Global Sources
電子工程專輯
 
電子工程專輯 > 處理器/DSP
 
 
處理器/DSP  

運用SmartReflex技術減少耗電量

上網時間: 2005年12月23日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:SmartReflex  德州儀器  TI  無線  手機 

前言:SmartReflex技術整合了智慧型和適應性晶片、電路設計與軟體,可解決先進半導體製程帶來的功耗和效能管理問題。該技術可根據元件動作、操作模式和溫度動態調整電壓、頻率和耗電量,並能同時管理DSP等多種處理核心和其它功能塊,解決因深次微米製程微縮而變得更嚴重的晶片層級漏電問題。

無線行動裝置的發展正面臨瓶頸,因為無線手機所匯集的運算、通訊和娛樂應用已導致電源需求快速增加,然而電池的蓄電能力卻無法跟上成長腳步;同時,消費者希望行動裝置能夠精巧到放進口袋裡。晶片層級整合通常是將多個處理核心整合至相同元件,它和深次微米製程都能協助無線產品縮小體積和增加更多功能;但是,更精密的深次微米製程會讓漏電問題更嚴重。無線手機和其它行動裝置製造商必須同時降低耗電量和提高系統效能,也就是以更少的電力做更多的事。

無論現在或未來,無線行動裝置的功耗問題都面臨前所未有挑戰,唯有依靠以製程技術為起點,同時往上延伸到硬體、系統單晶片架構和軟體等所有層面的整體性功耗管理方式才能真正解決此問題。

圖1:SmartReflex技術。

目前,無線電信業者要求手機提供更多功能,能開發各種新應用以增加營收。用戶也有同樣的期待,於是視訊、行動數位電視、高傳真音訊、3D遊戲、數位相機、安全應用和其它功能紛紛加入手機,使得一顆電池至少提供4小時通話時間和超過120小時待機時間的續電能力變得更加挑戰。加上消費者希望行動裝置在提供新應用的同時也要變得更輕薄短小,這些要求促使廠商加速採用更高階的晶片功能整合以及更精密的深次微米製程技術。

低功耗模式、時脈閘控(clock gating)以及動態電壓與頻率調整等傳統功耗管理技術已廣泛用於無線手機、PDA、膝上型電腦和其它需要節省電力的產品。儘管上述技術未來仍將獲得採用,但目前的趨勢卻需要更先進的解決方案來滿足功耗和效能要求。

減少耗電量只是高效能省電應用所需面對的部分挑戰,這些產品現在既要提供更強大的效能,又要減少每種功能的耗電量。匯集於手機的先進應用大都會以遠超過語音通訊功能的速度進行操作,例如無線行動裝置的簡單語音功能通常會在20MHz以下操作,視訊應用的操作速率卻可能達到200MHz以上。單是管理高解析度螢幕的數十萬個像素就會產生數量龐大的處理週期,而且都會消耗電力。唯有可以跨越功能塊界限和包含多種處理核心的新型省電技術才能動態調整系統,在更低功耗下提供高工作效能。

除了電晶體開關動作所導致的動態功耗外,無線行動裝置還需面對元件製程帶來的靜態漏電功耗。廠商需要體積更小和整合度更高的元件才能在消費者要求的精巧產品中增加更多功能,然而製程微縮(例如從90奈米縮小到65奈米)卻會讓靜態功耗指數成長,使其所佔的元件耗電量比重大幅增加。此外在製程技術持續微縮的同時,晶片內建記憶體卻會大幅增加以支援新應用,這些記憶體正是靜態功耗的主要來源。功耗將會以散熱形式流失,而熱量除了讓行動裝置使用者感到不舒服外,還會對裝置效能造成巨大的負面影響,同時降低系統可靠性和耐久性。

系統觀點的功耗管理技術

傳統的電源管理多半以降低動態功耗為主,SmartReflex技術則採整體性做法,以全系統觀點分析耗電量和效能之間的關聯性,解決動態功耗和靜態漏電功耗的問題。SmartReflex技術主要包含三大部份:首先是矽智財(IP);其次是可用於系統單晶片設計層級的多種技術;最後是系統軟體,負責管理由硬體支援的某些SmartReflex技術,這些技術可與作業系統或其它軟體子系統的電源管理技術搭配操作。

