集成电路低功耗设计方法

1、集成电路低功耗设计方法刘斌去成都七中（高新校区）摘要：信息化的社会发展无法离开电子产品的不断进步，而其对其低功耗的设计要求 正在不断增强。但当前电子产品的功能质量在提高的同吋，其功耗却设计却没能 跟上设计的要求，一直处于上升趋势，这将对电子产品性能的提高产生一定的 影响，因为笔记本电脑、平板、移动设备等的使用都需要依靠电池来提供能量， 因此，一款经久耐用、性能强的电子产品必须具备水平相当的低功耗设计方式。 基于此，木文主要探讨了集成电路的低功耗设计方法，以作为相关参考。关键词：集成电路;低功耗设计;方法探析;如果说信息产业是世界上发展最快的产业的话，那么支撑其迅速发展便是集成 电路的设计与应用

2、，这说明了集成电路的设计对于信息产业的重要作用。但目前 集成电路的低功耗设计成为了信息产品获得进一步发展的重要障碍，如何对集 成电路进行更加优化的设计，是信息科技前沿需要认真思考并积极探索的问题。1. 低功耗设计具体内涵分析目前，随着信息科技的深入发展，集成电路技术也正以日新刀异的姿态向前发 展，其复杂程度也不断增加，电路的性能得到了大幅提升，而这也对集成电路 低耗能设计带来的极大的挑战，因为这不同于早期的电路设计，其规模较小， 工作频率也低，对于功能的消耗并不突出，但随着集成电路发展水平越來越高, 设计的复杂程度也越来越强，譬如，一个集成电路上单个芯片就可以汇集上千 万个晶体管及其他微处理器

3、，其工作频率也早就达到了 ghz的级别。因此，信息 产品对功能的消耗量也就越来越大，低功耗的集成电路设计成为了信息产业最 大的挑战z-o2. 低功耗设计的相关方法探析2.1工艺级功耗优化分析 在工艺级功耗优化分析方面，可从两个角度入手分析降低功耗设计的技术。首先, 可以按照相应的比例缩小技术，再采用先进的工艺，将设备的电压消耗控制在 最小限度。通过比例技术，能够有效缩短晶体管的比例，以及缩减互联线的比 例。为实现缩短晶体管这一fi标，需要缩减与z相关的器件的关键参数方式，从 而能够在维持其性能稳定的同时，采用更加小的比例的沟道长度，这样既能够 保证栅压缩技术的参数保持不变，乂能够在横向方面有效

4、缩小器件，并实现缩 短其延长的时间。在互联线方面，也应按照相关比例缩小其整体的尺寸，但这方 面需要更加细致精湛的工艺，才能避免系统噪咅增加的可能，提升电路运行的 可靠性。第二个方面是封装技术。可以通过封装技术实现芯片与外界充分的隔离， 减少外界空气对系统电气设备带来腐蚀的可能性。但在封装的过程中，可能会对 芯片的功耗产生巨大影响。因此，需要采取合理的芯片封装技术，这样有利于强 化芯片的散热功能。还可以使用多芯片封装的方式，先降低i/o接口的相关功能, 将电路的延迟问题控制住，从而达到优化电路的目的。2.2电路功耗优化分析在电路级的功耗方面，其通常为动态的逻辑设计，尤其在超大规模的电路中， 包括

5、数量庞大的电路逻辑结构，如动态逻辑与静态逻辑，各个结构都具有各自 的功能体系，在静态的逻辑结构中，其功耗的消耗比较大。在动态的电路设计中, 可以通过吋钟信号进行控制，从而进入到预充电模式，并能够与求值模式进行 相互切换，在该逻辑设计与控制屮，由于其所需要的晶体管数量十分少，因此， 其功能消耗的也就较少。2. 3版图级低功耗优化在进行版图级方法进行优化设计之前，需要先对互联线和器件进行优化设计。首 先，对器件的优化方面，主要是对器件尺寸的优化设计，其尺寸越优化，所耗 费的能耗就越低。而在互联线的优化设计中，则需要将各个不同的期间全部都结 合起来，以最大程度消除互联线带来的不良影响。在早期的集成电

6、路中，对设备 的开关速度控制的方式所起到的作用不是很明显，阻抗不是很大，因此其功耗 也较低。而随着电子产品的不断发展，整个设备对开关的控制也越来越明显，然 而其导线的rc的延迟却在增加，进而导致逻辑结构同样被延迟。因此，在对信 号进行布线的过程屮，需要在横截面大且间距较大的顶层z内布置金属线，才 能达到缩短延长时间的效果，实现低耗能。2.4门级低功耗的优化设计这方面的低功耗设计可以通过路径的平衡、单元的映射和公因子的提取等多个方 面开进行优化。以单元的映射优化为例，可以通过选择基于图模式匹配的映射单 元及映射算法，來对电路进行门级综合，并注意通过选择具有低功耗的单元库， 可以达到更好的低功耗效

7、果。再者，通过运用较小负载的漏记单元，可以实现控 制其内部活动性较高的节点，从而降低能量损耗。这是一种通过对门级网表的优 化设计和对布局布线的优化设计来实现低耗能的方式。在公因子的优化提取方面, 通过优化提取方式可以实现简化电路逻辑的目的，并且还能将电路的翻转问题 控制好，保持整个电路的稳定运行。根据电路的设计原理，采用不同的逻辑结构 能够以实现同样的逻辑功能，可以让具有高翻转率的信号靠近设备的输出端， 这样就能有效减少信号经过的器件数量，从而降低信号的负载量，实现低功耗。2. 5系统功耗的优化分析在整个电路系统的低功耗设计屮，可以从以下几个方面进行设计:首先，是合理 地划分软硕件，软硕件的设

8、计需要从抽象的角度来进行，这样才能够将不同逻 辑结构的功能集合在一起，还可以在对系统任务的描述中，综合其协同和仿真 等，以达到降低功耗的目的。第二，是对功耗进行管理。在这个方面的设计过程 中，需要结合电路的设计模式，将其闲置的元件设备充分利用起来，减少对电 路能耗的浪费。对功耗进行管理可以从动态和静态的设计两个方面进行管理。在 动态的设计方面，可以借助其中的调度系统，将尚未处于工作状态的功能自动 进入到休眠的状态，当需要进入工作状态时，便能唤醒其功能。在静态功耗管理 方面，则需要对整个系统设备的工作状态进行监测，实现对整个系统待机模式 的功能消耗状态的有效管理。第三，是对指令的优化。在这个过程中需要选择合 理的指令方式或者实现对提升指令的读取速度，以此增强信号的强度，促进系 统低耗能的实现。3. 结语总之，为了更好地将集成电路的功能损耗控制在可控范围之内，需要从各个方 面考虑其系统低功耗的设计方式，实现电路低功耗。但由于低功耗的设计贯穿于 整个设