Global Sources
電子工程專輯
 
電子工程專輯 > 功率技術/新能源
 
 
功率技術/新能源  

觀點:解決複雜系統的功耗預算挑戰

上網時間: 2012年07月11日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:系統架構級  虛擬平台  功耗估計  Aceplorer  ESL 

作者:Christian Caillon

C Cube Hightech公司創辦人

在性能和成本方面,降低電子設備功耗正在成為一個關鍵的差異化因素。這不僅對可攜式設備(如智慧手機或平板電腦)來說是這樣,對機上盒或電視機等如果功耗得不到很好管理就會發生熱問題的設備來說也是如此。

對於想要滿足OEM規範規定的功耗預算並要儘早作出功耗管理決策的系統架構師及IC設計師來說這確實是一個艱鉅的挑戰。如今諸如時脈選通、功耗選通、記憶體選通、動態電壓頻率調節(DVFS)、多閾值電壓(Multi-Vt)、電晶體動態體偏置等降低功耗方法已經被人們所熟知,但問題是如何最佳化地使用這些技術來確保滿足功耗預算與設備規範要求。

另外,隨著影響上市時間的系統複雜性的提高,工程師們為了滿足功耗指標而付出的工程時間和全部努力也在不斷增加。據估計,約有25%的時間被工程師用在功耗降低技術和分析上面。由於智慧手機和平板電腦中多種應用(電信、網際網路、遊戲和多連線協定)的匯聚,我們還能看到,每種新一代設備都會引入更複雜的使用案例,進而大幅提升了需要進行功耗管理的應用數量。

因此對架構師或SoC設計師來說計算所有這些用例以便估計電池壽命並確保滿足功耗目標確實是一個艱鉅的任務。為了使工作卓有成效,必須在系統設計的很早階段做這種功耗分析,從而真正地驅動電路板上每個子系統的功耗預算,並管理好低功耗實現策略。一些分析報告顯示,70%的功耗節省可以在系統級實現,20%的功耗節省可以在暫存器傳輸級(RTL)實現,只有10%可以在閘級或實體級實現。

在系統級估計功耗可以有多種方法,但最常見的方法仍然是使用一組試算表計算不同模組的功耗然後再累加起來。這是一種統計方法,功耗架構師在不同的工作簿中計算每個模組在每種情況下的工作狀態和功耗。然而,由於只能提供一個功耗數字而非動態的功耗曲線,因此採用試算表方法,很難為功耗降低技術的使用作出假設分析。除此之外,當系統越來越複雜,場景數量不斷增加時,這種技術有很大的侷限性。鑒於整體複雜性和需要管理的公式數量,試算表的維護和更新並不容易,而且需要依賴太多的人力。

第二種方法是利用用於性能分析的虛擬平台並透過向後注釋SystemC或C模型累加功耗數位。這種方法可以提供動態功耗曲線,但有多種缺點。首先,性能模型天生缺乏電壓域概念,一些對功耗有意義的模組無法關聯到性能模擬。雖然我們承認任何物件都可以用C語言程式設計,但將這些概念增加到虛擬平台只會使性能模型變得更加複雜。第二個缺點是這種方法將系統級的功耗估計可用性與時控虛擬平台的可用性聯繫在一起。不僅虛擬平台有時在設計週期中很晚的階段才可用,而且在許多公司裡不同的虛擬平台會由於目的和所需的時序粒度而共存。如此一來,該選用何種虛擬平台呢?

利用虛擬平台估計功耗的第三個缺點,是這種解決方案的可維護性。在專案的實現階段,隨著不同模組的逐步成熟,以及功耗管理軟體的推出,將以周為單位進行整套用例的功耗模擬,以便確保專案始終在功耗預算內。在這一處理過程中,將隨時輸出不同模組在各個點的功耗特徵資料,然後輸入系統級功耗模擬中進行微調。這說明虛擬平台需要管理的資料量十分巨大。因此這種方法要求顯著的開發工作量才能在虛擬平台中實現這種資料流程和模型的修改,同時不會冒險破壞性能建模功能。

另外一種替代性方法是使用專門的ESL工具對功耗進行建模和模擬。這種工具可以根據動態或統計功耗曲線提供較早的功耗估計結果,以便於制定規範,並且允許對功耗架構(電壓集聚、時脈網路、穩壓器)和功耗管理(使用案例)進行假設分析。這種工具還能幫助關聯框架收集所有與功耗有關的資料,以便在實現階段精細調整功耗模型,從而實現功耗預算跟蹤。Aceplorer是Docea Power公司幾年前向EDA市場推薦的一款工具,它提供了一個可靠的工作環境,可以幫助系統工程師簡化功耗估計任務。來自RTL或閘級模擬的靜態和動態功耗資料、基於閘數和時脈頻率的估計或者實驗室測量數位被用來對Aceploere庫提供的每個模組或通用模型子系統進行參數化處理。在Aceplorer環境中捕獲並基於功耗模型的層次化系統描述可用於不同的應用用例和場景。場景由控制功耗狀態和持續時間的測試平台組成。為了提高精度,場景必須考慮處理器負載、匯流排或I/O業務資料、時脈或電壓設置、動態開關等多種因素。當可能的系統活動可以使用驗證工程師提供的VCD格式或從虛擬平台活動中提取的蹤跡時,就允許由軟體直接檢查功耗最佳化效果。

諸如最大功耗圖表、電池動態電流分析、動態功耗分佈等分析報告,都有助於瞭解系統行為、關鍵的功耗貢獻因素,並及時作出正確的決定。

Aceplorer提供的熱解算器可透過計算功耗與溫度之間的耦合關係,提升模擬價值,幫助人們獲得更精確的功耗曲線,並及早檢測出潛在的散熱問題。

系統架構級(ESL)做很早的功耗分析具有極具競爭力的優勢,可以在整個完整的系統設計流程中推動低功耗的硬體和軟體技術開發。像Aceplorer等專用ESL工具提供的平台功耗虛擬化環境提供了一種可靠且高效的方法,不僅能滿足設備功耗預算要求,還能顯著延長智慧手機或平板電腦等行動設備的電池壽命。

作者簡介: (only for online)

Christian Caillon-諮詢服務公司C Cube Hightech的創始人、經理。他在微電子行業擁有35年以上的豐富經驗。在加入C Cube Hightech公司之前,他曾任職於意法半導體和STEricsson公司,先後擔任設計工程技術總監和工具與方法部門總監。他有15年以上的時間在潛心研究從GSM到智慧手機應用的無線低功耗應用和晶片組開發。Christian Caillon於1980年畢業於法國的國立巴黎工藝技術學院。








投票數:   加入我的最愛
我來評論 - 觀點:解決複雜系統的功耗預算挑戰
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