Projektimi i çipave është një nga përparësitë e zhvillimit të secilit vend, dhe zgjerimi i industrisë së kinezëve të dizajnit të Kinës do të ndihmojë në uljen e varësisë së vendit tim nga patate të skuqura të huaja. Në artikujt e mëparshëm, redaktori prezantoi një herë rrjedhën përpara dhe të kundërt të dizajnit të çipit dhe perspektivat e dizajnit të çipit. Në këtë artikull, redaktori do t'ju prezantojë kapitullin aktual të dizajnit të çipave - optimizimin dhe realizimin e konsumit të energjisë së pemës së orës në modelin e çipit RFID.
Përmbledhje 1
UHF RFID është një çip i identifikimit të frekuencës radio UHF. Çipi miraton një mënyrë pasive të furnizimit me energji elektrike: pasi merr energjinë e transportuesit, njësia e përparme e RF gjeneron një sinjal të energjisë Vdd për të furnizuar të gjithë çipin për të punuar. Për shkak të kufizimeve të sistemit të furnizimit me energji elektrike, çipi nuk mund të gjenerojë një makinë të madhe aktuale, kështu që dizenjimi me fuqi të ulët është bërë një përparim i madh në procesin e zhvillimit të çipit. Në mënyrë që pjesa e qarkut dixhital të prodhojë sa më pak konsum të energjisë, në procesin e hartimit të qarkut logjik dixhital, përveç thjeshtimit të strukturës së sistemit (funksione të thjeshta, përmban vetëm modulin e kodimit, modulin e dekodimit, modulin e gjenerimit të numrave të rastit, orën , moduli i rivendosjes, njësia e kontrollit të kujtesës Si dhe moduli i përgjithshëm i kontrollit), dizajni i qarqeve asinkron është miratuar në modelimin e disa qarqeve. Në këtë proces, ne pamë se për shkak se pema e orës konsumon një pjesë të madhe të konsumit të energjisë së logjikës dixhitale (rreth 30% ose më shumë), zvogëlimi i konsumit të energjisë së pemës së orës është bërë gjithashtu një zvogëlim i konsumit të energjisë së logjika dixhitale dhe fuqia e të gjithë çipit të etiketave. Një hap i rëndësishëm për konsum.
2 Përbërja e energjisë me çip dhe metodat për të zvogëluar konsumin e energjisë
2.1 Përbërja e konsumit të energjisë
Figura 1 Përbërja e konsumit të energjisë së çipit
Konsumi dinamik i energjisë përfshin kryesisht konsumin e energjisë në qark të shkurtër dhe konsumin e energjisë në lëvizje, të cilat janë përbërësit kryesorë të konsumit të energjisë të këtij projekti. Konsumi i energjisë në qark të shkurtër është konsumi i brendshëm i energjisë, i cili shkaktohet nga qarku i shkurtër i menjëhershëm i shkaktuar nga tubi P dhe tubi N duke u ndezur në një moment të caktuar në pajisje. Konsumi i energjisë i xhiros shkaktohet nga ngarkimi dhe shkarkimi i kapacitetit të ngarkesës në daljen e pajisjes CMOS. Konsumi i energjisë nga rrjedhja kryesisht përfshin konsumin e energjisë të shkaktuar nga rrjedhja e nën pragut dhe rrjedhja e portës.
Sot, dy burimet më të rëndësishme të konsumit të energjisë janë: shndërrimi i kapacitetit dhe rrjedhja e nën-pragut.
2.2 Metodat kryesore për të zvogëluar konsumin e energjisë
Figura 2 Metodat kryesore për të zvogëluar konsumin e energjisë të çipit
2.2.1 Ulni tensionin e furnizimit me energji Vdd
Ishulli i tensionit: Module të ndryshëm përdorin tensione të ndryshme të furnizimit me energji elektrike.
Shkallëzimi i tensionit në nivelin MulTI: Ka burime të shumëfishta të tensionit në të njëjtin modul. Kaloni midis këtyre burimeve të tensionit sipas aplikimeve të ndryshme.
Shkallëzimi i frekuencës dinamike të tensionit: Versioni i azhurnuar i "rregullimit të tensionit me shumë nivele", i cili rregullon dinamikisht tensionin sipas frekuencës së punës së secilit modul.
Shkallëzimi i tensionit AdapTIve: Një version i azhurnuar i DVFS që përdor një qark kthyes që mund të monitorojë sjelljen e qarkut për të rregulluar tensionin në mënyrë adaptive.
Qarku i nën-pragut (dizajni është më i vështirë, dhe ai mbetet akoma në fushën e kërkimit akademik)
2.2.2 Ulja e frekuencës f dhe shkallës së qarkullimit A
Optimizimi i kodit (nxjerrja e faktorëve të zakonshëm, ripërdorimi i burimeve, izolimi i operandit, puna serike për të ulur maksimumin e konsumit të energjisë, etj.)
