Lustų dizainas yra vienas iš kiekvienos šalies plėtros prioritetų, o Kinijos lustų dizaino pramonės plėtra padės sumažinti mano šalies priklausomybę nuo užsienio lustų. Ankstesniuose straipsniuose redaktorius kartą pristatė lustų projektavimo srautą į priekį ir atgal bei lustų kūrimo perspektyvas. Šiame straipsnyje redaktorius supažindins jus su faktiniu lusto projektavimo skyriumi - laikrodžio medžio energijos suvartojimo optimizavimu ir realizavimu, naudojant RFID lustų dizainą.
1 apžvalga
UHF RFID yra UHF radijo dažnio atpažinimo žymos lustas. Lustas priima pasyvų energijos tiekimo režimą: gavęs nešlio energiją, RF priekinis įrenginys generuoja Vdd maitinimo signalą, kuris tiekia visą lustą darbui. Dėl maitinimo sistemos apribojimų lustas negali generuoti didelio srovės pavaros, todėl mažos galios projektavimas tapo pagrindiniu lustų kūrimo proceso proveržiu. Kad skaitmeninės grandinės dalis suvartotų kuo mažiau energijos, skaitmeninės logikos grandinės projektavimo procese, be sistemos struktūros supaprastinimo (paprastose funkcijose yra tik kodavimo modulis, dekodavimo modulis, atsitiktinių skaičių generavimo modulis, laikrodis , atstatymo modulis, atminties valdymo blokas, taip pat bendras valdymo modulis), asinchroninės grandinės dizainas yra pritaikytas projektuojant kai kurias grandines. Šiame procese matėme, kad kadangi laikrodžio medis sunaudoja didelę skaitmeninės logikos energijos suvartojimo dalį (apie 30% ar daugiau), laikrodžio medžio energijos suvartojimo sumažinimas taip pat tapo energijos suvartojimo sumažėjimu. skaitmeninė logika ir visos žymos lusto galia. Svarbus vartojimo žingsnis.
2 mikroschemos galios sudėtis ir būdai, kaip sumažinti energijos sąnaudas
2.1 Energijos suvartojimo sudėtis
1 paveikslas Lusto energijos suvartojimo sudėtis
Dinaminis energijos suvartojimas daugiausia apima trumpojo jungimo ir suvartojamosios energijos suvartojimą, kurie yra pagrindiniai šio dizaino energijos suvartojimo komponentai. Trumpojo jungimo energijos suvartojimas yra vidinis energijos suvartojimas, kurį sukelia momentinis trumpasis jungimas, kurį sukelia P vamzdžio ir N vamzdžio įjungimas tam tikru momentu įrenginyje. Apyvartos energijos suvartojimą lemia apkrovos talpos įkrovimas ir iškrovimas CMOS įrenginio išvestyje. Nutekėjimo energijos suvartojimas daugiausia apima energijos suvartojimą, kurį sukelia tarpinis nuotėkio ir vartų nuotėkis.
Šiandien du svarbiausi energijos suvartojimo šaltiniai yra: talpos perskaičiavimas ir tarpinis nuotėkis.
2.2 Pagrindiniai energijos suvartojimo mažinimo metodai
2 paveikslas Pagrindiniai lusto energijos suvartojimo mažinimo metodai
2.2.1 Sumažinkite maitinimo įtampą Vdd
Įtampos sala: skirtingi moduliai naudoja skirtingą maitinimo įtampą.
„MulTI“ lygio įtampos mastelis: tame pačiame modulyje yra keli įtampos šaltiniai. Perjunkite šiuos įtampos šaltinius pagal skirtingas programas.
Dinaminis įtampos dažnio keitimas: patobulinta „daugiapakopio įtampos reguliavimo“ versija, kuri dinamiškai reguliuoja įtampą pagal kiekvieno modulio darbinį dažnį.
„AdapTIve Voltage Scaling“: patobulinta DVFS versija, naudojanti grįžtamojo ryšio grandinę, kuri gali stebėti grandinės elgseną, kad prisitaikytų įtampa.
Sub-slenkstinė grandinė (dizainas yra sunkesnis ir vis tiek lieka akademinių tyrimų srityje)
2.2.2 Sumažinti dažnį f ir apyvartos greitį A
Kodo optimizavimas (bendrų veiksnių išskyrimas, išteklių pakartotinis naudojimas, operando izoliavimas, nuoseklus darbas siekiant sumažinti didžiausią energijos suvartojimą ir kt.)
