01-UPF介绍

Mainstream Low Power techniques

• clock gating - 低功耗的设计风格,4bit以上可以通过综合工具增加ICG
• APR的时候可以更换器件VT

Advanced Low Power Techniques

• 不同电压域划分,频率高的电压高,频率低的电压低
• 所有模块电压都一样,但是不用的模块可以power down
• State Retention - 在power off之前保存之前的状态值
• Low-VDD standby
• DVFS - 可以对电压和频率进行动态调节(划分成几档进行调节)
• AVFS - 可以自适应的改变电压和频率调节
• Well Biasing - 阱偏置,工艺上进行改进降低漏电流

Adoption of low power techniques

Low Power techniques challenge

Power gating(MTCMOS)

• Power off domain需要添加isolation,保护输出信号,如果没有isolation,power off之后输出为高阻态,会造型功能错误

Power Gating Advantages

• 降低leakage power,增加power switch会增加switch cells\retention cells\isolation cells\always on logic

Power Gating Costs

• 增加Power Switch会增加面积
• IR drop会增加 - 导致其他模块不稳定

Multi-Voltage

• 需要升压的模块需要1.2V
• 1.2V模块和0.9V模块之前可能进行数据交换,所以之间需要电平转移器(支持low to high,high to low);

Multi-Voltage Advantages

• 升压会增加leakage power,通过电压域的控制,可以减小leakage power
• 既可以减小leakage power和dynamic power
• 缺点:level shifter有比较大的timing delay

DVFS(Dynamic Voltagge and Frequency scaling)

• 自动进行频率和电压的调节,一般而言CPU可以进行调节

Low Power Impact on Design Flow

• static power包含:leakage powe和internal power两种

Why do we need UPF

• 上面的低功耗技术都需要依赖于UPF技术
• Uniform Power Format - 低功耗设计的文档

UPF&RTL

UPF brief history

• CPF - cadence
• IEEE 1801 - UPF 2.0
• IEEE 1801 2009 - UPF + CPF
• IEEE 1801 2013 - UPF 2.1

Power Domain

• power domain是虚拟的模块,可以设定
• power net voltage - 设定不同电压VDD的值是多少
• power switch style(n管还是p管)
• power down control - 低有效还是高有效

Power Supply

• supply port - 插座

• supply net - 电源线

• power domain - 电脑

• power switch - 电脑开机键

• power domain - 需要power port

• Power state table(PST)
  
  

• 定义了很多power domain之后,它们如何进行工作?
  
  

• 三个power domain都可以on or off,就会有2^3=8种状态

• power state table - 将不同电压域进行组合得到不同的状态,对应于不同的mode

• UPF可以使用VCLP根据PST(golden)检查isolation cell是不是插全了,还可以检查level shifter是不是正确

• PST可以用于验证,指示coverage,所有power domain都验证到,coverage比较高,否则coverage比较低

Low Lower design require special cells

• always on buffer - 两个电压VDD和VDD back up,当VDD掉电之后,启用VDD back up进行供电,所以不会掉电
• isolation cell 和 Level shifter cell合并 - enable level cell,既可以进行保护又可以转换电平
• retention register - 面积比较大,除了D端和Q端,如果使用DFT的mux register会增加SI\SE\SO端口,面积会增加,所以不常用

Level shifter

Isolation cell

• isolation cell - 在power domain关闭之后,防止传播x状态

• 当PD1掉电之后,启动VDDB,然后active logic输入0,isolation cell输出0,就防止x传播

Power switch

Retention Register

• domain掉电之后,将当前的值进行输出,保存在retention register中,当上电之后,可以恢复到上次的状态,缩短恢复时间

Always-On cells

• 使用普通buffer,power domain掉电之后传出的值到达不了rentention register,应为普通buffer也会掉电,使用always on buffer之后,power domain掉电之后会切换到VDDB,所以retention register可以存储掉电之前的值

UPF Example

UPF FLOWS

• UPF - designer写根据RTL和power domain划分进行编写,给到仿真和综合进行使用
• DC会插入isolation cell和level shifter,会产生UPF'和netlist
• 然后进行static check,检查DC是不是正确插入了level shifter和isolation
• PR之后会产生新的netlist和UPF''
• 然后用netlist进行后仿

其他