Ora e mbyllur
Strategjia me shumë orë
2.2.3 Ulni kapacitetin e ngarkesës (CL) dhe madhësinë e tranzitorit (Wmos)
Ulja e njësive sekuenciale
Zona e çipave dhe zvogëlimi i shkallës
Përmirësimi i procesit
2.2.4 Ulja e rrjedhjes së rrjedhjes Ileak
Tensioni i pragut të kontrollit (Tensioni i pragut) (voltazhi i pragut current rryma e rrjedhjes ↓ nëse përdorni MTCMOS, VTCMOS, DTCMOS)
Kontrolloni tensionin e portës (Tensioni i Portës) (duke kontrolluar tensionin e burimit të portës për të kontrolluar rrymën e rrjedhjes)
Transistor Stack (lidhni transistorët e tepërt në seri, rritni rezistencën për të zvogëluar rrymën e rrjedhjes)
Furnizimi me energji elektrike me portë (Power gaTIng ose PSO) (kur moduli nuk punon, fikni energjinë për të zvogëluar në mënyrë efektive rrymën e rrjedhjes)
3 Optimizimi i konsumit të energjisë së pemës së orës në çipin RFID
Kur çipi është duke punuar, një pjesë e madhe e konsumit të energjisë është për shkak të xhiros së rrjetit të orës. Nëse rrjeti i orës është i madh, humbja e energjisë e shkaktuar nga kjo pjesë do të jetë shumë e madhe. Midis shumë teknologjive me fuqi të ulët, ora e mbyllur ka efektin më të fortë të kufizimit në konsumin e rrymës dhe konsumin e brendshëm të energjisë. Në këtë dizajn, kombinimi i teknologjisë së orës me shumë nivele dhe një strategjie speciale për optimizimin e pemës së orës kursen një pjesë të madhe të konsumit të energjisë. Ky projekt përdori një larmi strategjish optimizimi për konsumin e energjisë në modelin logjik, dhe provoi disa metoda në sintezën back-end dhe modelin fizik. Nëpërmjet disa optimizimeve të energjisë dhe përsëritjeve në skajet e përparme dhe të pasme, u gjet projekti i kodit logjik dhe konsumi minimal i energjisë.
4.1 Shtoni manualisht portën e orës në fazën RTL
Figura 3 Diagrami skematik i orës me portë
moduli data_reg (në, të dhëna, clk, jashtë)
hyrja En, clk;
input [7: 0] Të dhëna;
dalja [7: 0] jashtë;
gjithmone @ (posedge clk)
nëse (Në) jashtë = Të dhëna;
endmodule
Qëllimi i kësaj faze është kryesisht i dyfishtë: E para është të shtojmë një njësi të orës me portë për të kontrolluar shpejtësinë e qarkullimit dhe për të zvogëluar konsumin dinamik të energjisë në mënyrë më të arsyeshme, sipas probabilitetit të kthimit të orës të secilit modul. E dyta është prodhimi i një rrjeti ora me një strukturë të ekuilibruar sa më shumë që të jetë e mundur. Mund të garantohet që disa buffer të orës mund të shtohen në fazën e sintezës së pemës së orës së prapme për të zvogëluar konsumin e energjisë. Njësia ICG (Integruar Porta) në bibliotekën e qelizave të shkritores mund të përdoret drejtpërdrejt në modelin aktual të kodit.
4.2 Mjetet në fazën e sintezës futen në portën e integruar
Figura 4 Futja e orës me portë gjatë sintezës logjike
# Vendos opsionet e portës së orës, parazgjedhja max_fanout është e pakufizuar
set_clock_gating_style - shigjeta e qelizës pasuese \
-positive_edge_logic {integruar} \
-control_point para \
-kontrolli_singal i skanimit_mundësohet
# Krijoni një pemë më të ekuilibruar të orës duke futur ICG të "gjithmonë të aktivizuara"
vendosni power_cg_all_registers të vërtetë
vendosni portat e_fuqisë_fshirja_ tepricë_kllok të vërtetë
lexo_db dizajn.gtech.db
krye_dizajni aktual
lidhje
dizajni i burimit.cstr.tcl
# Vendos portën e orës
insert_clock_gating
përpiloj
#Gjeneroni një raport mbi futjen e portës së orës
raport_ora_portë
Qëllimi i kësaj faze është përdorimi i mjetit të integruar (DC) për të futur automatikisht njësinë e mbyllur në mënyrë që të zvogëlohet më tej konsumi i energjisë.
Duhet të theksohet se cilësimet e parametrave për futjen e ICG, të tilla si fanout maksimale (sa më i madh fanout, aq më shumë kursim i energjisë, aq më i ekuilibruar fanout, aq më i vogël është animi, në varësi të modelit, siç tregohet në figurë), dhe vendosja e parametrit minimum_bitwidth Përveç kësaj, është e nevojshme të futni një ICG normalisht të hapur për struktura më komplekse të kontrollit të portës për ta bërë strukturën e rrjetit të orës më të ekuilibruar.
