條條道路通節能節能的挑戰與機遇在何處?

spotlight關(guān)注焦點(diǎn)Spotlight欄目編輯王瑩條條道路通節能個(gè)實(shí)例是半導體的性能、溫度和電源電壓的關(guān)系。我們的設計出發(fā)點(diǎn)是有效工作狀態(tài)。半節能的挑戰與機遇在何處?導體產(chǎn)品的性能各不相同,其中大部分是CMOS電路,其性能往往要高于你的設計目Approaches to Decrease Power Consumption標。如果你能夠適應各種產(chǎn)品的性能特性,就能實(shí)現產(chǎn)品的整體性能優(yōu)化?！鲇疟究浾摺ぴ谛酒瑢用嫔?也可以采用新的設計哲學(xué)。當前設計方面的一個(gè)挑戰是,如何突破許摘要:本文介紹了模擬IC、處理器、存儲器、FPGA、EDA工多工程師在思路上的線(xiàn)性化框架。工程師們具,電池/電池材料等方面的低功耗技術(shù)的設計考慮和技必須把思路延伸到機箱之外NS現在具有可術(shù)進(jìn)展以在芯片級完成這一工作的產(chǎn)品,即電源電關(guān)鍵詞:低功耗;電源管理:數據中心;SoC;燃電池;DMFC壓可自適應縮放的產(chǎn)品。但我們還需要在更高層次上的產(chǎn)品,此時(shí)軟件就將發(fā)揮作用摩爾定律表明,每散熱問(wèn)題,這與電源轉換效率有關(guān)。當24個(gè)月(后來(lái)業(yè)界修正接近理論極限時(shí),設計的回報就很低。由于能為18個(gè)月)C上可容納量的轉換必然伴隨著(zhù)發(fā)熱,架構設計師和工程的晶體管數量增加一師研究我們消耗了多少能量,但是那部分能量倍,性能也將提升一又該如何去除?如果你的應用空間固定,而冷倍。2000年底網(wǎng)絡(luò )泡沫卻的能力有限,即解決問(wèn)題的方法受到了約破滅后,人們最為關(guān)心束,因此,這是一個(gè)很大的挑戰,對于那些要眾多公司在 Electronic Summi20電源討論會(huì )上發(fā)成本,其次是功耗和性設法利用現有基礎設施的人們來(lái)說(shuō)尤為如此。(自左至右的代表來(lái)自:安森美、 Intersil、 Mento能。這兩年,隨著(zhù)便攜微量節能。實(shí)際上,微量節能也能帶來(lái)Qimonda、Ns和 Cadence)式產(chǎn)品的異軍突起和全巨大的影響,因為其數量會(huì )隨著(zhù)用戶(hù)數量增世界節能環(huán)保的要求,降低功耗成為了業(yè)界加而成倍增長(cháng)。如果你能在保證性能的情況普遍關(guān)注的大事下擠出一點(diǎn)功耗來(lái),無(wú)數的功耗累積起來(lái)效近日,筆者采訪(fǎng)了眾多公司,看到他們非果巨大。據美國能源部的一個(gè)統計表明,如果常重視節能和環(huán)保。西諺說(shuō)“條條大道通羅美國的毎一戶(hù)家庭把一只燈泡用CH(節能熒馬”,由此引申到節能環(huán)保,我們可以通過(guò)很光燈)一其效率是白熾燈的兩倍一來(lái)取代的多方法來(lái)實(shí)現節能話(huà),節約下來(lái)的能量將足以供300萬(wàn)戶(hù)家庭使用。這個(gè)例子說(shuō)明,設計工程師們面臨的挑戰圖1世界電源市場(chǎng)模擬C不僅是那些巨大的挑戰一如何用更低的功耗獲節能的設計方法學(xué)得更高的性能,也包括如何實(shí)現環(huán)保等。a tio n a l便攜式電源轉換拓撲結構經(jīng)驗miconductor公司(以下Intersil公司負責便攜式業(yè)務(wù)的高級產(chǎn)品簡(jiǎn)稱(chēng)NS)全球伙伴關(guān)系市場(chǎng)行銷(xiāo)經(jīng)理 Andrew Baker說(shuō)該公司把降低市場(chǎng)行銷(xiāo)經(jīng)理 Rick zarn電源劃分成為兩個(gè)部分從多個(gè)角度談了看法。中國煤化工理我們有時(shí)從系統架CNMHG構層面來(lái)實(shí)現節能。2001200820020102011設計者需要把這兩部分有機地組合起來(lái),74子量品界20086Www.eepw.com.cnspotlight關(guān)注焦點(diǎn)Spotlight欄目編輯王瑩以實(shí)現優(yōu)化的功耗特性Actel公司的總裁兼 CEO John east認為,從系統設計的角度來(lái)看,架構及其劃分節電是件很復雜的事,需要從上百個(gè)角度去很重要,設計人員需要確定哪些功能是必需考慮解決問(wèn)題,例如噪聲、散熱、工藝、材料的。