量身訂制的DSP元件設(shè)計(jì)策略

量身訂制的DSP元件設(shè)計(jì)策略

許多嵌入式處理器都宣稱它們的功耗最低。但是事實(shí)上沒(méi)有一顆元件能在所有的應(yīng)用中保持最低功耗，因?yàn)榈凸牡亩x與應(yīng)用環(huán)境習(xí)習(xí)相關(guān)，適合某種應(yīng)用的晶片設(shè)計(jì)很可能會(huì)給另一種應(yīng)用帶來(lái)難題。可攜式應(yīng)用多半是根據(jù)電池壽命來(lái)定義低功耗，這類應(yīng)用的功能相當(dāng)廣泛，操作模式也千變?nèi)f化。電信系統(tǒng)元件若要滿足應(yīng)用電源需求，就必須在功率預(yù)算范圍內(nèi)處理所要求的通道數(shù)目，同時(shí)透過(guò)封裝和電路板將功耗散逸，以確保元件保持在額定溫度范圍內(nèi);另外，這些基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用也很重視最大負(fù)載條件下的功耗。因此，為了達(dá)到功耗要求，DSP供應(yīng)商會(huì)針對(duì)目標(biāo)應(yīng)用選擇最合適的元件制程、電路設(shè)計(jì)、電壓和頻率操作點(diǎn)以及整體架構(gòu)。省電技術(shù)DSP供應(yīng)商有許多技術(shù)可以用來(lái)降低功耗，并且達(dá)成效能目標(biāo)，包括：●選擇適當(dāng)制程;●電晶體設(shè)計(jì)技術(shù);●選擇正確的操作頻率和電壓;●選擇正確的架構(gòu)，包括整合度、記憶體架構(gòu)和運(yùn)算處理單元;●採(cǎi)用散熱效率很高的封裝，確保元件保持在特定操作溫度范圍內(nèi)。功耗來(lái)源無(wú)論應(yīng)用為何，元件功耗都包含下面幾種來(lái)源：漏電功耗(leakagepower)元件的漏電功耗為固定值，不受處理器動(dòng)作或操作頻率影響，但會(huì)隨著制程、操作電壓和溫度而改變。低精密度(lowgeometry)制程的漏電功耗多半會(huì)跟著電壓和溫度而呈指數(shù)增加。時(shí)脈功耗(clockingpower)元件的時(shí)脈功耗與時(shí)脈頻率成正比。高整合度元件的晶片面積多半用于記憶體或暫存器等同步組件，如果時(shí)脈架構(gòu)設(shè)計(jì)不良，那么無(wú)論元件實(shí)際工作量多寡，其功耗都會(huì)保持不變。操作功耗(activepower)與元件當(dāng)時(shí)所執(zhí)行的實(shí)際系統(tǒng)功能有關(guān)。除了上述來(lái)源之外，元件功耗還會(huì)受到兩大因素影響：元件電流元件電流越高，電池電力的消耗速度就越快，有時(shí)還會(huì)超出功率預(yù)算范圍而導(dǎo)致供應(yīng)電壓下降，使元件脫離正常操作區(qū)而造成錯(cuò)誤。元件/系統(tǒng)溫度升高元件若無(wú)法有效散熱，其溫度就可能超出額定范圍而造成操作錯(cuò)誤。下列最佳化技術(shù)會(huì)以不同方式解決前述各種功耗問(wèn)題。選擇適當(dāng)制程為了使不同應(yīng)用的效能和功耗達(dá)到最佳化，德州儀器(TI)能提供各種制程類型，例如TI的130奈米低漏電制程在1.5V操作時(shí)幾乎沒(méi)有漏電流，對(duì)于DSP多半處于閑置狀態(tài)的可攜式應(yīng)用而言，這種低漏電制程就能幫助它們節(jié)省功耗。另一種高效能制程的漏電流較大，卻能在1.2V下操作，採(cǎi)用該制程的元件可以達(dá)到低漏電制程的兩倍MHz效能。在較重視最大操作功耗(fully-activepower)的基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用里，這種高效能制程的競(jìng)爭(zhēng)力還勝過(guò)低漏電制程，原因有兩點(diǎn)：首先，低漏電運(yùn)算處理單元的操作頻率只有高效能制程的一半，這表示其數(shù)量必須加倍才能提供同樣效能，但這會(huì)導(dǎo)致元件成本提高。其次，由于功耗與電壓平方成正比，故在其他條件相同的情形下，高效能制程的操作功耗只有低漏電制程的(1.2V/1.5V)2或是64%。由于低操作功耗對(duì)于基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用的重要性通常會(huì)超過(guò)低漏電功耗，因此高效能制程就成為這類應(yīng)用的最佳選擇。電晶體設(shè)計(jì)同樣制程的電晶體也可以有不同的開(kāi)關(guān)臨界電壓(VT)，例如低VT電晶體的切換速度較快，高VT電晶體的漏電流則較小，晶片只需在會(huì)影響速度的部份使用低VT電晶體，其它電路則採(cǎi)用高VT電晶體以節(jié)省電力。設(shè)計(jì)人員的元件資料庫(kù)應(yīng)包含高VT和低VT電晶體所構(gòu)成的基本邏輯閘(NAND、NOR和INVERT等)，他們有時(shí)還會(huì)使用中間臨界電壓(middle-VT)的電晶體。一般說(shuō)來(lái)，除非為了滿足重要的效能要求，否則應(yīng)盡量使用高VT電晶體組成的邏輯閘。元件操作點(diǎn)：電壓和頻率數(shù)種元件時(shí)脈供應(yīng)方式可以節(jié)省功耗：●多時(shí)脈域(multipleclockdomain);●動(dòng)態(tài)頻率調(diào)整(dynamicfrequencyscaling);●時(shí)脈閘控(cloc