增加了集成电路的成本。，．同时由于市场对低功耗芯片的需求不断增加，也对芯片的低功耗提出了进一步的要求。根据摩尔．20．收稿日期：2008-08．28定律(Moore’SLaw)，单位芯片上晶体管的集成度每18个月翻一倍，为了降低芯片由于集成度和性能的快速增长而导致的不断增加功耗，芯片的低功耗设计变得尤为重要。功耗分析主要关心的是在设计过程的不同阶段能对电路功耗做出准确估计。利用功耗分析和估计的结果，结合给定的优化目标，可产生最优的设计方案，确保不违反设计文件中规定的功耗指标，提高设计成功率，

7、在深亚微米时代的集成电路设计中功耗分析更具有重要意义。万方数据第9卷第5期魏敬和，吴晓洁，虞致国：SoC低功耗设计及其技术实现用户定义逻辑DMAC存储器控制器Ⅱ：[Ⅱ高速总线ⅡSRAM32-bitRSIC总线桥CPUlIIc模块SPI模块功耗管理模块Ⅱj。Ⅱ外围总线Ⅱ3[驻‘Timer中断串口I模块控制单元模块用户定义模块图1系统芯片的架构2系统芯片的结构系统芯片的架构如图1所示。整个芯片的规模超过200万门，引脚数目391根。芯片内嵌一个32位的RISC处理器，有存储器控制器、大容量的内嵌SR

8、AM、异步通信模块、同步通信模块以及用户IP模块等。门控时钟技术是一种功耗降低技术。随着深亚微米集成电路和系统芯片(SoC)迅速发展，单芯片电路的规模不断增大，使得控制芯片功耗成为重要的研究课题。动态功耗是CMOS电路功耗的主要来源，但是当电路处于静态即状态保持不变时功耗很小。所以时钟信号通过时钟缓存器构造的时钟网络连接到各个时序单元电路，时钟网络能够提供足够的驱动并且能将时钟偏移控制在一定的范围内。当时序单元中寄存器的状态不需要改变时，关闭寄存器的时钟信号是降低时序电路功耗的一种有效途径。门控