彻底弄懂ICG的基本概念

原创 已于 2025-06-04 14:28:28 修改 · 4k 阅读 · 86 ·
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于 2021-06-17 14:01:43 首次发布

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本篇博文是对ICG的一个系统理解
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0、什么是电平触发latch?

如下图所示，我们可以看到latch也有由CLK（C）、D、Q组成的，不过在电平拉高阶段，一直处于改变数据的状态，而D触发器是边沿触发，所以是在CLK为上升沿的时候改变状态。
二者只是触发方式不同，导致改变数据的时间不同！
在这里插入图片描述

1、什么是ICG（integrated clock gating）

如下图所示，如果你希望关闭clock，那简单的方式是如图所示，我们通过一个与门，然后只要用一个框就能控制CLK是否通过，只要在框以内的CLK就能通过。使用与门，是希望不通过的时候CLK_G保持低电平。
在这里插入图片描述
同理：如果我希望的是clock保持一个高电平，那么使用or gate,EN要开启通过的话，使用低电平。
在这里插入图片描述
但是上面这种结构却有风险存在，比如说与门，你确实把低电平的毛刺给消除了，但是如果高电平的地方出现毛刺怎么办呢？
所以我们有了负的的lockup，让其在高电平的毛刺不通过。

如下图所示，与门前面增加了低电平触发的lockup，实现了毛刺的滤除。

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一文详解时钟门控（clock gating）
叫好与叫座虽然不是对立面，但想在同一个作品中达到双重效果很难。
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开始之前，我们首先来看一下什么是时钟门控（clock gating）技术，顾名思义就是。那么为什么需要控制时钟的通断呢？主要基于以下几个原因。首先，随着工艺的发展和设计规模的增大，关于时钟树，可能前端的同学不熟悉，简单说几句，SoC的时钟一般是参考时钟经过PLL和数字分频器输出的，。这时候任何一个单一的cell都不可能有这么大的驱动能力，。整个的时钟树大概长成下图这样，如果我们的芯片在不工作时，PLL依然有clock输出的话，那整个时钟树依然产生很大的功耗。接下来我们再看一下边沿触发器的结构图。
（数字ic）CDC设计实例 - ICG ：integrate Clock Gating Cell
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CDC设计实例 - ICG ：integrate Clock Gating Cell1、Latch原理2、ICG消除毛刺原理1）en信号中的毛刺出现在clk低电平期间，如下图所示2）en信号出现在clk高电平期间，如下图所示3、SoC系统中时钟切换应用场景 1、Latch原理 锁存器（latch）：所谓锁存器，就是输出端的状态不会随输入端的状态变化而变化，仅在有锁存信号时输入的状态才被保存到输出，直到下一个锁存信号到来时才改变。 2、ICG消除毛刺原理 Clock gating cell 可以由与门或者或门
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关于ICG （integrate clock gating）
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11-05 1006
本文详细解析了集成时钟门控(ICG)技术在现代SoC低功耗设计中的应用。首先指出直接使用与门进行时钟门控会产生毛刺的严重问题，进而详细介绍ICG的标准电路结构（锁存器+逻辑门）及其避免毛刺的工作原理。与门型ICG利用低电平透明锁存器确保CLK高电平时使能信号稳定，或门型ICG则采用高电平透明锁存器保证CLK低电平时信号稳定。文章还阐明了ICG的设计原则、选择锁存器的优势，以及数据宽度等实用考量，强调ICG是实现低功耗设计的关键技术。
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04-22 2340
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门控时钟（clock gating）的DFT设计
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03-02 3424
在数字IC芯片中，时钟树的功耗占比可能高达30%，因此一般会采取门控时钟的方式来降低该部分的功耗。所谓门控时钟，就是在芯片实际工作过程中，有些信号或者功能并不需要一直开启，那么就可以在它们不用的时候将其时钟信号关闭。这样一来信号不再翻转，从而能够有效减少动态功耗。 目前门控时钟都采用集成门控时钟单元（ICG，integrated clock gating cell），其结构如下。由一个latch和一个与门（也有的是或门）组成，可以过滤掉EN信号中的毛刺。一般的工艺库中都会有专门的ICG以供调用。 插入IC
[Note]ICG(时钟门控)为什么是用setup和hold检查
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那就先看 Master 锁存器是如何对输入数据进行锁存的，数据的路径如下图中的红线所示，当时钟 Clk 为 0 时，数据从 D 输入（假设数据输入为 0）经过反相器历时 t1，数据变成 1，经过与门历时 t2 数据变成 1，再经过或非门历时 t3，由于此时数据为 1，所以经过或非门 Q 端输出为 0，Q 端输出又作为下面的或非门输出为 1，并且在此历时 t4，最终在 Q 端输出 0，此时数据便顺利被锁存起来。触发器的hold时间，是clk到与门的时间晚于D到与门的时间，导致的hold时间。
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Design Compiler有两种界面供用户使用，一种是命令界面，一种是图形界面。在Linux命令行下分别执行以下命令可以分别进入上述两种界面：Linux％ dc_shell-t （命令界面）Linux％ design_vision （图形界面）DC启动时会先启动.synopsys_dc.setup文件，它里面设定了综合所需要的工艺库的信息以及一些对于工具的设定命令。启动时，DC会以下述顺序搜索并装载相应目录下的启动文件：1)、DC的安装目录；
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文献《IC芯片设计中的静态时序分析实践》（Static Timing Analysis for Nanometer Designs:A Practical Approach）10.2小节很好的解释了latch的time borrowing特性，图 2中ULAT1是高电平敏感的锁存器，UFF2是上升沿有效的D触发器。第一种电路消耗的Cell数会更多，Mux的En信号会控制多个bit，即Q的位宽大小的信号，但是时钟门控的En只会控制单个bit，即时钟。图 5使用ICG作时钟的gating，无毛刺产生。
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### ICG 在 IT 领域中的含义及应用 在信息技术（IT）领域中，“ICG”可能具有不同的含义，具体取决于上下文环境。以下是几个常见的解释及其潜在的应用场景： #### 1. **Image Color Group (图像颜色组)** 在图形设计和图像处理软件中，ICG 可能指代 Image Color Group，表示一组特定的颜色配置文件或调色板。这些颜色组合通常用于优化图像显示效果，尤其是在网页设计、游戏开发以及多媒体应用程序中。虽然这一定义并非严格意义上的医疗成像技术[^1]，但它确实涉及到了计算机视觉与图像处理的核心概念。 ```python from PIL import Image, ImageColor def create_color_group(): icg = [(r,g,b) for r in range(0,256,50) for g in range(0,256,50) for b in range(0,256,50)] img = Image.new('RGB', (len(icg),1)) pixels = img.load() for i,color in enumerate(icg): pixels[i,0]=color return img create_color_group().show() # 显示简单的色彩渐变条作为演示用途。 ``` 此代码片段展示了如何生成一个简化版的 “image color group”，尽管它并不直接关联到吲哚菁绿(ICG)，但却体现了类似的原理——即通过程序化手段创建可视化数据集。 #### 2. **Information Control Group (信息控制组)** 另一个常见术语是指 Information Control Groups，在企业级信息系统管理当中扮演重要角色。这类小组负责监督整个组织内的信息安全政策执行情况，并确保所有敏感资料得到妥善保护以免遭受未经授权访问的风险。这种类型的团队可能会利用先进的数据分析技术和机器学习算法来检测异常行为模式并预防潜在威胁发生。 #### 3. **Indocyanine Green 的数字化扩展** 尽管 Indocyanine Green 主要应用于医学影像诊断方面[^1][^2]，但在某些情况下也可以将其视为一种特殊形式的数据载体。例如，在增强现实(AR)/虚拟现实(VR)环境中模拟人体内部结构时，可以采用类似于 ICG 荧光信号传播机制的方法来进行实时渲染；或者是在远程手术指导系统里借助近红外线摄像头捕捉由人工合成材料反射回来的信息流从而实现精准定位等功能。 值得注意的是，以上提到的各种可能性均需结合实际项目需求进一步探讨确认最佳实施方案。 ---
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