Ubunifu wa Chip ni moja ya vipaumbele vya maendeleo vya kila nchi, na kupanua tasnia ya muundo wa chip ya China itasaidia kupunguza utegemezi wa nchi yangu kwa chips za kigeni. Katika nakala zilizopita, mhariri mara moja alianzisha mtiririko wa mbele na wa nyuma wa muundo wa chip na matarajio ya muundo wa chip. Katika nakala hii, mhariri atakuletea sura halisi ya muundo wa chip-uboreshaji na utambuzi wa utumiaji wa nguvu ya mti wa saa katika muundo wa chip ya RFID.
Muhtasari wa 1
UHF RFID ni kitambulisho cha lebo ya kitambulisho cha masafa ya UHF. Chip inachukua hali ya usambazaji wa umeme: baada ya kupokea nishati ya kubeba, kitengo cha mbele cha mwisho cha RF kinazalisha ishara ya nguvu ya Vdd kusambaza chip nzima kufanya kazi. Kwa sababu ya mapungufu ya mfumo wa usambazaji wa umeme, chip haiwezi kutoa gari kubwa la sasa, kwa hivyo muundo wa nguvu ndogo imekuwa mafanikio makubwa katika mchakato wa maendeleo ya chip. Ili kufanya sehemu ya mzunguko wa dijiti izalishe matumizi kidogo ya nguvu iwezekanavyo, katika mchakato wa muundo wa mzunguko wa dijiti, pamoja na kurahisisha muundo wa mfumo (kazi rahisi, ina moduli ya usimbuaji tu, moduli ya kusimbua, moduli ya kizazi cha nambari, saa , moduli ya kuweka upya, kitengo cha kudhibiti kumbukumbu pamoja na moduli ya jumla ya kudhibiti), muundo wa mzunguko wa asynchronous unapitishwa katika muundo wa nyaya zingine. Katika mchakato huu, tuliona kuwa kwa sababu mti wa saa hutumia sehemu kubwa ya matumizi ya nguvu ya mantiki ya dijiti (karibu 30% au zaidi), kupunguza matumizi ya nguvu ya mti wa saa pia imekuwa kupunguzwa kwa matumizi ya nguvu ya mantiki ya dijiti na nguvu ya chip nzima ya lebo. Hatua muhimu kwa matumizi.
Utungaji wa nguvu ya Chip 2 na njia za kupunguza matumizi ya nguvu
2.1 Utungaji wa matumizi ya nguvu
Kielelezo 1 Muundo wa matumizi ya nguvu ya chip
Matumizi ya nguvu ya nguvu ni pamoja na matumizi ya nguvu ya mzunguko mfupi na matumizi ya nguvu, ambayo ni sehemu kuu ya utumiaji wa nguvu wa muundo huu. Matumizi ya nguvu ya mzunguko mfupi ni matumizi ya ndani ya nguvu, ambayo husababishwa na mzunguko mfupi unaosababishwa na bomba la P na bomba la N kuwashwa kwa wakati fulani kwenye kifaa. Matumizi ya nguvu ya mauzo husababishwa na kuchaji na kutekeleza uwezo wa mzigo kwenye pato la kifaa cha CMOS. Matumizi ya nguvu ya kuvuja haswa yanajumuisha matumizi ya nguvu yanayosababishwa na kuvuja kwa sehemu ndogo na kuvuja kwa lango.
Leo, vyanzo viwili muhimu zaidi vya matumizi ya nguvu ni: ubadilishaji wa uwezo na uvujaji wa sehemu ndogo.
2.2 Njia kuu za kupunguza matumizi ya nguvu
Kielelezo 2 Njia kuu za kupunguza matumizi ya nguvu ya chip
2.2.1 Punguza voltage ya usambazaji wa umeme Vdd
Kisiwa cha Voltage: Moduli tofauti hutumia voltages tofauti za usambazaji wa umeme.
Kuongeza kiwango cha Volti: Kuna vyanzo vingi vya voltage katika moduli ile ile. Badilisha kati ya vyanzo hivi vya voltage kulingana na matumizi tofauti.
Kuongeza Nguvu ya Mzunguko wa Nguvu: Toleo lililoboreshwa la "marekebisho ya viwango vingi", ambayo hubadilisha nguvu kulingana na masafa ya kazi ya kila moduli.
Upeo wa Voltage ya AdapTIve: Toleo lililoboreshwa la DVFS ambalo linatumia mzunguko wa maoni ambayo inaweza kufuatilia tabia ya mzunguko ili kurekebisha voltage vyema.
Mzunguko mdogo (muundo ni ngumu zaidi, na bado unakaa katika wigo wa utafiti wa kitaaluma)
2.2.2 Punguza masafa f na kiwango cha mauzo A
Uboreshaji wa nambari (kutoa vitu vya kawaida, utumiaji wa rasilimali, operesheni ya isolaTIon, kazi ya mfululizo kupunguza matumizi ya nguvu ya kiwango cha juu, nk
Saa iliyo na lango
Mkakati wa saa nyingi
2.2.3 Punguza uwezo wa mzigo (CL) na saizi ya transistor (Wmos)
Punguza vitengo vya mfuatano
Sehemu ya Chip na kupunguza kiwango
Mchakato wa kuboresha
2.2.4 Punguza uvujaji wa sasa Uvujaji
Dhibiti voltage ya kizingiti (Kizingiti Voltage) (kizingiti voltage current kuvuja kwa sasa ↓ ikiwa unatumia MTCMOS, VTCMOS, DTCMOS)
Dhibiti voltage ya lango (Gate Voltage) (kwa kudhibiti voltage ya chanzo cha lango kudhibiti uvujaji sasa)
Stack Transistor (unganisha transistors ambazo hazitumiki tena katika safu, ongeza upinzani ili kupunguza uvujaji wa sasa)
Ugavi wa umeme uliowekwa (Power gaTIng au PSO) (wakati moduli haifanyi kazi, zima nguvu ili kupunguza ufanisi wa sasa wa kuvuja)
Uboreshaji wa matumizi ya nguvu ya mti wa saa katika chip ya RFID
Wakati chip inafanya kazi, sehemu kubwa ya matumizi ya nguvu ni kwa sababu ya mauzo ya mtandao wa saa. Ikiwa mtandao wa saa ni kubwa, upotezaji wa nguvu unaosababishwa na sehemu hii utakuwa mkubwa sana. Miongoni mwa teknolojia nyingi za nguvu za chini, saa iliyo na lango ina athari kubwa ya kuzuia matumizi ya nguvu ya flip na matumizi ya nguvu ya ndani. Katika muundo huu, mchanganyiko wa teknolojia ya saa ya kiwango cha ngazi nyingi na mkakati maalum wa kuboresha mti huhifadhi sehemu kubwa ya matumizi ya nguvu. Mradi huu ulitumia mikakati anuwai ya utumiaji wa nguvu katika muundo wa mantiki, na kujaribu njia kadhaa katika usanisi wa mwisho-mwisho na muundo wa mwili. Kupitia uboreshaji wa nguvu kadhaa na utaftaji mbele na nyuma, muundo wa nambari za mantiki na matumizi ya chini ya nguvu zilipatikana Njia iliyojumuishwa.
4.1 Ongeza kwa mikono saa katika hatua ya RTL
Kielelezo 3 Mchoro wa skimu ya saa iliyopigwa
moduli data_reg (En, Data, clk, nje)
pembejeo En, clk;
pembejeo [7: 0] Takwimu;
pato [7: 0] nje;
daima @ (posedge clk)
ikiwa (En) nje = Takwimu;
moduli ya mwisho
Madhumuni ya hatua hii ni mara mbili: Ya kwanza ni kuongeza kitengo cha saa ili kudhibiti kiwango cha mauzo na kupunguza matumizi ya nguvu kwa nguvu zaidi kulingana na uwezekano wa mauzo ya kila moduli. Ya pili ni kutengeneza mtandao wa saa na muundo ulio sawa iwezekanavyo. Inaweza kuhakikishiwa kuwa bafa zingine za saa zinaweza kuongezwa katika hatua ya usanisi wa mti wa saa-nyuma ili kupunguza matumizi ya nguvu. Kitengo cha ICG (Integrated Gating) katika maktaba ya seli ya msingi inaweza kutumika moja kwa moja katika muundo halisi wa nambari.
4.2 Zana katika awamu ya usanisi zinaingizwa kwenye lango lililounganishwa
Kielelezo 4 Uingizaji wa saa iliyowekwa wakati wa usanisi wa mantiki
#Panga chaguzi za kupiga saa, max_fanout default haina kikomo
set_clock_gating_style-lateral_cell latch \
-marefu_edge_logic {integrated} \
-dhibiti_cha kabla \
-dhibiti_signal scan_enable
#Unda mti wa saa wenye usawa zaidi kwa kuingiza "IC zilizowezeshwa" kila wakati
weka nguvu_cg_sajili zote kweli
weka milango_ya_kuondoa_ya_daraja_ni kweli
muundo wa kusoma_db.gtech.db
sasa_buni juu
kiungo
chanzo design.cstr.tcl
#Ingiza saa ya saa
ingiza_kupiga_kilango
kukusanya
#Zalisha ripoti juu ya lango la saa lililoingizwa
ripoti_ saa_kilango
Madhumuni ya hatua hii ni kutumia zana iliyojumuishwa (DC) kuingiza kiatomati moja kwa moja ili kupunguza matumizi ya nguvu.
Ikumbukwe kwamba mipangilio ya parameter ya kuingiza ICG, kama vile fanout ya kiwango cha juu (fanout kubwa, kuokoa nguvu zaidi, fanout ina usawa zaidi, skew ndogo, kulingana na muundo, kama inavyoonyeshwa kwenye takwimu), Kwa kuongeza, inahitajika kuingiza ICG kawaida wazi kwa miundo ngumu zaidi ya kudhibiti lango ili kufanya muundo wa mtandao wa saa uwe na usawa zaidi.
