|
Abstract:
|
Tehonkulutus on yksi tärkeimmistä asioista mikropiirin suunnittelussa. Asiaan pitää kiinnittää huomiota jo suunnittelun alkuvaiheista lähtien, jotta liian suuri tehonkulutus ei lopulta ole este piirin toteutettavuudelle. Työssä tutkittiin SoC-suunnittelussa (System on a Chip) tapahtuvan tehonkulutusarvioinnin luotettavuutta. Arvioita suoritettiin SoC-piirin osana olevalle alijärjestelmälle. Tehonkulutusta arvioitiin suunnitteluvuon eri vaiheissa ja erilaisissa olosuhteissa. Lisäksi tutkittiin, miten alijärjestelmän erilaiset toimintatilat vaikuttavat tuloksiin. CMOS-piirin (Complementary Metal Oxide Semiconductor) tehonkulutus voidaan jakaa kahteen osaan: dynaamiseen ja staattiseen. Dynaamista tehoa kuluu, kun piirin soluissa tapahtuu jännitemuutoksia. Teho kuluu parasiittisten kapasitanssien lataamiseen tai purkamiseen ja logiikkaportin ulostulon hetkittäiseen oikosulkuun. Staattista tehoa kuluu jatkuvasti, vaikka piirillä ei olisi aktiviteettia. Staattinen tehohäviö syntyy piirirakenteiden vuotovirroista. Tehonkulutusarviot suoritettiin tässä työssä neljässä vaiheessa. Arvioinnit aloitettiin taulukkolaskentamenetelmällä ja etenivät RTL- (Register Transfer Level) ja porttitason arviointien kautta layout-tasolle. Tehoanalyyseihin käytettiin taulukkolaskentaohjelmiston lisäksi tehoanalyysiohjelmistoja. Tuloksista havaittiin, että suunnitteluvuon aikana eri menetelmillä tehdyt arviot vastaavat hyvin toisiaan. Toimintatilojen vaihtelu vaikuttaa eniten ennen layout-vaihetta saatuihin tuloksiin. Wire load -mallin (nettikuormamalli) valinnalla on suuri merkitys arvioihin, ja sen valinta on vaikeaa. Erilaiset olosuhteet vaikuttavat tehoarvioihin teorian pohjalta odotetulla tavalla. Suuri vaikutus tehonkulutukseen on kellopuun osuudella, jonka arviointi on myös haastavaa. Kellopuulla tarkoitetaan piirirakennetta, millä kellosignaali viedään järjestelmän eri osille. Tuloksien perusteella pääteltiin, miten kellopuun ja optimoidun suunnittelun tehonkulutusta olisi voitu arvioida paremmin. Johtopäätösten luotettavuuden parantamiseksi tulisi tehonkulutusanalyysejä tehdä useammalle suunnittelulle ja erilaisille toimintatiloille. |