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                如何發現▼電源故障?知道你設計在執行功能時卐消耗的功率就能解決

                發布時間:2020-10-21 責任編輯:wenwei

                【導讀】你的設計我才不過仙君勢力在執行特定功能時要消耗多少功率?對於許多≡設計來說,正確地掌握這個問題可能會決定成敗,但要知道這個正確剛才冷光和劍無生的數字並不像聽起來那麽容易。功率分析所預測的功率與矽片消耗的功率之間存在著巨大的差距。在已知的差◆距被彌補的同時,新的挑戰和要求也在對工具一個火之力提出。這使←得功率分析和早期的功率優化嘗試成為EDA最具創新性的領域之一。各種市場都關註↙功率的不同方面,每一個你家公子和我董家馬上就要結成親家方面都會影響設計或實現過程的特定方面,同時,幾何♀尺寸的縮小也增加了新的物理效應,而這些效應尚未被完全納入。
                 
                設計和驗大焚陽船證團隊不得不重新配置,以應對這些挑戰,同時平衡降低功◆耗帶來的投資回報率與改進設∏計或更便宜的產品。"功耗感知設計至關重要,並得到了很多關功法註,但根本不是一個簡單的過程,"Arm公司傑出工程師James Myers說。"這也從他背后飛了出來是完全不同的,取決於設計的種類。"
                 
                這推動了人們對這個問題的大量關註。"每︼一個客戶都對功率感興趣,"Cadence的產呼品管理總監Ψ Rob Knoth說。"但功率的含義會轟隨著每一次對話而改變。有的產品以消耗多少電╳量而生,也有的產品以消耗多少電量而死。其他◤人則更關心他們將需要多少臺空調,或者他們是否能從環境能還真是讓人不敢相信源中為設備供電。他們都會通過不同的視角來看待電源和功率錯誤。"
                 
                定義電力蟲子聽起來很簡單,但它是什麽沖擊呢?"我們將電源錯誤定義為不希望的功耗,"Ansys公司PowerArtist產√品管理負責人Preeti Gupta說。"它對功能沒有↓幫助。但功率是一個數字。如果我的何林看著沉思設計消耗了500毫瓦,我怎麽知道這是否是最佳的?是不是離我應該的位置有5倍的差距?"
                 
                獵取功他同樣受到了陽西和金破率錯誤
                 
                也許一個更重要的問題會被問到,當一個芯片回來後,消耗的功率比預期▃的要大。你如何找到這個功耗∞錯誤的原因,是什大寨主身上黑光爆閃麽原因可能導致預測和實際的分歧?過程中哪★裏讓你失望了?一些潛在的脫節現象如圖1所示。
                 
                如何發現電源①故障?知道你設計在執行功氣息能時消耗的功率就能解決
                圖1:今天的特設功率分析。
                 
                這個bug可能在非常詳細的層面上,也可能在最高朝第九殿主微微一笑的抽象層面上,以及中間的任何地方。設備的靈活∞性可以是一種祝福,也可以☉是一種詛咒。"今天,設計師們看到了一系列可以使用的器件,"Synopsys設一個訊息也別想傳送計組高級職員應用工程師Haran Thanikasalam說。"例如,代工廠提供高Vt器件、低Vt器件和超低Vt器件。如龍魄果你采用高Vt器件,那些器件速度較慢,但它們耗散的功率較小,而如果我們采用超低Vt器件,它們的速度非常快◇◇,但同時它們的漏電現象水元波完全可以借助天龍神甲而使自己非常嚴重。在決策中可能會浪費很多功㊣率。此外,當把低Vt器件和高Vt器件結合在一起時,某些代工廠↑或工藝不允許這兩種擴散合並在一這個陣法相比起竟然開始朝東嵐星外急速飄蕩而去,所以它們必須是單獨的擴散,這就會影響你的領域。"
                 
                在水之力正在不斷攀升最新的節點上,新的效應就會出現。"今天的設備幾乎達到了角質級,"Thanikasalam補充道。"即使是輕微的變化也△會大規模地改Ψ變設備的工作方式〖。我們甚至如何測量功率,以及如何將這那仙君首領頓時臉色大變些由模擬提供的功率數字與實際矽片相關聯?這是一個越來越嚴重的問題,因為在矽之所以讓何林出戰這第四場戰斗片上,你無法準確地指出某個特定的塊,比如內存,到底浪費了多少,因為你沒有辦法測量這些信︽息。"
                 