圖2:採用SmartReflex技術的OMAP2420處理器。

靜態漏電功耗是SmartReflex技術必須克服重大挑戰之一,因為元件製程越精密,靜態漏電功耗佔元件總功耗的比重就越大。功耗管理電路設計資料庫則是另一種晶片層級SmartReflex技術,這些功耗管理電路能開關和隔離電源以及調整電壓,設計人員可利用它們將元件分成多個功耗域(power domain)以實現更精密的功耗管理。舉例來說,在將元件分為多個功耗域後,處於閒置狀態的功能塊即可進入關機模式或待命模式,確保元件能在更低功耗下繼續提供最佳效能。

除了動態電壓與頻率調整以及時脈閘控等現有的硬體式動態功耗管理技術外,SmartReflex也能在系統單晶片架構層級增加多種新技術來解決靜態漏電功耗問題,如適應性電壓調整(Adaptive Voltage Scaling,AVS)、動態功耗模式切換(Dynamic Power Switching,DPS)以及待機狀態漏電功耗管理(Standby Leakage Management,SLM)等。

而系統軟體層級的SmartReflex技術包括智慧型軟體,用來管理由硬體支援的多種較低階技術,例如SmartReflex技術所含的主機處理器電源管理技術就提供工作量監視器、工作量預測器、資源管理器和裝置驅動器電源管理軟體等多種系統層級功能。此外,SmartReflex架構還包含DSP/BIOS功耗管理軟體。

SmartReflex技術可跨越不同處理核心等許多傳統界限。總體而言,第一代和第二代功耗管理解決方案皆為廠商專屬技術,所能管理的範圍相當有限。這些解決方案僅適用於某些功能塊或處理核心,因此只能解決元件功耗預算的小部份問題;相形之下,SmartReflex技術則能支援多種處理核心、硬體加速器、功能塊、週邊和其它系統元件。此外,SmartReflex系統層級技術對於作業系統或其它功耗管理軟體也完全開放,設計人員可將它們整合在一起來提供協同操作的功耗與效能管理環境。

功耗與效能管理的未來

透過全系統觀點,SmartReflex技術以眾多系統層級知識加速了無線行動裝置的設計,並達到降低功耗的目標。以採用該技術的OMAP2420處理器為例,這顆處理器內含近9,000萬顆電晶體,它在設計中導入了多個SmartReflex功耗管理電路資料庫的矽智財,同時將整顆元件分為5個功耗域,包括處理器核心、加速器、週邊和其它邏輯功能等,均獨立為各自的功耗域,從而讓SmartReflex技術隨著處理作業類型和工作量的不同來控制系統各個功耗域以減少整體耗電量。

市場的力量永不停歇,無線行動裝置和其它使用電池的系統必須不斷增加新功能才能吸引消費者。新風格和產業流行設計會改變行動裝置的產品外型,促使晶片朝向更高整合度和更精密製程前進,這正是低功耗解決方案可以大顯身手的地方。

作者:Brian Carlson

行銷經理

行動電話系統核心技術部

德州儀器




投票數:   加入我的最愛
我來評論 - 運用SmartReflex技術減少耗電量
評論:  
*  您還能輸入[0]個字
*驗證碼:
 
論壇熱門主題 熱門下載
 •   將邁入40歲的你...存款多少了  •  深入電容觸控技術就從這個問題開始
 •  我有一個數位電源的專利...  •  磷酸鋰鐵電池一問
 •   關於設備商公司的工程師(廠商)薪資前景  •  計算諧振轉換器的同步整流MOSFET功耗損失
 •   Touch sensor & MEMS controller  •  針對智慧電表PLC通訊應用的線路驅動器
 •   下週 深圳 llC 2012 關於PCB免費工具的研討會  •  邏輯閘的應用


EE人生人氣排行
 
返回頁首