Չիպերի ձևավորումը յուրաքանչյուր երկրի զարգացման առաջնահերթություններից է, և Չինաստանի չիպերի ձևավորման արդյունաբերության ընդլայնումը կօգնի նվազեցնել իմ երկրի կախվածությունը արտասահմանյան չիպերից: Նախորդ հոդվածներում խմբագիրը մի անգամ ներկայացրել է չիպի ձևավորման առաջ և հակառակ հոսքը և չիպի ձևավորման հեռանկարները: Այս հոդվածում խմբագիրը ձեզ կներկայացնի չիպի նախագծման իրական գլուխը `RFID չիպի նախագծման մեջ ժամացույցի ծառի էներգիայի սպառման օպտիմալացում և իրականացում:
1 ակնարկ
UHF RFID- ը UHF ռադիոհաճախականության նույնականացման պիտակի չիպ է: Չիպն ընդունում է պասիվ էլեկտրաէներգիայի մատակարարման ռեժիմ. Կրիչի էներգիան ստանալուց հետո ՌԴ դիմային ստորաբաժանումն առաջացնում է Vdd էներգիայի ազդանշան `ամբողջ չիպը աշխատելու համար: Էլեկտրաէներգիայի մատակարարման համակարգի սահմանափակումների պատճառով չիպը չի կարող առաջացնել մեծ ընթացիկ սկավառակ, ուստի ցածր էներգիայի դիզայնը մեծ բեկում է դարձել չիպի մշակման գործընթացում: Թվային շղթայի մասի հնարավորինս քիչ էներգիայի սպառումն ապահովելու համար, թվային տրամաբանական շղթայի նախագծման գործընթացում, ի լրումն համակարգի կառուցվածքի պարզեցման (պարզ գործառույթներ, պարունակում է միայն կոդավորող մոդուլ, վերծանման մոդուլ, պատահական թվերի արտադրության մոդուլ, ժամացույց , վերականգնել մոդուլը, հիշողության կառավարման միավորը, ինչպես նաև ընդհանուր կառավարման մոդուլը), որոշ շղթաների նախագծման մեջ ընդունվում է ասինքրոն շղթայի ձևավորումը: Այս գործընթացում մենք տեսանք, որ քանի որ ժամացույցի ծառը սպառում է թվային տրամաբանության էլեկտրաէներգիայի սպառման մեծ մասը (մոտ 30% կամ ավելի), ժամացույցի ծառի էներգիայի սպառումը կրճատելը նաև դարձել է էներգիայի սպառման նվազում: թվային տրամաբանությունը և ամբողջ պիտակի չիպի հզորությունը: Սպառման համար կարևոր քայլ:
2 Չիպի էներգիայի կազմը և էլեկտրաէներգիայի սպառումը նվազեցնելու մեթոդներ
2.1. Էլեկտրաէներգիայի սպառման բաղադրությունը
Նկար 1 Չիպի էներգիայի սպառման բաղադրությունը
Դինամիկ էներգիայի սպառումը հիմնականում ներառում է կարճ միացման էներգիայի սպառումը և պտտվող էներգիայի սպառումը, որոնք այս դիզայնի էներգիայի սպառման հիմնական բաղադրիչներն են: Կարճ միացման էներգիայի սպառումը ներքին էներգիայի սպառումն է, որն առաջանում է P խողովակի և N խողովակի սարքում որոշակի պահի միացման արդյունքում առաջացած ակնթարթային կարճ միացումից: Շրջանառության էլեկտրաէներգիայի սպառումն առաջանում է CMOS սարքի ելքի մեջ բեռի հզորության լիցքավորմամբ և լիցքաթափմամբ: Արտահոսքի էներգիայի սպառումը հիմնականում ներառում է էլեկտրաէներգիայի սպառումը, որն առաջացել է ենթաշեմի արտահոսքի և դարպասի արտահոսքի հետևանքով:
Այսօր էլեկտրաէներգիայի սպառման երկու ամենակարևոր աղբյուրներն են. Հզորությունների փոխարկումը և ենթաշեմի արտահոսքը:
2.2 Էլեկտրաէներգիայի սպառումը նվազեցնելու հիմնական մեթոդները
Նկար 2 Չիպի էներգիայի սպառումը նվազեցնելու հիմնական մեթոդները
2.2.1 Նվազեցնել էլեկտրամատակարարման լարումը Vdd
Լարման կղզի. Տարբեր մոդուլներն օգտագործում են էլեկտրամատակարարման տարբեր լարման:
MulTI մակարդակի լարման մասշտաբավորում. Նույն մոդուլում կան բազմաթիվ լարման աղբյուրներ: Անջատեք այս լարման աղբյուրների միջև ՝ ըստ տարբեր կիրառությունների:
Դինամիկ լարման հաճախականության մասշտաբավորում. «Բազմաստիճան լարման ճշգրտման» նորացված տարբերակ, որը դինամիկ կարգավորում է լարումը `ըստ յուրաքանչյուր մոդուլի աշխատանքային հաճախության:
AdapTIve լարման մասշտաբավորում. DVFS- ի արդիականացված տարբերակ, որն օգտագործում է հետադարձ կապ, որը կարող է վերահսկել շղթայի վարքը ՝ լարումը հարմարվողականորեն կարգավորելու համար:
Ենթաշեմային միացում (դիզայնը ավելի բարդ է, և այն դեռ մնում է ակադեմիական հետազոտությունների շրջանակներում)
2.2.2 Նվազեցնել հաճախականությունը f և շրջանառության մակարդակը A
Կոդի օպտիմալացում (ընդհանուր գործոնների արդյունահանում, ռեսուրսների վերօգտագործում, օպերանդի մեկուսացում, էներգիայի գագաթնակետի սպառումը նվազեցնելու համար սերիական աշխատանք և այլն)
Դռնփակ ժամացույց
Բազմամյա ռազմավարություն
2.2.3 Նվազեցնել բեռի հզորությունը (CL) և տրանզիստորի չափը (Wmos)
Նվազեցնել հաջորդական միավորները
Չիպի տարածքը և մասշտաբի նվազեցում
Գործընթացների արդիականացում
2.2.4 Կրճատել արտահոսքի ընթացիկ արտահոսքը
Վերահսկիչ շեմի լարումը (շեմի լարում) (շեմի լարում ↑ արտահոսքի հոսանք ↓, եթե օգտագործում եք MTCMOS, VTCMOS, DTCMOS)
Վերահսկեք դարպասի լարումը (դարպասի լարում) (հոսանքի հոսքի վերահսկման համար վերահսկելով դարպասի աղբյուրի լարումը)
Տրանզիստորի բուրգ (միացնել ավելորդ տրանզիստորները շարքով, մեծացնել դիմադրությունը `արտահոսքի հոսքը նվազեցնելու համար)
Դռնփակ էլեկտրամատակարարում (Power gaTIng կամ PSO) (երբ մոդուլը չի աշխատում, անջատեք հոսանքը `արտահոսքի հոսանքը արդյունավետորեն նվազեցնելու համար)
3 RFID չիպի մեջ ժամացույցի ծառի էներգիայի սպառման օպտիմիզացում
Երբ չիպը գործում է, էլեկտրաէներգիայի սպառման մեծ մասը պայմանավորված է ժամացույցի ցանցի շրջանառությամբ: Եթե ժամացույցի ցանցը մեծ է, այս մասի պատճառած էլեկտրաէներգիայի կորուստը շատ մեծ կլինի: Շատ ցածր էներգիայի տեխնոլոգիաների շարքում, դարպասավոր ժամացույցը ամենաուժեղ զսպող ազդեցությունն ունի մատով խփելու էներգիայի և ներքին էներգիայի սպառման վրա: Այս նախագծում բազմաստիճան դարպասավոր ժամացույցի տեխնոլոգիայի և ժամացույցի ծառի օպտիմալացման հատուկ ռազմավարության համադրությունը խնայում է էլեկտրաէներգիայի սպառման մեծ մասը: Այս նախագիծը տրամաբանական ձևավորման մեջ օգտագործեց էլեկտրաէներգիայի սպառման օպտիմալացման բազմազան ռազմավարություններ և փորձեց որոշ մեթոդներ հետին վերջի սինթեզի և ֆիզիկական ձևավորման մեջ: Առջևի և հետևի մի քանի հոսանքի օպտիմալացման և կրկնությունների միջոցով հայտնաբերվեց տրամաբանական կոդի ձևավորումը և էներգիայի նվազագույն սպառումն Ինտեգրված մոտեցում:
4.1. Ձեռքով ավելացրեք ժամացույցի դարպասը RTL փուլում
Նկար 3 Դարպասի ժամացույցի սխեմատիկ դիագրամ
մոդուլի data_reg (En, Data, clk, out)
մուտքագրում En, clk;
մուտքագրում [7: 0] Տվյալներ;
ելք [7: 0] դուրս;
միշտ @ (posedge clk)
եթե (En) out = Տվյալներ;
endmodule
Այս փուլի նպատակը հիմնականում երկակի է. Առաջինը `դարպասավոր ժամացույցի միավոր ավելացնել շրջանառության մակարդակը վերահսկելու և դինամիկ էներգիայի սպառումը ավելի խելամիտ կերպով իջեցնելու համար` յուրաքանչյուր մոդուլի ժամացույցի շրջանառության հավանականության համաձայն: Երկրորդը `հնարավորինս հավասարակշռված կառուցվածքով ժամացույցի ցանց արտադրելն է: Կարելի է երաշխավորել, որ ժամացույցի որոշ բուֆերներ կարող են ավելացվել հետևի ժամացույցի ծառի սինթեզի փուլում `էներգիայի սպառումը նվազեցնելու համար: Ձուլման բջիջների գրադարանում ICG (Ինտեգրված դարպասներ) միավորը կարող է ուղղակիորեն օգտագործվել իրական կոդերի նախագծման մեջ:
4.2 Սինթեզի փուլում գտնվող գործիքները տեղադրվում են ինտեգրված դարպասի մեջ
Նկար 4 clockամացույցի դարպասի ներդիրը տրամաբանության սինթեզի ընթացքում
# Սահմանեք ժամացույցի դարպասի ընտրանքները, max_fanout- ի կանխադրվածությունն անսահմանափակ է
set_clock_gating_style - արդյունքում_ բջջային սողնակ \
-positive_edge_logic {ինտեգրված} \
-կառավարման_ կետը մինչև
-վերահսկիչ_ ազդանշանի սկանավորում `միացնելու հնարավորություն
# Ստեղծեք ավելի հավասարակշռված ժամացույցի ծառ ՝ տեղադրելով «միշտ միացված» ՄGԳ
power_cg_all_registers- ը ճշմարիտ դնել
Power_remove_redundant_clock_gates դնել ճշմարիտ
read_db design.gtech.db
ընթացիկ_դիզայնի վերև
ՈՒղեցույց
աղբյուրի դիզայն. cstr.tcl
# Տեղադրեք ժամացույցի դարպասը
տեղադրեք ժամացույցի դարպասը
կազմեք
# Enամացույցի դարպասի վերաբերյալ զեկույց ստեղծեք
զեկուցել ժամացույցի դարպասը
Այս փուլի նպատակն է օգտագործել ինտեգրված գործիքը (DC) դարպասավոր միավորը ավտոմատ կերպով ներդնելու համար էլեկտրաէներգիայի սպառումն էլ ավելի նվազեցնելու համար:
Հարկ է նշել, որ ICG տեղադրելու պարամետրի պարամետրերը, ինչպիսիք են առավելագույն արտանետումը (որքան մեծ է fanout, այնքան ավելի շատ էներգիա խնայողություն, այնքան ավելի հավասարակշռված fanout, այնքան փոքր է շեղումը, կախված դիզայնից, ինչպես ցույց է տրված նկարում), և minimum_bitwidth պարամետրի պարամետրը: Բացի այդ, անհրաժեշտ է ներդնել նորմալ բաց ICG ՝ ավելի բարդ դարպասի կառավարման կառույցների համար, որպեսզի ժամացույցի ցանցի կառուցվածքն ավելի հավասարակշռված լինի:
4.3 powerամացույցի ծառի սինթեզի փուլում էլեկտրաէներգիայի սպառման օպտիմալացում
Գծապատկեր 5 clockամացույցի ծառի երկու կառուցվածքի համեմատություն (ա) ՝ բազմամակարդակ խորության տեսակ; (բ) ՝ մի քանի մակարդակի հարթ տիպ
Նախ ներկայացրեք ժամացույցի ծառի համապարփակ պարամետրերի ազդեցությունը ժամացույցի ծառի կառուցվածքի վրա.