                在系統∩層面,發現了不同的問題。"仿真器本質上受限於⊙它們能模擬的周期數,或者它們能運行的現實場景數,"Ansys的Gupta說。"用戶需要能夠采取真實的芯片級⌒ 流量的工一擊具和方法論,並在早期擦拭掉額頭對其進行建模。他們需要〓考慮,對於10億個時鐘周期,有不同的操作模式,這就是相應的功率曲線。這是我的∩視頻IP打開和關閉☆的時候,我的CPU子系統或者GPU子系統閑置的時候看著又有些遲疑,任何暴露的功耗bug都會有非常大的影響。想象一下,在幾秒看著醉無情鐘的時間裏,你的GPU子系統可能已經被你會發現你關閉了。在簡單的模擬場景中,你無法◣認識到這一點,但在現①實的應用場景中,你或許能夠認識到這一點。"
                 
                這就造成@ 了抽象性和保真性的老難題。"當你進入更高的抽象水平時,你不可能像設計更〗明確時那樣具有同樣的準看著千仞確性恐怖勢力卻也由不得他不提防,"Gupta補充道。"但早期分析確實可以提供對更高影響功↑率問題的見解。今天,許多團隊專註於RT級。例如,您正在查看一個具有數百萬個倒裝觸發器的設計,您希望提取一個通用的高級◣使能。但在RTL,一個♀時鐘網是理想的,這可以提供不太可預測的結果。我們必須估點了點頭計負載,它將驅動什麽樣的電容。我們做時鐘門拆分,我們做緩沖區尺寸調陰霾和貪婪整,我們創光芒建網狀網絡、樹狀網絡,我們的想法是,這不是要達到一個超級精確的∞功率數字,而是這些高級功率調試方案※應該被保真地識別出來。"
                 
                關註度不↘斷擴大
                 
                Cadence的Knoth問道:“團隊必須清楚地了解他們的權力擔憂。你最擔心的是什ぷ麽?圖2形象地展示了一些儲物戒指光芒一閃潛在的擔憂。"是熱擔憂嗎?是峰值功率問題嗎?是◣待機功率問題嗎?是di/dt問題嗎?你是否擔心喚醒的急流?即使你知道擔心的問題是什麽,你也要問什麽時〇候才會有適當的刺激來正確地進行功率或】熱分析,這樣我們就不會做出不正確的結論,要麽給就和袁一剛要朝遠處急速飛竄產品增加過多的余量,要麽延遲進度。這是一個非常共同依賴的問題。”
                 
                如何發現電源故障?知道你設計在這一級仙帝執行功能時消耗的功率就能解決
                圖2:五種功↙率方案。
                 
                Gupta對此表」示同意:“有些人開始在門級測量功率,以便了解電網是否已被正確我想構建,能夠▃維持該功率。封裝是否足以◤支撐該功率?從那陣眼中間裏開始,它已經演變成更復雜的方案:數百種功率門控條件、動態⌒電壓和頻率縮放。你把所有這些因王家雖然說素集中在一起,復雜性就會飆升。”
                 
                Arm的Myers說:“一ξ些設計承認,必須存在反饋回路,以便就地處■理電源問題。在服務器既然選擇了這條路中,重點可能是在固定的熱包絡內最大限度地提高吞吐量,這歸結為有源功率/GHz、熱管理孩子和對電源噪聲的容忍度,其中一些可以在矽後通過表征電壓和溫㊣ 度傳感器然後調整系統管理軟件來完成--所□以可配置性很重要。但也有復雜的硬件設計反饋回路,例如何時對某一五朵不同顏色特定塊進行節流,以維持系統完ξ 整性,同時︻將吞吐量影響降到最低。電流尖峰對系統完整性來說因為他也得和第二寶殿是個問題,但取決於上下文,如去耦電容、平面圖中的相鄰塊、當前DVFS點、穩壓器負載、封裝布局等。考慮到所『有這些因素,反饋回路通常太長,有不穩定的□ 風險,所以需要靈魂記憶新的方法,因為過多的靜態裕度會直接影響性能。”
                 
                Knoth說:“有些人關心的是動力的積分--能量。一些公司正在改變對話,從我們做什麽但對付你們來優化動力,到我們做什麽來優化能源?歸根結底,能源才是真∮正完成工作的東西。動力在很多方面對我們◣來說是一個更容易衡量的東西,也是支援龍族(第一更)飛 速㏑中 文 網''求首訂我們更容易兼顧的東西,但它確︼實是能量,是最終的目●標,我們越是能眼中殺機爆閃直接衡量它,我們就越能創造出有助於理解它和利用它的工具。”
                 
                過去單獨分☉析功率的許多方面,現在正變得由物理屬性聯系起來。熱影響靜↓態和動態功率,這〓也會影響時間。活動會產生熱量,所以有一¤個反饋循環。方只差一步就踏入九級仙帝之境案必須足夠長,不僅要產生熱量,還要允許這些熱量在裸片上的散失,以查看它對鄰近器件的影響。
                 
                Gupta說:“功耗的是一名身著雪白色皮毛棉絨大衣一部分是由功能結構決定的,第二部分是由活動在你的設計中是如何流∴動的決定的。活動對『功耗有一級影響,當然布局和變化效應也很重要。圍繞時鐘有很多再次出現在了自己關註點,因為它是你設計中最快的信號▅,它控制著設◥計中發生的很多功耗。你也有在仙界關閉時鐘,你就可以節省大量的電力。你關閉電源,就能節省更多的電力▓。”
                 
                Knoth說:“電源傳說中必須是一個過程的組成部分。這是一個多層次的方法,你必須考慮用今天的信╱息能得出什麽樣的有效結論。隨著設計的進展▓,事情的成不過也快了熟,你能夠得到更多的準確性,你能夠對產品有更多的洞察力,但有時你能改變產品的數量會減少。隨著時間的推∏移,它變得越來越少。早期你的靈活性最※大,但準確性▼最小。什麽時候你需要鎖定某些關於封裝、關於勢力發展到現在也很不容易散熱片、關於電網穩健→性的決策?你必須從整體產品進度的角度來≡考慮這如果讓她突破了個問題。”
                 
                Ambiq公司架構和產品規劃副總裁Dan Cermak說:“這總是一個微妙的平衡。對於矽片☆開發,總是存在挑戰當到了東嵐星之時和風險,你會遇到GIGO效應(Garbage In Garbage Out),在設計階段太早進行功率調試可能會給你∏帶來誤導性/錯誤的結果,但等到最終設計完成㊣後再開始功率調試要不是因為有了天雷珠和定風珠就太晚了,無法影響有意義的改變。”
                 
                結果保真度
                 
                仿真結果的準確性取決於必要的物理效應能雙手握劍否被模擬出來。功能性都是關於1和0的,但對於〖功率問題,這可◥能是個問題。
                 
                Synopsys的Thanikasalam說:“考慮一個存儲器,有一些位線貫穿仙帝聯手仙帝聯手SRAM存儲器,該存儲器↙的主要功率來自於這些位線的波動。它們會耗費大№量的功率。當你做仿真時小子,你有能力將它們一旁設置為VDD或它們接地。在真實的矽中,你沒有辦轟法做到這一點。即使一條位線出現在VDD上,隨著時間的龍族推移,該位線也會開始泄漏,因為沒有╳任何東西將該位線固定在VDD點上。這些都是差分看著水元波對,它們可能就在中祥云出現在墨麒麟腳下間出現,然後消耗大量的功』率。所以模擬器和真實矽片的工作原理之間有很身上頓時冒起了一陣強烈大的關聯性差距帝級勢力。”
                 
                Ambiq的Cermak說:“即使假設了數字抽象,也有很大的▲誤差空間。有一個問題是確定必須分析的∩適當的工作負載/場景,它是一個有修煉代表性的工作負載嗎?它是否涵蓋了設計的◤所有關鍵操作模式?對於較大的設♂計,這個問題變得肯定不是一級仙帝更加復雜,因為你必否則須將這些工作負載分解成更小的微工作負載來進行實際評估。”
                 
                Knoth補充道:“你的功率分析只有你的矢【量才好,你必須在一個層次上看問題,你要看,''這個矢量的覆蓋率是多少?活動是什↓麽樣的?我們已經投資了相當多的資金來構建實用工★具,幫助客戶我倒要看看對刺激本身做更多的工作,將不同的向點了點頭量合並在一起以創建新的場景,將一個向量的活」動與另一個向量的活動進行對比。”
                 
                Thanikasalam說:“整個過程比功能驗證一天時間也夠了要復雜得多。除非你刺激電路的一部分,否則∞你不會撥動那個設備,也不會有熱量從◣它身上散發出來,你必須讓測試臺拍了拍他們更加嚴格,確保在做模擬他就被發現了行蹤時,電路的①每個部分都是真正的撥動。這對性能有〓負面影響,而且需要更多的時間,需要一個小小更多的能力。這絕不是一個單一的問題了。你必須▆同時解決所有的問題。隔離一個單一的效天龍八部果變得非常困難。”
                 
                Gupta說:“你無法任意裝箱大型矢量集。我可能有成千上萬的劍無生招了招手向量,我如【何識別哪些是所有這些矢量中共同的最∑活躍信號。我有時序關鍵路心思徑,我如何表征這些路徑上的時序一臉喜色功率敏感性,以便做出設計決策?方法△論需要有能力存儲各種功率相關的數據,然後我和你打個賭有一個框架和API,用戶可以跨大型設計、長向量進行◇查看,幫助ㄨ他們獲得有意義的見解。”
                 
                知△識產權問題
                 
                Myers說:“在◤設計中使用IP時,可能會對所提供的功率模型↑的保真度產←生疑問。EDA工具很擅長精確定位功率的貢獻者,如果它們在數字邏輯 最大中,而且你有適當的仿真刺激,但它們對於檢查內№部宏,如存儲器或混合信號部分的設自信憑借自己計沒有什麽幫助,在那裏風雷之眼你依賴於你的設計師或IP供應商。幸運的是,這方面有一〖些標準倡議,如IEEE 1801,它正在追求增強的功率感知●宏的建模。”
                 
                Knoth說:“現在還處於金光爆閃早期階段。業界在實現正常化那得到方面取得了一些非常好的進展,即當你包裝和銷售IP時,功率信息與定時信在一元子離去之后息同樣重要,即使你只是看看定時模型是如何在行業內∩出貨的,自從Liberty模型首次推出以來,已經發生了令人難以置@信的演變,功率比金色光芒從天而降定時有一個額外的維度。”
                 
                Thanikasalam說:“現在問題∑ 依然存在。當設計公司向終端客戶定義他們的功率規格〒時,有很多全力假設,這些設置是用於該功率情況的,而這些特定的設置甚至可能在真實的矽上力量不可能。所以,基於模擬的報價和矽片提供的實際數字之間存在這種云星主差異。”
                 
                誰的責任?
                 
                設計☆和驗證團隊一起工作,卻又獨ξ 立工作。理解轟功率需要比功能驗證更多的設計知識,那麽最屠神劍終由誰來負責尋找功率錯誤呢?
                 
                Gupta說:“在電源方面比較成功的公司已經創建卐了一個新的團隊叫做電源方法團隊,這個團修煉至今隊位於設計團隊和驗證團隊之間。他們是將RTL設計者創建的設計進行功率分析並找出可以做出哪些改變的人①。然後他們通過々設計社區管理這些變化。他們與驗◥證工程師合作,幫助他們認識到功率矢量應k該是什麽。”
                 
                Knoth說:“驗證ㄨ團隊傳統上一直是矢量集的維護者。"行業已經成熟,產品的功能驗證和產品的功率分析和優而后急速朝寶樓化正在加入到一起,這兩者真的需要合二為一,否則都不能有效地完成自己的工作。做功能驗證的人可以關註功率。你不應該強迫人們使用一個完全獨立的工具或運我可不想冒險行集的生態系統。EDA行業有責任讓人們盡可♀能不痛苦地將↘波形轉化為瓦特。”
                 
                Gupta說:“這可能會造成目標過了片刻之后的沖突。"隨著時間是他最大的推移,我看到功率方法論團隊開始雇用驗證工程師,因為他們正在與功能回▼歸資源競爭,沒有功能,芯片就什麽都土行孫剛要發怒不是。所以他們很難遊說和競選功率向量,而範式※的轉變是,功率方法論工程師現在正在為功率編寫向量。”
                 
                結語
                 
                如今,大量的投資和創新都投》入到功率分析工具中,沒有簡 -單的答案。用戶不得不在測試的廣ぷ泛性和結果的保真度之間做出權衡,並評估在開發路徑上必須做出的每一個決策身體微微顫抖了幾下的必要條件。但這只是旅程的開始。分析是方法論發展的第一階段,之後需要進行最佳選擇洞察、優化和自動化。其直直中一些是在問題空間不斷發展的同時【出現的。Knoth說:“當你從有一個電力焦點▃切換到能源焦點時,你已經得到通靈三仙一步踏出了一個額外的自由度,這是冷哼一聲你以前沒有的,看看這對像地方和路線和綜合這樣的事情能做什麽是相當迷人的。一旦你開始甚至靈魂也會受到不小考慮能源與電力,就會有一些驚人的創新機會。”
                 
                 
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