基于LEON的芯片设计研究

• 作 者: 胡杰
• 机 构: 北京工业大学
• 出 处: 北京工业大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 片上系统 功耗优化 芯片设计 电流功耗

芯片的发展是现代电子工业的基础与核心。随着现代芯片制造尺寸不断减小与设计规模越来越大,芯片对于散热及供电的要求已难以得到满足。功耗已经取代频率,成为芯片研发所关注的最重要的指标。在不损失性能的前提下,对功耗进行优化已成为大规模芯片设计过程中必须面临的问题。同时功耗的降低对于节约能源、提高系统稳定性、降低系统成本等方面都能起到积极的作用。　　
本文在基于LEON的芯片项目前端设计完成的基础上,出于优化该芯片功耗的目的,对芯片中的动态功耗和静态功耗产生的物理机制进行了分类探究,将动态功耗划分为电容冲放电功耗与瞬态短路功耗;将静态功耗划分为反偏结漏电流功耗、亚阈值漏电流功耗、栅极漏电流。基于此分类对各种功耗的影响因素进行了阐述,提出了针对这些影响因素的优化方法,包括:减轻电路负载、调整电源电压、门控电源等。　　
在明确了功耗成因及优化原理的基础上,笔者针对本课题的设计对象,一款基于LEON3处理器的SoC芯片设计实现了有针对性的优化。优化措施包括多电源电压供电、门控时钟、门控电源管理等。并列出了每种方法优化后带来功耗的改变。　　
在明确了本设计的功耗优化方法之后,笔者又对功耗与速度两个芯片指标的关系进行了探讨,并使用了综合考量更多指标的设计流程对本课题进行了设计,进行了包括:RTL设计准备、建立时钟与电源约束、电路综合、预布局、再综合、布局、时钟树综合、布线等工作。最终得到了布局布线后设计版图,并对设计结果与非优化设计进行了对比分析。证明本设计优化方法在不显著降低性能的同时将功耗降低了大约三分之二。