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你可能不知道的leakage功耗计算

本文总结工具中进行leakage功耗计算的一般方法。

背景

leakage power在深亚微米下占比越来越高。在很多情况下,leakage power可能会占到芯片总功耗的30~50%。

即使在standby模式之下,leakage power也无法减少。

最有效的方法是关闭电源,但是并非所有应用场合都适用,因为启动的时间相对较长,也需要额外的面积来放置power switch。

之前我曾写过文章介绍leakage power的重要性。

这里稍作回顾。

动态功耗可以通过降频来调整。例如系统中主控芯片如果发现温度过高,可以降低频率,来减少散热压力。

而且动态功耗与温度无关,而是与频率,负载,电压相关。

但是leakage则相反,和频率无关,而与温度成指数关系。

Leakage power depends exponentially on temperature

想象一下,如果芯片中leakage占比较高的话,一旦某种原因,温度升高,可能leakage增大数倍。

而leakage的增大,进一步导致芯片温度的升高。

从而形成一个"温度-功耗-温度"的正反馈,导致芯片因过热而无法工作,甚至烧毁芯片。

leakage的计算

言归正传。

我们获得芯片的leakage power非常容易,可能只是一个命令。但是原理,可能并不是你想的那么简单。

以标准单元为例,leakage和标准单元本身的状态相关。

当stdcell有多个输入的时候,可能产生几十种状态,而每种状态leakage也是不同的。

stdcell lib中的leakage

这就涉及到了当我们进行leakage计算的时候,如何选择这些值。

以ICC2为例,

leakage power的计算方式分为三种

  • average
  • unconditional
  • state

当以average模式进行计算时,工具会将所有状态的leakage取平均值。

当以unconditional模式进行计算时,工具会在lib中找到一个跟cell的状态无关的leakage值来进行功耗计算。

mark

当以state模式进行计算时,则需要工具来判断cell所处的状态。某些状态可以通过set_case_analysis来推断。如果没有case语句,则按照每种状态出现的可能性相同来加权平均,最终值可能与average相同。

那么如果lib中没有leakage值怎么办?

你可以看一下lib的开头部分,还有个default_cell_leakage_power

如果用这个值产生的report,你有什么感想?

end

leakage计算中有很多假设和trade off,但这并不妨碍我们用这些值进行参考。

如果了解char-lib过程,你会发现,仅仅如何把total power分为dynamic power和leakage power,也并不是件容易的事情。

工程中,完成比完美更重要,何况完美并不存在。

本文分享自微信公众号 - 白山头讲IC(gray_mount),作者:白山头

原文出处及转载信息见文内详细说明,如有侵权,请联系 yunjia_community@tencent.com 删除。

原始发表时间:2020-06-10

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