4.3 Kuongeza matumizi ya nguvu katika hatua ya awali ya mti wa saa
Kielelezo 5 Kulinganisha miundo miwili ya miti ya saa (a): aina ya kiwango cha viwango vingi; (b): aina ya gorofa ya kiwango chache
Kwanza anzisha ushawishi wa vigezo kamili vya mti wa saa kwenye muundo wa mti wa saa:
Skew: Saa ya saa, lengo la jumla la mti wa saa.
Ucheleweshaji wa kuingiza (Latency): Ucheleweshaji wa jumla wa njia ya saa, inayotumika kupunguza kuongezeka kwa idadi ya viwango vya mti wa saa.
Max taranstion: Muda wa juu wa ubadilishaji hupunguza idadi ya bafa ambazo zinaweza kuendeshwa na bafa ya kiwango cha kwanza.
Uwezo wa Max Max Fanout: Uwezo mkubwa wa mzigo na upeo wa kiwango cha juu cha idadi ya bafa ambazo zinaweza kuendeshwa na bafa ya kiwango cha kwanza.
Lengo la mwisho la usanisi wa mti wa saa katika muundo wa jumla ni kupunguza saa ya saa. Kuongeza idadi ya viwango na kupunguza kila ngazi ya fanout kutawekeza bafa zaidi na kusawazisha kwa usahihi zaidi latency ya kila njia ya saa kupata skew ndogo. Lakini kwa muundo wa nguvu ya chini, haswa wakati masafa ya saa ni ya chini, mahitaji ya muda sio ya juu sana, kwa hivyo inatarajiwa kwamba kiwango cha mti wa saa kinaweza kupunguzwa ili kupunguza matumizi ya nguvu ya kubadilisha nguvu yanayosababishwa na mti wa saa. Kama inavyoonyeshwa kwenye takwimu, kwa kupunguza idadi ya viwango vya mti wa saa na kuongezeka kwa fanout, saizi ya mti wa saa inaweza kupunguzwa vyema. Walakini, kwa sababu ya kupunguzwa kwa idadi ya bafa, mti wa saa ulio na idadi ndogo ya viwango kuliko mti wa saa za viwango vingi Karibu usawazishe latency ya kila njia ya saa, na upate skew kubwa. Inaweza kuonekana kuwa kwa lengo la kupunguza kiwango cha mti wa saa, usanisi wa mti wa saa ya chini ni kwa gharama ya kuongeza skew fulani.
Hasa kwa chip hii ya RFID, tunatumia mchakato wa TSMC 0.18um CMOS LOGIC / MS / RF, na mzunguko wa saa ni 1.92M tu, ambayo ni ya chini sana. Kwa wakati huu, wakati saa inatumiwa kwa usanisi wa mti wa saa, saa ya chini hutumiwa kupunguza kiwango cha mti wa saa. Mchanganyiko wa saa ya matumizi ya nguvu huweka vizuizi vya skew, latency na transiton. Kwa kuwa kuzuia fanout kutaongeza idadi ya viwango vya miti ya saa na kuongeza matumizi ya nguvu, thamani hii haijawekwa. Thamani chaguomsingi katika maktaba. Kwa mazoezi, tumetumia vizuizi 9 vya miti ya saa, na vizuizi na matokeo kamili yanaonyeshwa kwenye Jedwali 1.
Hitimisho la 5
Kama inavyoonyeshwa kwenye Jedwali 1, mwenendo wa jumla ni kwamba skew kubwa ni kubwa, ukubwa wa mwisho wa mti wa saa, ndogo idadi ya viboreshaji vya miti ya saa, na matumizi madogo ya nguvu na tuli yanayolingana. Hii itaokoa mti wa saa. Madhumuni ya matumizi. Inaweza kuonekana kuwa wakati skew lengwa ni kubwa kuliko 10ns, matumizi ya nguvu hayabadiliki, lakini thamani kubwa ya skew italeta kuzorota kwa wakati wa kushikilia na kuongeza idadi ya bafa zilizoingizwa wakati wa kutengeneza wakati, kwa hivyo maelewano yanapaswa kufanywa. Kutoka kwenye chati Mkakati wa 5 na Mkakati wa 6 ndio suluhisho unazopendelea. Kwa kuongezea, wakati mpangilio mzuri wa skew unachaguliwa, unaweza pia kuona kuwa kubwa zaidi thamani ya mpito ya Max ni, matumizi ya chini ya nguvu ni ya chini. Hii inaweza kueleweka kama muda wa mpito wa ishara ya saa, nguvu ndogo inahitajika. Kwa kuongezea, uwekaji wa kizuizi cha latency inaweza kupanuliwa iwezekanavyo, na thamani yake haina athari ndogo kwa matokeo ya mwisho ya matumizi ya nguvu.
bidhaa zetu nyingine:
