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新版電源設計標準UPF 3.0出爐

上網時間: 2016年01月19日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:UPF 3.0  統一功率格式  電源設計  功耗  EDA 

3.0版統一功率格式(Unified Power Format,UPF)──官方名稱為IEEE Standard 1801-2015──已經在2015年12月獲得IEEE批准,並將準備好在今年稍早發佈;如同前一代標準,UPF 3.0將透過EDA與半導體產業標準組織Accellera 的捐贈免費提供。

第一代UPF自2007年問世以來已經將近9年,從那時候開始,該標準歷經三代;遺憾的是,EDA業者對於UPF的支援進度稍嫌落後,這會影響到UPF被如何納入設計中,使得工程師們無法利用最新的功能。

最新的3.0標準提供了一些額外的強化,以解決在複雜系統單晶片(SoC)對功耗設計意圖(power intent)的描述;其功能包括經強化的電源狀態與轉換支援、系統級功率支援、新的資訊模型與編程介面,還有由下至上的流程支援。新版本並納入了11個新的UPF指令。

在進一步介紹UPF 3.0之前,我們先來回顧這個標準的發展歷程:

UPF 1.0

Accellera在2007年通過了1.0版的UPF草案,之後該組織將此標準在該年度捐贈給IEEE;UPF是Tcl語言的擴展,1.0版本包含32個指令,提供IC設計工程師一種獨立的硬體設計語言(hardware design language,HDL),用以註解電源設計意圖。

更具體地說,低功耗需求以及約束能在超大型積體電路(VLSI)設計流程中的非常早期階段表明,例如在RTL (register transfer level)階段;讓電子系統設計能將電源/功率列為關鍵考量因素。UPF被用來在一個設計中劃分電源域,每個電源域分別由供電網路的供應埠、電源開關以及供應網來啟動,不同電源域能採取不同策略,以在電源域開關切換時控制邏輯值。

隔離(Isolation)策略是用以確保斷電設計元素未定義的輸出,不會從那些沒有斷電的設計元素中消耗電源;還可以確保特定的邏輯值是由電源域的輸出所驅動。保留(Retention)策略則是指定電源域中有哪些對象需要在斷電時被保留;電平轉換(Level shifter)策略將輸入電壓擺幅的訊號值,轉譯為不同的輸出電壓擺幅。

UPF 2.0

UPF 2.0即是IEEE Standard 1801-2009,在2009年公佈,加入了57個新指令;這個新版本還包含了對先前已存在之指令的大致改善。此外也加入了逐步改善的供應集(Supply sets)概念,用以查詢HDL設計資料的find_objects指令,以及大量的查詢指令。

加總仍然有效的UPF 1.0指令,UPF 2.0包含88個指令:49個功耗設計意圖(Power Intent),以及39個查詢(Query)指令。

UPF 2.0與2.2

在2013年,UPF 2.1 (即IEEE Standard 1801-2013)發佈了11條新UPF指令,新版本包括對現存指令的進一步改善,並導入了功率模型以及中繼(repeater)策略,還有一些電源管理單元定義指令。與原UPF 2.0指令合計,UPF 2.1包含86個指令:46個功耗設計意圖、6個電源管理,以及34個查詢指令。

接著不久之後,IEEE Standard 1801a-2014、也就是UPF 2.2在2014年問世;這個版本並沒有加入新指令,也沒有任何指令移除或是取消。此版本修正了一些UPF 2.1中的技術與編輯性錯誤,消除了與電源狀態、電源供應、優先順序規則與電源管理單元位置的語意描述上的模稜兩可與不一致。

UPF 3.0有什麼新內容?

最新的UPF 3.0──IEEE Standard 1801-2015則是在2015年底完成;這個新版本加入了11個新指令,與原有的UPF 2.2指令加總,共有62個指令,包括51個功耗設計意圖、6個電源管理以及5個查詢指令。

此外還包括對電源狀態與轉換建模的強化概念,以及對逐步改善支援的進展,還有從下至上的佈署方案;這個版本的標準還導入了詳細的資訊模型,能做為強化整套UPF功能與查詢功能的基礎。還有該標準現在提供對零組件功率建模的支援,以在虛擬原型製作應用中進行系統級功率分析。

產業界對UPF的支援

已經有一些EDA工具能支援最新版本UPF版本,例如Verific Design Automation的方案;除了在語法上解析並分析整個UPF語言,一個最新的UPF解析器(parser)應該要能保留與所有UPF物件來源與更新源相關的行/檔案資訊。

典型的UPF設計流程
典型的UPF設計流程
(來源:Verific)

此外需要一個靈活的訊息處理程序(message handler),來為錯誤/警告/資訊等訊息排先後順序或忽略訊息;一旦有UPF規格已經被全面分析與解決,設計工程師應該要能全面瀏覽完整的功耗設計意圖資料結構,並將之與任何隨附的RTL或網表(netlist)內容相關連。

編譯:Judith Cheng

(參考原文: UPF 3.0 is Now Official,by Lawrence Neukom;本文作者來自Verific Design Automation)





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