4.3 Optimizimi i konsumit të energjisë në fazën e sintezës së pemës së orës
Figura 5 Krahasimi i dy strukturave të pemës së orës (a): lloji i thellësisë në shumë nivele; (b): tip i rrafshët në disa nivele
Së pari prezantoni ndikimin e parametrave gjithëpërfshirës të pemës së orës në strukturën e pemës së orës:
Kthesë: Kulmi i orës, qëllimi i përgjithshëm i pemës së orës.
Vonesa e futjes (Latente): Vonesa totale e shtegut të orës, e përdorur për të kufizuar rritjen e numrit të niveleve të pemës së orës.
Përkthimi maksimal: Koha maksimale e konvertimit kufizon numrin e bufferëve që mund të nxiten nga bufferi i nivelit të parë.
Kapaciteti maksimal Fanout Max: Kapaciteti maksimal i ngarkesës dhe shkarkimi maksimal kufizojnë numrin e mbrojtësve që mund të drejtohen nga tamponi i nivelit të parë.
Qëllimi përfundimtar i sintezës së pemës së orës në modelin e përgjithshëm është zvogëlimi i animit të orës. Rritja e numrit të niveleve dhe zvogëlimi i çdo niveli të fanout do të investojë më shumë hapësira mbrojtëse dhe do të ekuilibrojë më saktë vonesën e secilës shteg të orës për të marrë një anim më të vogël. Por për dizajnin me fuqi të ulët, veçanërisht kur frekuenca e orës është e ulët, kërkesat për kohën nuk janë shumë të larta, kështu që shpresohet që shkalla e pemës së orës të zvogëlohet për të zvogëluar konsumin e energjisë dinamike të ndërprerjes të shkaktuar nga pema e orës. Siç tregohet në figurë, duke zvogëluar numrin e niveleve të pemës së orës dhe duke rritur madhështinë, madhësia e pemës së orës mund të zvogëlohet në mënyrë efektive. Sidoqoftë, për shkak të zvogëlimit të numrit të bufferëve, një pemë e orës me një numër më të vogël nivelesh sesa një pemë e orës me shumë nivele Thjesht ekuilibroni latencën e secilës shteg të orës dhe merrni një anim më të madh. Mund të shihet se me qëllim të zvogëlimit të shkallës së pemës së orës, sinteza e pemës së orës me fuqi të ulët është në kurriz të rritjes së një animi të caktuar.
Në mënyrë të veçantë për këtë çip RFID, ne përdorim procesin TSMC 0.18um CMOS LOGIC / MS / RF dhe frekuenca e orës është vetëm 1.92M, e cila është shumë e ulët. Në këtë kohë, kur ora përdoret për sintezën e pemës së orës, ora e ulët përdoret për të zvogëluar shkallën e pemës së orës. Sinteza e pemës së orës së konsumit të energjisë përcakton kryesisht kufizimet e shtrembërimit, vonesës dhe tranzitit. Meqenëse kufizimi i shfryrjes do të rrisë numrin e niveleve të pemës së orës dhe do të rrisë konsumin e energjisë, kjo vlerë nuk është vendosur. Vlera e paracaktuar në bibliotekë. Në praktikë, ne kemi përdorur 9 kufizime të ndryshme të pemës së orës, dhe kufizimet dhe rezultatet gjithëpërfshirëse tregohen në Tabelën 1.
Përfundimi i 5
Siç tregohet në Tabelën 1, tendenca e përgjithshme është që sa më i madh të jetë devijimi i synuar, aq më e vogël është madhësia përfundimtare e pemës së orës, aq më i vogël është numri i tamponëve të pemës së orës dhe aq më i vogël është konsumi përkatës i energjisë dinamike dhe statike. Kjo do të kursejë pemën e orës. Qëllimi i konsumit. Mund të shihet se kur shtrembërimi i synuar është më i madh se 10ns, konsumi i energjisë në thelb nuk ndryshon, por vlera e madhe e shtrembërimit do të sjellë përkeqësimin e kohës së mbajtjes dhe do të rrisë numrin e mbrojtësve të futur kur riparoni kohën, kështu që një duhet bërë kompromis. Nga grafiku Strategjia 5 dhe Strategjia 6 janë zgjidhjet e preferuara. Përveç kësaj, kur zgjidhet vendosja optimale e shtrembërimit, mund të shihni gjithashtu se sa më e madhe të jetë vlera e tranzicionit Max, aq më i ulët është konsumi përfundimtar i energjisë. Kjo mund të kuptohet si më e gjatë koha e kalimit të sinjalit të orës, aq më e vogël është energjia e nevojshme. Përveç kësaj, vendosja e kufizimit të latente mund të zgjerohet sa më shumë që të jetë e mundur, dhe vlera e tij ka pak efekt në rezultatin përfundimtar të konsumit të energjisë.
Produkti ynë të tjera:
