[学习笔记]从架构层面看低功耗(Low Power)Design (一)

最新推荐文章于 2025-05-08 20:03:37 发布
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本文探讨了低功耗ASIC设计中的动态电压和频率调整（DVS/DVFS）技术，包括变量频率、动态电压缩放的原理和应用场景。通过On-Chip监控器和反馈机制，动态地调整电压和频率，以适应性能需求并降低功耗。温度反转效应和库设计在低功耗设计中也起着关键作用。

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回忆以前所学, 正好看到一本讲low power 不错的书, An Asic Low Power Primer (2013), 这本书里讲到Power Modeling (library 是怎样对power建模的), 对ASIC design 怎样做power 分析, Low Power Design技巧, 本文主要关注其中第六章, Architectural Techniques for Low Power. 具体分析其中的Dynamic Voltage and Frequency Scaling
学习中也参考了Low Power Methodology Manual for System-On-Chip Design(2007), 这本书虽然旧了点(还在讨论90nm, 65nm), 但是更细节, 更注重实现.

Variable Frequency

频率可调节, 意思是design时就不要设计过高的clock, 对Power有限制的design来说,可以考虑牺牲一些speed来换取power 降低. 对于idle mode, 主动降低时钟频率可以省很多power. 进入idle mode 时可以通过clock mux选择低频clock,来省power.
因为频率变低了, 所以对task来说处理变慢了, 所以从task需要消耗的energy来看, 降低频率并没有改变energy(忽略leakage)
在这里插入图片描述

Dynamic Voltage Scaling

动态调节电压. 因为Process Variation, 同一批Tape Out 的芯片会有fast part, slow part. (也可分成ss, tt,

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零、导语 如今对于VLSI的实现已经随处可见，从PC到服务器，从手机到平板，集成电路芯片在电子产品上使用已成寻常现象，给人们带来的方便数不胜数。但是，仍然有不少技术和实现问题摆在人们眼前，比如性能和功耗，如何在两者之间平衡成为如今人们探讨，工程师烦恼的问题。 而低功耗设计（Low-power  design）便是这个问题的敲门砖。在各个设计级别上，利用各种“新奇的招式”，从算法上、逻辑简化上去
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总结来说，BSP 是面向操作系统和硬件平台集成的底层支持包，主要用于操作系统移植和硬件驱动开发，确保操作系统能在特定硬件上正常运行。•SDK：SDK 通常基于特定的 BSP 生成，尤其是对于嵌入式系统而言，SDK 中包含的 API 与库文件反映了 BSP 中硬件抽象层和操作系统服务的实现。SDK 与操作系统版本、API 版本以及可能的硬件抽象层版本有关联，但相对于 BSP 对硬件的依赖性较低，更侧重于提供跨平台或跨硬件版本的应用开发能力。SDK 的使用贯穿整个应用开发周期，直到应用程序发布和后续维护。
低功耗设计参考
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低功耗设计（Low Power Design）是指在系统的软硬件架构、芯片选择、外围电路、供电管理、工作模式等方面做出合理设计，以降低设备的能耗、延长电池寿命或减少发热。低功耗设计可带来好处如下： 续航增加，可以提升用户体验，提高产品竞争力； 充电次数减少，可以延长电池寿命； 降低发热，提高稳定性，并可以延长产品使用寿命。而低功耗设计难度并不在技术本身，而在： 软硬件配合难，要 MCU、外设、电源管理、电路板设计、固件策略全链路协同；
自适应电压调节技术：芯片能效优化的新突破
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这项自适应电压调节技术通过创新的PVTA传感网络与机器学习预测模型，实现了芯片能效的显著提升。相比传统方案，它在功耗节省、老化适应和成本控制方面都具有明显优势，为高性能计算、边缘设备等场景提供了可靠的能效优化方案。【标注信息】申请人：阿里巴巴达摩院（杭州）科技有限公司 | 申请号：CN202411581423.7 | 申请日：2024.11.06 | 发明创造名称：芯片工作电压调节方法、系统以及电子设备。
Low Power Design Low Power Design
03-13
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Low Power Design随笔
Shaliew
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ASIC/SoC设计中的一个重点，随着工艺制程提高，单位面积的功耗提高的更快，所以低功耗设计是一个大方向，小白在介绍这个方向前强推“IC_learner”博主的低功耗设计入门，讲得很详细，具体到工艺：https://www.cnblogs.com/IClearner/tag/%E4%BD%8E%E5%8A%9F%E8%80%97%E8%AE%BE%E8%AE%A1/ 后续自己补充设计中学到的一些内...
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库单元中的门控时钟单元，往往采用工具已预定义的集成门控时钟（ICG），通过集成的方式，设计者可以很方便地直接进行调用，同时不需要考虑其内部时序问题。ICG（integrated clock gating）示意图电平转换单元除了连接VDD，还必须连接两边电压域的供电电源。level shifter示意图当该cell的输入端和输出端都通电时，其作为buffer工作；但在输入端断电时，cell提供恒定的输出信号。isolation cell示意图后续会介绍upf格式文件的内容以及脚本实例。
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igloo-2-fpga
最新发布
05-21
### 关于 igloo2 FPGA 的技术资料和使用方法 #### 1. **igloo2 FPGA 概述** Microsemi（现已被 Microchip 收购）推出的 igloo2 FPGA 是一款低功耗、高性能的现场可编程门阵列设备。它专为嵌入式应用而设计，具有丰富的特性，包括硬核处理器、安全功能以及多种 I/O 接口支持[^4]。 #### 2. **官方技术文档资源** Microsemi 官方网站提供了详尽的技术文档和支持材料，这些资源对于学习和掌握 igloo2 FPGA 至关重要。以下是几个主要类别和技术文档： - **数据手册 (Datasheet)** 数据手册详细描述了 iggoo2 FPGA 的架构、性能参数、I/O 特性和其他硬件规格。这是了解该芯片的基础文件[^5]。 - **用户指南 (User Guide)** 用户指南涵盖了从初始设置到高级配置的所有内容，适合初学者和有经验的设计者参考。例如，《Libero SoC Design Suite User’s Guide》介绍了如何利用 Libero 工具链完成项目开发[^6]。 - **应用笔记 (Application Notes)** 这些文档针对特定应用场景提供解决方案，比如实现加密算法、接口桥接或者电源管理优化等。通过阅读相关应用笔记，可以快速找到解决实际问题的方法[^7]。 #### 3. **软件工具介绍** 为了高效地开发基于 igloo2 FPGA 的项目，推荐使用以下工具： - **Libero SoC 设计套件** Libero 是 Microsemi 提供的一体化开发环境，集成了综合、布局布线、仿真等功能。开发者可以通过此平台创建并验证自己的设计方案[^8]。 - **Design Examples and Reference Designs** 微软还发布了大量设计实例和参考设计，帮助工程师理解复杂系统的构建方式。例如，“Low-Power USB Bridge”展示了如何将 igloo2 配置为 USB 主机控制器[^9]。 #### 4. **社区与论坛支持** 除了正式出版物之外，在线交流也是获取知识的重要途径之一。加入 Microsemi 官方论坛或其他第三方讨论区可以让您与其他使用者互动，共同探讨难题或分享心得体验[^10]。 ```python # 示例 Python 脚本用于调用 Libero API 自动化某些流程 import libero_api as la def setup_project(project_name, device_type="igloo2"): project = la.create_new_project(project_name) project.set_device(device_type) return project if __name__ == "__main__": my_proj = setup_project("MyFirstIGLOOProject") print(f"Created new project {my_proj.name} targeting IGLOO2.") ``` --- ###
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