芯片设计中的功耗估计与优化技术

4.4.2 gating单元的选择

a）latch-based（图7）



b）latch-free（图8）



通过set_clock_gating_style的下列选择，设计者可以控制门控单元的选取，如图9所示。



选择考虑：

1）latch：用还是不用，是个问题。

latch-free的方案中，EN信号必须在时钟负沿前稳定，否则时钟会出现毛刺，造成只留给EN产生逻辑半个时钟周期的时间。latch-based方案则不存在这个限制，但引入latch使时序分析，测试复杂性增加。故选择哪种方案需要设计者权衡决定。

2）正沿/负沿寄存器需要指定不同的门控单元

比如latch-based方案：正沿FF用and门，负沿FF用or门

3）integrated clock-gating cell/普通单元

在生成库的过程中，可以创建专门的集成时钟门控单元，以获得较好的时序。

4.4.3时序分析

通过set_clock_gating_style -setup -hold或set_clock_gating_check指定。

AND门（图10）



OR门（图11）



数值需要考虑到时钟歪斜的影响。

4.4.4与dft流程的配合

1）加入控制点（图12）



控制点的位置和控制信号可通过下面指令控制：

dc_shell> set_clock_gating_style -control_point before -control_signal scan_enable

2）加入观察点（图13）

在测试中，EN信号和control logic中的信号是测不到的，解决方式是加入观测逻辑。

dc_shell> set_clock_gating_style -control_signal test_mode \

-observation_point true \

-observation_logic_depth depth_value



在测试模式，观察逻辑允许观测ENL信号，在正常操作模式，XOR树不消耗能量。

3）测试信号与顶层测试端口连接

时钟门控单元的测试信号需要和顶层的测试端口相连，通过下指令进行，如图14所示。



如果顶层有指定端口，将直接相连，否则，会创建此端口，并连接。

4.4.5结果

在插入时钟树后，可以用report_clock_tree_power来获得时钟网络的功耗信息。

时钟门控经设计实践证明是一个行之有效的降低功耗手段，下图是基于一项真实设计的评估：



5结语

在现代芯片设计中，功耗越来越引起设计者的关注。在本文中，我们首先分析了功耗的组成部分，然后阐述了功耗估算的方法，通过功耗估算可以使设计者在设计初期及时评估设计方案的效率，以便做出最优的选择。最后，重点分析了功耗优化的手段，包括架构优化，RAM功耗降低，时钟门控三种技术，并对引进时钟门控技术时若干难点逐一提出了解决方案，如门控单元选择，时序分析，测试支持等。功耗分析与优化二者相辅相成，设计者善加使用，方可事半功倍。