Uždaras laikrodis
Kelių laikrodžių strategija
2.2.3 Sumažinti apkrovos talpą (CL) ir tranzistoriaus dydį (Wmos)
Sumažinkite nuoseklius vienetus
Skiedros plotas ir masto mažinimas
Proceso atnaujinimas
2.2.4 Sumažinti nuotėkio srovę „Ileak“
Valdymo slenksčio įtampa (slenkstinė įtampa) (slenkstinė įtampa ↑ nuotėkio srovė ↓ naudojant MTCMOS, VTCMOS, DTCMOS)
Valdykite vartų įtampą (vartų įtampa) (valdydami vartų šaltinio įtampą nuotėkio srovei valdyti)
„Transistor Stack“ (nuosekliai sujungite nereikalingus tranzistorius, padidinkite atsparumą, kad sumažintumėte nuotėkio srovę)
Uždaras maitinimo šaltinis (maitinimo šaltinis arba PSO) (kai modulis neveikia, išjunkite maitinimą, kad efektyviai sumažintumėte nuotėkio srovę)
3 Laikrodžio medžio energijos suvartojimo RFID lustuose optimizavimas
Kai lustas veikia, didelę energijos suvartojimo dalį lemia laikrodžio tinklo apyvarta. Jei laikrodžio tinklas yra didelis, energijos nuostoliai, kuriuos sukelia ši dalis, bus labai dideli. Tarp daugelio mažai energijos naudojančių technologijų laikinasis laikrodis turi didžiausią suvaržymo efektą vartojant ir vartojant vidinį energijos kiekį. Šioje konstrukcijoje daugelio lygių vartų laikrodžio technologijos ir specialios laikrodžio medžio optimizavimo strategijos derinys sutaupo didelę energijos suvartojimo dalį. Šiame projekte loginio projektavimo metu buvo naudojamos įvairios energijos suvartojimo optimizavimo strategijos ir išbandyti kai kurie vidinės sintezės ir fizinio projektavimo metodai. Vykdant keletą energijos optimizavimo ir iteracijų priekiniame ir galiniame galuose, buvo rastas loginis kodas ir minimalus energijos suvartojimas.
4.1 Rankiniu būdu pridėkite laikrodžio vartus RTL etape
3 paveikslas. Vartinio laikrodžio schema
modulis data_reg (En, Data, clk, out)
įvestis En, clk;
įvesti [7: 0] duomenys;
išėjimas [7: 0] išėjimas;
visada @ (posedge clk)
if (En) out = duomenys;
modulis
Šio etapo tikslas iš esmės yra dvejopas: pirmasis yra pridėti uždarą laikrodžio bloką, kad būtų galima valdyti apyvartą ir pagrįstai sumažinti dinaminį energijos suvartojimą pagal kiekvieno modulio laikrodžio apyvartos tikimybę. Antrasis - kiek įmanoma sukurti subalansuotos struktūros laikrodžio tinklą. Galima garantuoti, kad kai kurie laikrodžio buferiai gali būti įtraukti į galinio laikrodžio medžio sintezės etapą, siekiant sumažinti energijos suvartojimą. Liejyklos langelių bibliotekos ICG (Integrated Gating) įrenginį galima tiesiogiai naudoti kuriant kodą.
4.2 Sintezės fazės įrankiai įkišti į integruotus vartus
4 paveikslas Vartinis laikrodžio įterpimas loginės sintezės metu
# Nustatykite laikrodžio vartų parinktis, „max_fanout“ numatytasis nustatymas neribotas
set_clock_gating_style -sequential_cell spyna \
-positive_edge_logic {integruotas} \
-control_point prieš \
-Control_signal scan_enable
# Sukurkite labiau subalansuotą laikrodžio medį įterpdami „visada įgalintas“ ICG
nustatyti power_cg_all_registers teisingą
nustatykite „power_remove_redundant_clock_gates“ teisingą
read_db dizainas.gtech.db
current_design viršuje
ryšys
šaltinio dizainas.cstr.tcl
#Įdėkite laikrodžio vartus
įterpti_ laikrodis
surinkti
#Generuoti įterptą laikrodžio vartų ataskaitą
report_clock_gating
Šio etapo tikslas yra naudoti integruotą įrankį (DC), kad automatiškai įdėtų vartus, kad būtų dar labiau sumažinta energijos sąnaudos.
Reikėtų pažymėti, kad parametrų parametrai, skirti įterpti ICG, pvz., Maksimalus ventiliatorius (kuo didesnis ventiliatorius, tuo daugiau energijos taupoma, tuo labiau subalansuotas ventiliatorius, tuo mažesnis iškreipimas, atsižvelgiant į konstrukciją, kaip parodyta paveikslėlyje), ir minimum_bitwidth parametro nustatymas. Be to, norint įjungti laikrodžio tinklo struktūrą, reikia įterpti paprastai atvirą ICG sudėtingesnėms vartų valdymo struktūroms.
4.3 Energijos suvartojimo optimizavimas laikrodžio medžio sintezės etape
5 paveikslas Dviejų laikrodžių medžių struktūrų (a) palyginimas: daugiapakopis gylio tipas; b): kelių lygių plokščias tipas
Pirmiausia pristatykite išsamų laikrodžio medžio parametrų įtaką laikrodžio medžio struktūrai:
Iškrypimas: laikrodžio pakreipimas, bendras laikrodžio medžio tikslas.
Įterpimo uždelsimas (vėlavimas): bendras laikrodžio kelio vėlavimas, naudojamas norint apriboti laikrodžio medžio lygių skaičiaus padidėjimą.
Maksimalus taranstionas: maksimalus konversijos laikas riboja buferių, kuriuos gali valdyti pirmojo lygio buferis, skaičių.
Maksimali talpa Maksimali ventiliatoriaus galia: maksimali apkrovos talpa ir maksimalus ventiliatoriaus kiekis riboja buferių, kuriuos gali valdyti pirmo lygio buferis, skaičių.
Galutinis laikrodžio medžio sintezės tikslas bendrame dizaine yra sumažinti laikrodžio pasvirimą. Padidinus lygių skaičių ir sumažinus kiekvieną fanouto lygį, bus investuota daugiau buferių ir tiksliau subalansuotas kiekvieno laikrodžio kelio vėlavimas, norint gauti mažesnį iškreipimą. Tačiau projektuojant mažai energijos, ypač kai laikrodžio dažnis yra žemas, laiko reikalavimai nėra labai dideli, todėl tikimasi, kad laikrodžio medžio mastelį galima sumažinti, kad sumažėtų dinaminis perjungimo energijos suvartojimas, kurį sukelia laikrodžio medis. Kaip parodyta paveikslėlyje, sumažinus laikrodžio medžio lygių skaičių ir padidinant fanoutą, laikrodžio medžio dydį galima veiksmingai sumažinti. Tačiau dėl sumažėjusio buferių skaičiaus laikrodžio medis su mažesniu lygių skaičiumi nei daugiapakopio laikrodžio medis Tiesiog apytiksliai subalansuokite kiekvieno laikrodžio kelio vėlavimą ir gaukite didesnį iškrypimą. Galima pastebėti, kad siekiant sumažinti laikrodžio medžio mastą, mažos galios laikrodžio medžio sintezė yra tam tikro pakreipimo padidėjimo sąskaita.
Konkrečiai šiam RFID lustui naudojame TSMC 0.18um CMOS LOGIC / MS / RF procesą, o laikrodžio dažnis yra tik 1.92M, o tai yra labai mažai. Šiuo metu, kai laikrodis naudojamas laikrodžio medžio sintezei, žemas laikrodis naudojamas laikrodžio medžio mastui sumažinti. Energijos suvartojimo laikrodžio medžio sintezė daugiausia nustato kreivumo, delsos ir tranzito apribojimus. Kadangi ribojant „fanout“ padidės laikrodžio medžio lygių skaičius ir padidės energijos sąnaudos, ši vertė nenustatyta. Numatytoji vertė bibliotekoje. Praktiškai mes panaudojome 9 skirtingus laikrodžio medžio apribojimus, o apribojimai ir išsamūs rezultatai pateikti 1 lentelėje.
5 Išvada
Kaip parodyta 1 lentelėje, bendra tendencija yra ta, kad kuo didesnis tikslinis pasvirimas, tuo mažesnis galutinis laikrodžio medžio dydis, tuo mažesnis laikrodžio medžio buferių skaičius ir mažesnis atitinkamas dinaminės ir statinės energijos suvartojimas. Tai sutaupys laikrodžio medį. Vartojimo tikslas. Galima pastebėti, kad kai tikslinis kreivumas yra didesnis nei 10ns, energijos suvartojimas iš esmės nesikeičia, tačiau didelė pakreipimo vertė pablogins sulaikymo laiką ir padidins įterptų buferių skaičių taisant laiką. reikėtų padaryti kompromisą. Iš diagramos strategijos 5 ir 6 yra tinkamiausi sprendimai. Be to, pasirinkus optimalų kreivumo nustatymą, taip pat galite pamatyti, kad kuo didesnė „Max“ perėjimo vertė, tuo mažesnis galutinis energijos suvartojimas. Tai galima suprasti kaip ilgesnis laikrodžio signalo perėjimo laikas, tuo mažesnė reikalinga energija. Be to, delsos apribojimo nustatymą galima kiek įmanoma padidinti, o jo vertė turi mažai įtakos galutiniam energijos suvartojimo rezultatui.
Mūsų kitas produktas:
