数字ASIC设计概要：功耗分析及设计原则

低功耗很重要，因为功耗越低越省电、延长电池使用时间、减少芯片发热。

Leakage Power

Leakage Power是一种静态电源功耗。所谓静态，是指信号状态不发生改变的情况下所产生的功耗。MOS管即使是在稳定状态也是有

Leakage Power的计算

一个标准单元的Leakage Power在不同的输入状态下可能是不一样的。为了使计算值与实际值更接近，可以对各个输入状态的值按概率进行加权。

比如一个两输入的与非门(NAND)的Leakage Power可以计算如下：

  Power = P(AB)*Power(AB) + P(A'B')*Power(A'B') + P(AB')*Power(AB') + P(A'B)*Power(A'B)

其中的P(AB)表示AB这种输入状态的发生概率。很显然各种状态的概率之和应该等于一。

在Synopsys的lib库文件中，或者显示地定义了某种状态对应的leakage power，或者使用默认值cell_leakage_power

cell(AND2) { 
  cell_leakage_power : 0.00123456 ; 
 
 leakage_power() { 
    when : "!A1&!A2" ; 
    value : "0.00654321" ; 
  }
 
  leakage_power() { 
    when : "!A1&A2" ;      
    value : "0.00345678" ; 
  }
}

为了知道各个输入状态的发生概率，就需要用到文件SAIF(Switching Activity Interchange Format)文件或者VCD(Value Change Dump)文件。

Dynamic Power

动态功耗是由于信号的跳变过程中对相关电容进行了充放电引起的。

Dynamic Power = V2·f·C

显而易见，要想降低Dynamic Power，或者降低电压，或者降低频率，至于负载C则主要由芯片工艺决定了。

SAIF & VCD

• SAIF: Switching Activity Interchange Format
  • 包含信号的toggle count和信号在各个状态（0/1/X/Z）的时间长度等信息
  • 通常比VCD文件要小.
• VCD: Value Change Dump
  • 记录仿真模拟(simulation)过程中信号发生变化的细节
  • vcd2saif可以转换VCD文件为SAIF文件