基于CPF的低功耗集成电路设计全程指南

本文主要探讨的是从RTL (Register Transfer Level，门级描述语言) 到GDSII (Graphics Design System for Integrated Circuits，集成电路图形设计系统) 的低功耗设计流程，特别是在基于CPF (Common Power Format，通用功率格式) 的背景下。随着集成电路功耗密度的迅速增长，特别是对于小于90纳米节点的器件，功耗管理已成为设计的关键因素，因为漏电流在这些工艺尺寸下占据了主导地位，造成了显著的功率消耗。 设计者面临的主要挑战是识别和管理动态功耗和漏电流造成的持续损耗。动态功耗仅在晶体管开关时产生，可以通过优化算法和设计技术进行控制，例如通过提高晶体管的开关频率或采用更高效的电路拓扑。而漏电流则取决于电源电压、阈值电压以及晶体管尺寸，是固定且难以消除的，因此需要通过多种低功耗技术来降低，如多阈值单元库、衬底偏压、尺寸优化和电源关断(PSO)。 PSO是一种有效的节能策略，它允许在芯片的部分区域不工作时关闭其电源，从而显著减少漏电流。作者利用Incisive统一模拟器(IUS) 对这种电源关断策略进行了精确的模拟和验证，以确保即使在部分电路关闭电源后，整个系统的功能仍然能得到保证，避免了不必要的功耗损失。 在基于CPF的低功耗设计流程中，设计师需要从RTL设计阶段开始，考虑到功耗建模和优化，然后逐步进行逻辑综合、布局布线、物理验证直至GDSII生成。整个过程中，需要运用功耗估算工具，如功耗计算模型，以及功耗分析软件，以确保设计的每一步都充分考虑了低功耗目标。同时，与其他设计约束相结合，如面积、速度和功耗之间的权衡，共同构成了一个完整的低功耗设计流程。 本文详细介绍了如何通过集成和应用CPF、多技术手段和模拟工具，如IUS，来实现从高级设计语言到实际制造工艺的低功耗设计转换，以适应当前集成电路产业对高效能和低功耗的日益增长的需求。