功耗分析和優(yōu)化在最近幾年逐漸引起了人們的重視，大多數(shù) IC 設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在都會為了功耗管理在自己的流程中納入功率管理步驟和工具。盡管如此，功耗分析任務(wù)往往要基于驗(yàn)證場景，而這些場景過于基礎(chǔ)，并且與實(shí)際系統(tǒng)使用完全脫節(jié)。

本白皮書將解釋說明，使用真實(shí)的有效載荷為何對于準(zhǔn)確估算功耗和執(zhí)行優(yōu)化任務(wù)而言至關(guān)重要。之后，我們將會展示Veloce客戶如何使用硬件加速仿真來實(shí)現(xiàn)可靠性高得多的使用模型，并且利用這一模型，可以更可靠地識別和分析潛在的功耗問題。

有效矢量的激勵

在功耗方面，設(shè)計(jì)人員有著許多不同的目標(biāo)和關(guān)注點(diǎn)。一方面，團(tuán)隊(duì)需要確保其芯片的平均功耗足夠低，以保證延長電池的續(xù)航時間。另一方面，團(tuán)隊(duì)的主要關(guān)注點(diǎn)可能是預(yù)防出現(xiàn)局部感性電壓降，該電壓降會破壞芯片的功能。但不論哪種情況，使用不夠真實(shí)的矢量執(zhí)行任何分析都會導(dǎo)致所得的結(jié)論和決定不正確。

功率估算

其中一個使用最普遍的功耗分析任務(wù)是估算整個芯片在較長時段內(nèi)的平均功耗。執(zhí)行此任務(wù)的目的通常是確保憑借低能耗芯片保證延長電池續(xù)航時間，節(jié)省能源費(fèi)用和/或簡化散熱方案，從而獲得競爭優(yōu)勢。很顯然，通過仿真生成有代表性的有效載荷可能變得極具挑戰(zhàn)性，而且很多設(shè)計(jì)人員都會采用分而治之的方法，這種情況下，他們可以收集不同子模塊的數(shù)據(jù)并組合在一張電子表格中。這種方法是否值得信賴，這是設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在從制造廠取回自己的芯片之前苦思冥想的一個問題。

圖 1. 不同類型的功率估算。

而在其他情況下，人們關(guān)注的是峰值功耗（圖 1）。關(guān)于峰值功耗，根據(jù)問題的性質(zhì)，必要的分析可能因空間和時間范圍而大相徑庭。舉個例子，問題可能出在一個局部的快速現(xiàn)象，例如可能在一個時鐘周期內(nèi)發(fā)生的電壓降（阻性或感性）。或者，也可能是更全局性的問題，例如當(dāng)電流高于給定閾值的時間超過一定時間（譬如說幾毫秒）時所導(dǎo)致的電源完整性違規(guī)等。如果關(guān)注的是散熱問題，需要識別的峰值還可能分布在較寬的范圍。而且，如果空間范圍小于整個 SoC，則設(shè)計(jì)人員將需要識別局部熱點(diǎn)，并執(zhí)行層次化或基于底層規(guī)劃的分析（圖 2）。

圖 2. 局部熱點(diǎn)識別。

最后，除了空間和時間范圍考慮之外，有時設(shè)計(jì)人員感興趣的不僅僅是功耗水平，還有變化率。這是因?yàn)樵诟呒壖夹g(shù)節(jié)點(diǎn)，電壓降的感性分量會變得與阻性分量一樣關(guān)鍵（圖 3）。

圖 3. 電壓降類型。

降低功耗

除以上所列的全部功率估算目標(biāo)之外，使用有代表性的活動數(shù)據(jù)對于相關(guān)的功耗驗(yàn)證和優(yōu)化任務(wù)也是至關(guān)重要的。例如，可以考慮一個非常復(fù)雜的 SoC 情形，其中往往可以看到幾十個電源域（其中一些使用保留策略）和復(fù)雜的時鐘方案。這種情形下，特別當(dāng)功率控制器是基于軟件時，能否以統(tǒng)一功率格式 (UPF) 的形式考量實(shí)際系統(tǒng)使用并解釋功耗意圖，對于完整的功耗驗(yàn)證非常關(guān)鍵。

要在 RTL 中降低功耗，也是如此。降低功耗所用的大多數(shù)（即使不是全部）方法對于信號層的活動水平估算非常敏感。確定是否應(yīng)該直接對數(shù)據(jù)門控或時鐘門控運(yùn)用穩(wěn)定性或可觀測性條件取決于出現(xiàn)這類條件的概率。因此，設(shè)計(jì)人員在接受工具自動建議或?qū)嵤┑男薷闹?，需要考慮真實(shí)的系統(tǒng)有效載荷。

審核編輯：湯梓紅