Շեղ. Ժամացույցի շեղ, ժամացույցի ծառի ընդհանուր նպատակ:
Տեղադրման հետաձգում (Latency). :Ամացույցի ուղու ընդհանուր ուշացում, որն օգտագործվում է ժամացույցի ծառի մակարդակների քանակի աճը սահմանափակելու համար:
Առավելագույն թարգմանություն. Փոխարկման առավելագույն ժամանակը սահմանափակում է բուֆերների քանակը, որոնք կարող են վարվել առաջին մակարդակի բուֆերի կողմից:
Max Capacitance Max Fanout. Բեռնվածքի առավելագույն հզորությունը և առավելագույն արտանետումը սահմանափակում են բուֆերների քանակը, որոնք կարող են վարվել առաջին մակարդակի բուֆերի կողմից:
Designամացույցի ծառի սինթեզի վերջնական նպատակը ընդհանուր դիզայնում ժամացույցի շեղման նվազեցումն է: Մակարդակների քանակի ավելացումը և արտանետման յուրաքանչյուր մակարդակի իջեցումը կներդնեն ավելի շատ բուֆերներ և ավելի ճշգրիտ կհավասարակշռեն ժամացույցի յուրաքանչյուր ուղու ուշացումը ՝ ավելի փոքր շեղ ստանալու համար: Բայց ցածր էներգիայի նախագծման համար, հատկապես, երբ ժամացույցի հաճախականությունը ցածր է, ժամանակի պահանջները շատ բարձր չեն, ուստի հուսով ենք, որ ժամացույցի ծառի մասշտաբը կարող է կրճատվել `ժամացույցի ծառի կողմից առաջացած դինամիկ անջատիչ էներգիայի սպառումը նվազեցնելու համար: Ինչպես ցույց է տրված նկարում, ժամացույցի ծառի մակարդակների քանակը նվազեցնելով և մեծ թափ հաղորդելով, ժամացույցի ծառի չափը կարող է արդյունավետորեն կրճատվել: Այնուամենայնիվ, բուֆերների քանակի կրճատման պատճառով, ժամացույցի ծառը ավելի փոքր քանակությամբ մակարդակներով, քան բազմամակարդակ ժամացույցի ծառը, պարզապես կոպտորեն հավասարակշռեք յուրաքանչյուր ժամացույցի ուղու ուշացումը և ստացեք ավելի մեծ շեղում: Տեսանելի է, որ ժամացույցի ծառի մասշտաբը նվազեցնելու նպատակով ցածր էներգիայի ժամացույցի ծառի սինթեզը որոշակի շեղման մեծացման հաշվին է:
Հատկապես այս RFID չիպի համար մենք օգտագործում ենք TSMC 0.18um CMOS LOGIC / MS / RF գործընթաց, և ժամացույցի հաճախականությունը ընդամենը 1.92 Մ է, ինչը շատ ցածր է: Այս պահին, երբ ժամացույցն օգտագործվում է ժամացույցի ծառի սինթեզի համար, ցածր ժամացույցն օգտագործվում է ժամացույցի ծառի մասշտաբը նվազեցնելու համար: Էլեկտրաէներգիայի սպառման ժամացույցի ծառի սինթեզը հիմնականում սահմանում է շեղման, ուշացման և տարանցման սահմանափակումները: Քանի որ արտանետումների սահմանափակումը կբարձրացնի ժամացույցի ծառի մակարդակների քանակը և կբարձրացնի էլեկտրաէներգիայի սպառումը, այս արժեքը չի սահմանվում: Գրադարանում լռելյայն արժեքը: Գործնականում մենք օգտագործել ենք ժամացույցի ծառի 9 տարբեր սահմանափակումներ, և սահմանափակումները և համապարփակ արդյունքները ներկայացված են Աղյուսակ 1-ում:
5 եզրակացությունը
Ինչպես ցույց է տրված աղյուսակ 1-ում, ընդհանուր միտումն այն է, որ որքան մեծ է թիրախի թեքությունը, այնքան փոքր է ժամացույցի ծառի վերջնական չափը, այնքան փոքր է ժամացույցի ծառի բուֆերների քանակը, և փոքր է համապատասխան դինամիկ և ստատիկ էներգիայի սպառումը: Սա կփրկի ժամացույցի ծառը: Սպառման նպատակը: Տեսանելի է, որ երբ թիրախային շեղը մեծ է 10 նից, էլեկտրաէներգիայի սպառումն ըստ էության չի փոխվում, բայց մեծ շեղման մեծությունը կբերի պահման ժամանակի վատթարացմանը և կբարձրացնի պահոցների քանակը տեղադրված ժամանակի վերականգնման ժամանակ, ուստի պետք է փոխզիջման գնալ: Գծապատկերից ռազմավարություն 5 և ռազմավարություն 6 նախընտրելի լուծումներ են: Բացի այդ, երբ ընտրվում է շեղման օպտիմալ կարգավորումը, կարող եք նաև տեսնել, որ որքան մեծ է Max անցման արժեքը, այնքան ցածր է վերջնական էներգիայի սպառումը: Սա կարելի է հասկանալ, քանի որ որքան երկար է ժամացույցի ազդանշանի անցման ժամանակը, այնքան փոքր է պահանջվող էներգիան: Բացի այդ, լատենտային սահմանափակումների կարգավորումը կարող է հնարավորինս ընդլայնվել, և դրա արժեքը քիչ ազդեցություն ունի էլեկտրաէներգիայի սպառման վերջնական արդյունքի վրա:
Մեր մյուս արտադրանքը:
