低功耗CPU怎么做到

 时间:2024-10-28 22:46:28

1、接着上图,power consumption公式:

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2、Switching Capacitance, E: Energy, Pavg: Average Power有了power consumption公式,就能进行低功耗设计,基本思路如下图:

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3、具体Low power 方法如下:Clock Gating:给每个模块的clock加上gate,不需要时关闭gate, to minimize dynamic powerPower Gating:原理同上,minimize dynamic power and leakage power

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4、电路功耗P=VI,也就是说只要形成了电流通路就肯定会产生功耗,这一点是分析一切的根源。CPU基本内部都是数字电路了,数字电路基本都已经是CMOS工艺了,根据我们所学的,CMOS电路功耗可以分为以下三种(1)静态功耗:

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5、(2)短路功耗我们还以上面那个反相器为例,因为MOS管的开关是需要时间的,在Vin变化时,在一段时间内两个MOS管会同时打开,VDD到地线有电流产生

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6、(3)动态功耗<img data-rawheight="157" data-rawwidth="183" src="https://pic1.zhimg.com/514d742ad509d67669f348a24217322c_b.jpg" class="content_image" width="183">因为半导体制造工艺的关系,MOS管内会有一定的寄生电容,这种寄生电容可以等效成上图中的CL,在低频下,电容影响不大,但在高频下,寄生电容会和导线一样,有电流流过,其功耗和频率f成正比(前面几位的回答都是频率3次方,这个我没工程经验,只是书上内容,尽量别参考),VDD的平方成正比,CL成正比因为半导体制造工艺的关系,MOS管内会有一定的寄生电容,这种寄生电容可以等效成上图中的CL,在低频下,电容影响不大,但在高频下,寄生电容会和导线一样,有电流流过,其功耗和频率f成正比(前面几位的回答都是频率3次方,这个我没工程经验,只是书上内容,尽量别参考),VDD的平方成正比,CL成正比在以上三种功耗中,动态功耗是大头,占90%左右,剩下两个则相比很少

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7、所以,低功耗设计,基本都是围绕着这几点展开,以下是我能想到的几种方式(1)改变工艺,降低特征尺寸,减小漏电流,这种完全就是工艺上硬拼了,如英特尔的功耗比AMD好,这与英特尔的先进工艺是分不开的(2)门控时钟/电源技术,这个经典的技术就是把一块芯片里不用的地方的时钟/电源给关掉,没有时钟/电源,也就没有了动态功耗。如果有做过STM32单片机的童鞋,肯定对它的时钟树印象很深。(3)降低电源电压,因为P=VI, 降低电压的办法简直简单粗暴,这个这么多年一直在用,比如当初的5V到现在的1V左右,但降低电压的坏处就是,MOS管是开启电压的,如果低于这个电压,MOS管就一直关闭的,所以降低电压的方法肯定不能一直用下去,而且需要先进的工艺支持(4)低功耗算法,这个比如尽量减少ALU的使用,尽量减少存储器的访问等(5)降低主频,这种方法,目前低压U在用,但降低主频的方法肯定要付出降低性能的代价的,另外英特尔还有睿频技术,就是随着性能要求升高主频。

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