采用分布式监测电路降低芯片功耗的方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910749462.6 (22)申请日 2019.08.14 (71)申请人 洛阳智能农业装备研究院有限公司 地址 471937 河南省洛阳市伊滨区科技大 道21号中意科技园409室 申请人 北京中科晶上科技股份有限公司 (72)发明人 陆会贤王云飞王鹏黄胜操 张玉成陈海华石晶林 (74)专利代理机构 北京理工大学专利中心 11120 代理人 田亚琪刘芳 (51)Int.Cl. G01R 19/165(2006.01) G01R 31/28(2006.01) (54)发明名。

2、称 一种采用分布式监测电路降低芯片功耗的 方法 (57)摘要 本发明公开了一种采用分布式监测电路降 低芯片功耗的方法, 一、 将芯片按照功能模块划 分为多个电压区域, 每个电压区域设置多个监测 电路; 二、 对各个监测电路根据各自的功能设置 电压阈值, 若所监测的电压大于等于自身的电压 阈值, 则输出1, 否则, 输出为0; 三、 对任一电压区 域内电压的调节策略: i.当电压区域内所有监测 电路的输出均为1时, 则降低工作电压; ii.当电 压区域内仅有1个监测电路输出为0时, 则保持现 有电压; iii.当电压区域内有大于1个监测电路 输出为0时, 则提高工作电压, 直到该电压区域内 所有。

3、监测电路均输出为1, 本发明能够获得每个 电压区域内详细、 准确的电路工作状态, 实时调 整每个电压区域的电压。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 110609169 A 2019.12.24 CN 110609169 A 1.一种采用分布式监测电路降低芯片功耗的方法, 其特征在于, 包括以下步骤: 步骤一、 将芯片按照功能模块划分为多个电压区域, 每个电压区域设置多个监测电路; 步骤二、 对各个监测电路根据各自的功能设置电压阈值, 若所监测的电压大于等于自 身的电压阈值, 则输出1, 否则, 输出为0; 步骤三、 对任一电压区域内电压的调节策略: i.当电压区域内所有监测电路的输出。

4、均为1时, 则降低工作电压; ii.当电压区域内仅有1个监测电路输出为0时, 则保持现有电压; iii.当电压区域内有大于1个监测电路输出为0时, 则提高工作电压, 直到该电压区域 内所有监测电路均输出为1。 2.如权利要求1所述的一种采用分布式监测电路降低芯片功耗的方法, 其特征在于, 所 述功能模块包括数据搬移模块、 矩阵运算模块和存储器读写模块。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110609169 A 2 一种采用分布式监测电路降低芯片功耗的方法 技术领域 0001 本发明属于系统芯片的技术领域, 具体涉及一种采用分布式监测电路降低芯片功 耗的方法。 背景技术 0002 随着芯片应用场。

5、景的复杂化, 各种应用对芯片提出的要求越来越高, 为了实现更 多复杂的功能, 芯片的面积逐步增大, 单芯片上晶体管数目越来越多。 而随着半导体工艺技 术的发展, 单颗芯片能够容纳的CMOS管的数目也基本遵从摩尔定律增长。 目前, 复杂芯片中 晶体管的数目已经接近100亿个, 数字芯片普遍采用CMOS工艺制造。 半导体CMOS电路的功耗 来源主要有三种: (1)开关功耗: 电路翻转时对负载电容充电的功耗; (2)短路功耗: 是指 PMOS管和NMOS管同时导通产生的功耗; (3)静态功耗: 晶体管在没有任何活动时, 泄露电流 所消耗的功耗。 0003 CMOS电路的开关功耗, 用公式描述可写为:。

6、 0004 0005 其中, CL为电路总负载电容; Vdd为工作电压; Ptrans为工作电路输出转换的概率, fclock为工作时钟频率; 0006 短路功耗为输入翻转时, PMOS和NMOS同时打开的瞬间电流形成的功耗。 用公式描 述可写为: 0007 PshortTSC*Vdd*Ipeak*fclock 0008 其中, TSC为短路电流的持续时间, Ipeak为短路电流。 0009 通常, 开关功耗和短路功耗二者又合称为动态功耗。 从以上2个公式可以发现, 开 关功耗和短路功耗都与工作电压有直接关系。 尤其是开关功耗与工作电压成平方关系, 降 低电压对于降低功耗的效果将会十分明显。 。

7、0010 举例而言, 如果工作电压为1V, 对应开关功耗为10W, 那么当电压下降10, 即工作 电压为0.9V时, 对应的开关功耗为8.1W, 下降了19。 0011 基于此原理, 现有降低功耗的主要技术包括: 0012 多电压域技术: 最基本的形式就是将芯片划分为不同电压域, 高性能的部分在高 电压域, 低性能要求的部分就分配在低电压域。 举例来说, 一个SOC芯片中, MCU应该工作在 尽可能高的时钟, 则它的电压应该是最高电压; 而外设中的USB模块, 有协议定义的固定速 率, 则只要分配给能满足要求的工作电压即可; 一些平时不工作的模块甚至可以将电压关 断, 也就可使功耗趋于0。 这。

8、样一个芯片中, 就会划分为各种不同的电压域。 但是, 大部分的 芯片并处于最差工艺条件, 导致这种方法采用的工作电压比实际所需电压偏高, 带来功耗 的浪费。 0013 动态电压调整技术: 不采用固定的工作频率, 而是采用负载的大小, 动态实时调整 工作电压的大小。 当工作负载较小时, 可以降低工作电压; 当工作负载较大时, 可以提升工 作电压。 但是, 与多电压域技术的缺陷类似。 不管是采用软件, 或是硬件调整方法, 其出发点 说明书 1/3 页 3 CN 110609169 A 3 都是针对最差工艺条件的, 调整的精度与有效性(时间长短)不会那么精准, 同样会带来功 耗的浪费。 发明内容 0。

9、014 有鉴于此, 本发明提供了一种采用分布式监测电路降低芯片功耗的方法, 能够获 得每个电压区域内详细、 准确的电路工作状态, 实时调整每个电压区域的电压。 0015 实现本发明的技术方案如下: 0016 一种采用分布式监测电路降低芯片功耗的方法, 包括以下步骤: 0017 步骤一、 将芯片按照功能模块划分为多个电压区域, 每个电压区域设置多个监测 电路; 0018 步骤二、 对各个监测电路根据各自的功能设置电压阈值, 若所监测的电压大于等 于自身的电压阈值, 则输出1, 否则, 输出为0; 0019 步骤三、 对任一电压区域内电压的调节策略: 0020 i.当电压区域内所有监测电路的输出均。

10、为1时, 则降低工作电压; 0021 ii.当电压区域内仅有1个监测电路输出为0时, 则保持现有电压; 0022 iii.当电压区域内有大于1个监测电路输出为0时, 则提高工作电压, 直到该电压 区域内所有监测电路均输出为1。 0023 进一步地, 所述功能模块包括数据搬移模块、 矩阵运算模块和存储器读写模块。 0024 有益效果: 0025 本发明采用密布于芯片各个位置的分布式的监测电路, 掌握各个电压区域的电路 状态, 实时调整每个电压区域的电压。 既能够保证功能电路的稳定工作, 又能够更有效降低 芯片工作电压, 比现有方法的更有效地降低芯片功耗。 附图说明 0026 图1为本发明方法的实。

11、现示意图。 具体实施方式 0027 下面结合附图并举实施例, 对本发明进行详细描述。 0028 本发明提供了一种采用分布式监测电路降低芯片功耗的方法, 将整颗芯片划分为 多个电压区域, 一个电压区域布置有多个监测电路。 监测电路能体现某个电压区域内详细、 准确的电路工作状态。 根据监测电路的输出, 实时调整每个电压区域的电压。 本发明的实施 过程具体包括以下步骤: 0029 步骤一、 将芯片按照功能模块划分为多个电压区域, 在每个电压区域的各个物理 位置密集设置多个监测电路, 由于监测电路所占面积极小, 所以对芯片面积基本没有影响。 所述功能模块包括比如数据搬移模块、 矩阵计算模块、 存储器读。

12、写模块等。 0030 步骤二、 对各个监测电路根据各自的功能设置电压阈值, 若所监测的电压大于等 于自身的电压阈值, 则输出1, 否则, 输出为0; 监测电路的关键路径(芯片内晶体管互连时最 长的一条连线为关键路径)比当前芯片各功能电路的关键路径都略短一些, 其比功能电路 能抢先一步检测到工作电压下限。 当监测电路输出为 1 时, 表明工作电压可以满足监测电 说明书 2/3 页 4 CN 110609169 A 4 路时序要求, 功能电路也能正常工作。 而一旦监测电路输出为 0 后, 表明当前工作电压可 以已不能满足监测电路的时序要求, 如果此时进一步降低电压, 功能电路也可能出现错误。 根据。

13、每个监测电路的输出信号, 可实时掌握芯片不同物理位置的CMOS管电路状态。 0031 步骤三、 对任一电压区域内电压的调节策略: 0032 i.当电压区域内所有监测电路的输出均为1时, 则显示此区域内电路工作电压较 高, 可降低工作电压。 0033 ii.当电压区域内仅有1个监测电路输出为0时, 表明此区域电压不能进一步降低, 则保持现有电压; 0034 iii.当电压区域内有大于1个监测电路输出为0时, 则提高工作电压, 直到该电压 区域内所有监测电路均输出为1。 0035 如图1所示, 为本发明方案的一个实施例, 图中最外圈方框表示一颗完整芯片的电 路部分, 图中小方框表示将一颗芯片划分为各个电压区域, 此例为12个电压区域。 图中每个 电压区域内的小圆点表示1个监测电路。 0036 综上所述, 以上仅为本发明的较佳实施例而已, 并非用于限定本发明的保护范围。 凡在本发明的精神和原则之内, 所作的任何修改、 等同替换、 改进等, 均应包含在本发明的 保护范围之内。 说明书 3/3 页 5 CN 110609169 A 5 图1 说明书附图 1/1 页 6 CN 110609169 A 6 。

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内容关键字: 采用 分布式 监测 电路 降低 芯片 功耗 方法
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