例如,手機在大部分時(shí)間里是處于待機狀封裝等問(wèn)題態(tài)的,因此可以把大部分與RF部分無(wú)關(guān)的電Actel公司作為FPGA芯片解決方案廠(chǎng)商路關(guān)閉。你可以在架構上考慮電能是如何從認為低功耗往往不僅是一個(gè)芯片低功耗,更涉電池轉換為電路電源的,線(xiàn)性的還是開(kāi)關(guān)式及到一整套的解決方案。以 Actel為例,采用的,軟件必須管理好這些。軟件是確保何時(shí)應的技術(shù)是 Flash fPga,產(chǎn)品有兩類(lèi): IGLOO該按照何種模式工作的關(guān)鍵,有的軟件工程是FPGA家族中超低的功耗產(chǎn)品,靜態(tài)功耗達師認為它就是宇宙的中心,在大多數情況下到005mW/百萬(wàn)門(mén);加入了智能系統和功率的確是這樣。軟件需要針對實(shí)時(shí)管理操作進(jìn)管理的 Fusion可編程系統芯片是第二個(gè)產(chǎn)品行優(yōu)化,考慮到全功耗、低功耗、休眠、深度線(xiàn);除此之外,還有功率優(yōu)化的設計工具休眠,這些就是人們目前所能想到的處理功 Libero ide、低功耗的 ARM COrtex-Ml核,智耗問(wèn)題的系統解決方案。我們還應把系統劃能功率I,以及號稱(chēng)業(yè)界最小的FPGA封裝。分為多個(gè)微處理器,它們甚至可以在同一片制程提到40nm芯片上,讓他們能以不同的時(shí)鐘速度工作。這Altera發(fā)布業(yè)界首款40 nm fPga和也是一種優(yōu)化系統性能的方法。HardCopy ASIC,命名為 Stratix IV fPga在硬件方面,你可以有多種選擇。市場(chǎng)上和 HardCopy IV ASIC都提供收發(fā)器,在密有多家廠(chǎng)商、多種架枃的解決方案。例如,開(kāi)度、性能和低功耗上遙遙領(lǐng)先。盡管4On時(shí)關(guān)式穩壓器是手持式裝置中常見(jiàn)的一種用于漏電流是個(gè)挑戰,但是由于采用了應變硅技提高效率的手段,但市場(chǎng)上也存在一些線(xiàn)性術(shù),使功耗大大降低, Stratix Iv預計比上的、成本更低的解決方案,有時(shí)它們更優(yōu)化。代產(chǎn)品功耗降低了1/2?！霸瓉?lái)我們計劃08年因此架枃的選擇對于效率極為關(guān)鍵。電源管推出45nm制程”, Altera資深市場(chǎng)副總裁理方面,你可以采用多種模式。開(kāi)關(guān)穩壓器有 Jordan s. Plosky說(shuō),“由于代工廠(chǎng)TSMC的兩種模式:PwM(脈寬調制)和PFM(功率因工藝進(jìn)步,今年初TSMC已把工藝提高到子模塊),PWM將為滿(mǎn)負載條件服務(wù),而PFM4nm”。與此同時(shí), Altera還發(fā)布了 Quartusctel CEO John East:將用于輕負載條件。甚至還可以有第三種模Ⅱ軟件80,支持其40 nm fPga/結構化節能可從上百個(gè)角度考式,如LDO低壓降)。事實(shí)上低壓降的電源ASIC,延續了該公司在設計軟件性能和效能效率極高,可避免開(kāi)關(guān)穩壓器在開(kāi)關(guān)中消耗上的領(lǐng)先優(yōu)勢的能量。例如,如果你的系統中已經(jīng)有DC不過(guò),等待新產(chǎn)品需要一些耐心。 AlteraDC變換器了,你還可以L(fǎng)DO作為第二級。例計劃于2008年第4季度提供 StratixⅣV器件系如,你可能希望系統的內存以1.8V工作,你列第一個(gè)型號的工程樣片, HardCopy IV現在已經(jīng)有了1.8V的電壓軌,而現在又需要ASIC將于2009年第三季度開(kāi)始接受客戶(hù)投為低壓的內核供電,于是就可以用一個(gè)LDO片來(lái)為其提供一個(gè)1.2V的電壓。這就是一個(gè)將加入舊核兩種拓撲結構組合起來(lái),以達到優(yōu)化的例子。Xilinx公司 CEO Wim roelandts說(shuō)Altera資深市場(chǎng)副總裁FPGAcyH中國煤化工核和軟核加入CNMH該。因為PP核Jordan S Plosky一整套方案實(shí)現節能改進(jìn)性能、提高速度且降低功耗。軟P和硬76子量品界「20086Www.eepw.com.cnspotlight關(guān)注焦點(diǎn)Spotlight欄目編輯王瑩IP是相輔相成的,當軟件的效率沒(méi)有足夠高,未來(lái)不能升級擴展的系統,會(huì )阻止存儲器方用硬件實(shí)現;硬件效率雖高,但成本高一些。面的人員運用可以降低功耗包絡(luò )的功能和部因此選擇硬核還是軟核需要綜合考慮成本、件。不久前,我們還處在μm時(shí)代,現在則達效率等問(wèn)題。到了nm時(shí)代,而pm節點(diǎn)也并非遙不可及例如,08年3月底 Xilinx推出了 Virtex-因此,可擴展性極為重要。目前, Qimonda5的第四個(gè)平臺一FⅩT家族,是基于正在從基于溝槽的技術(shù)轉向混合型的技術(shù)。PowerPC440處理器模塊、高速 RocketIo Qimonda的可擴展性已經(jīng)超越了50nm和GTX收發(fā)器和專(zhuān)用 XtremeDSP處理能力。盡40nm節點(diǎn),達到了約30mm的節點(diǎn)。這種可Xilinx CEo wim管inx也有 Microblaze軟P核,但是其產(chǎn)擴展性,使得 Qimonda能夠開(kāi)發(fā)出核心平臺品的有力補充保證DRAM的低功耗特性。由于具有該平臺,elanQimonda現在能把產(chǎn)品放入各種具有音/視存儲器頻功能的產(chǎn)品中。DRAM節能與可擴展性人們可能會(huì )覺(jué)得存儲器與功耗方面的EDA工具挑戰并無(wú)多大關(guān)系”, Qimonda(奇夢(mèng)達)公司產(chǎn)業(yè)合作促SoC功耗巨大降低的高級市場(chǎng)行銷(xiāo)總監 Tom Til認為,“但存儲系統級設備是能耗的最終體現者。但是器與功能間的關(guān)聯(lián)性取決于所用的平臺?，F設計時(shí)需要從多個(gè)層次考慮。 Cadence公司在IT業(yè)大量采用了服務(wù)器。有文獻表明,低功耗市場(chǎng)行銷(xiāo)總監 Mohit bhatnagar認為功DRAM的功耗在服務(wù)器群(arm)的功耗中的耗需要從4個(gè)層次設計:服務(wù)器中心和綠色電比重為10%~40%,這里可用一個(gè)平均值25%網(wǎng);系統和軟件;半導體技術(shù);SoC設計。來(lái)表達。關(guān)于數據中心的運行成本,2005年其中SoC是重中之重。因為每在服務(wù)器有一個(gè)數據,全球的服務(wù)器群在電能方面的上節約W,如果考察一下ACDC、DCDC支出達到了72億美元,而其中DRAM所占的變換中出現的損耗、冷卻,則總的系統能量的5%的功耗,就足以證明其與這個(gè)行業(yè)的關(guān)節約可以達到273W的水平。因此,SoC可聯(lián)性。設計者首先考慮的問(wèn)題是如何安排以帶來(lái)將近3倍的功耗降低。DRAM在服務(wù)器中所占的空間面積,但如果多電源電壓、關(guān)機功能、電源電壓縮放等他能設法利用可以輕松獲得的技術(shù)—這實(shí)際方面可以帶來(lái)10~20倍的功耗降低。那么它是上是個(gè)設計中的選擇問(wèn)題一將功耗降低20%,否會(huì )帶來(lái)一些不利影響?我們考察系統架構到就可以節省約3.5億美元的成本?？紤]到IT市RTL級的SoC設計,它可以揭示系統的影響場(chǎng)的繁榮景象,就不難想象電力方面的成本但在2~4年前,所采用的設計流程方法影響是支出在過(guò)去3年中出現了多大幅度的增長(cháng)。很強的。所以設計者要問(wèn)的一個(gè)基本問(wèn)題是從DRAM的角度來(lái)看,目標就是設法設我們如何獲得所需的時(shí)序、性能和功耗,而不計出標準的低功耗DRAM,并在其中集成部至于降低產(chǎn)出率和延長(cháng)上市時(shí)間?如何避免不分自刷新等功能。這種核心技術(shù)和集成的功必要的風(fēng)險。好消息是,多種類(lèi)型的公司們聯(lián)能集將讓DRAM從以待機模式為中心的設計手起來(lái)了。 Cadence就發(fā)起組織了 Power轉移到以有效工作模式為中心的設計文化上 Forward Initiative(PF)聯(lián)盟,它是由P公司、來(lái)這再次說(shuō)明這既不是技術(shù),也不是設計,EVT中國煤化工公司,IC用而是設計中的取向問(wèn)題。CNMHG訴我們,我們存儲器的可擴展性也是非常重要的。在可以在SoC設計中實(shí)現巨大的功耗降低。例78子量品界20086www.eepw.com.cnspotlight關(guān)注焦點(diǎn)Spotlight欄目編輯王瑩如,聯(lián)盟中的一家日本公司發(fā)現通過(guò)附加3種和標準C中建模后,還要在RTL中建模產(chǎn)出率的改進(jìn)措施,功耗可以降低40%。NXP、第三,我們的機會(huì )是如何利用這些模型來(lái)Freescale、NC、TSMC等公司都是該聯(lián)盟的作為“黃金”模型,進(jìn)行測試平臺的校驗。如成員,而且設計出了先進(jìn)的電源部件。我們是今在市場(chǎng)上進(jìn)行的驗證方法學(xué)方面的進(jìn)展,否能獲得真正綠色的電子產(chǎn)品、真正的SoC?都采用了某種“黃金”模型,而這些模型是系其功耗降低30%,總的系統成本可以降低統分析方面的需求推動(dòng)下生成的40%-50%?我們的回答是,完全可以克服相應的風(fēng)險,并實(shí)現巨大的功耗降低。處理器SoC功耗設計的黃金模型DSP算法和架構的優(yōu)化在SoC系統設計方面,現在還有一些人們由于動(dòng)態(tài)功耗的公式是p=Cvf,低功耗幾乎未涉足的領(lǐng)域,而這些領(lǐng)域將對降低功耗是否意味著(zhù)低電壓既可?安森美高級聽(tīng)力產(chǎn)生最大的推動(dòng)作用。幸運的是,人們現在已音頻解決方案總監 Michel De Mey認為功耗經(jīng)擁有大量針對這一領(lǐng)域的設計工具。 Mentor的高低不僅取決于你是否用10V還是1.2V,Graphics的EsSL(電子系統級}HDL硬件描述更取決于算法的速度。如果你采用了運算密語(yǔ)言)門(mén)總經(jīng)理 Glenn Perry介紹了系統級設集的算法,使內核達到50%-60%的負載,可計需要考慮的方方面面。以讓性能提高3倍;如果你對內核進(jìn)行20%的系統架構方面的改進(jìn)將帶來(lái)巨大的好處,加載,則性能也可以提高2倍。不過(guò)在EDA界,人們只有在設計的較晚階段才另外,功耗也取決于整體架構。例如為耳機使用功耗仿真工具,如門(mén)級和物理實(shí)現級。那等靠極少的電池供電的微型音頻用低功耗DSP,為何不在系統級進(jìn)行這些工作?原因主要包括:在設計濾波時(shí),你可以在時(shí)域或頻域濾波。如果第一,這樣做所花費的成夲和相應的折你能在頻域實(shí)現濾波,就可以將功耗降低10倍。中。要實(shí)現這一點(diǎn),就需要一個(gè)運行速度極快這可不是從哪里擠出20%來(lái),而是從體系架構上的仿真平臺,足以運行所需的軟件,因為我們進(jìn)行創(chuàng )新,從而達到如此之高的比例。也提到了軟件、硬件和系統設計的影響和相按此原則,安森美的第二代DS互關(guān)系。Belasigna300與前代產(chǎn)品 Belasigna250比較圖2安森美優(yōu)化設計后第二,關(guān)系到模型的精度。如果你不能精(如圖2),兩種產(chǎn)品的硬件都執行同樣的功能的 Bela Signa3o0DsP確地預測其功耗特性,則世界上最快的仿真區別在于分屬不同的技術(shù)節點(diǎn),采用了不同功耗比前代產(chǎn)品大大降也沒(méi)有多大裨益。你無(wú)法或者很難知道你的的DSP架構,另外,安森美還優(yōu)化了內存技低器件的功耗,除非具體地將其實(shí)現,因為功耗術(shù),降低了內存的電壓,而且讓存儲變得更為與許多實(shí)際因素有關(guān)。近年分布化一些;采用了新的模擬和數字IP、新來(lái),技術(shù)也取得了巨大進(jìn)展,的設計方法學(xué)、以及新的EDA工具可以提供 transaction(事務(wù))層采用可配置的特殊應用處理器次直至ESL層次的精確模型。通常認為,多核設計與單核的性能優(yōu)化有些工具可以幫助用戶(hù)提取二者協(xié)同作用,才能帶來(lái)處理器能耗大幅降非常精確的模型,在門(mén)級和低(圖3)。因此 Tensilica多年來(lái)一直倡導在ranscaction級可以達到SoC中進(jìn)行可配置多核設計,并且致力于單5%-10%以?xún)?。這是一個(gè)巨大核中國煤化衛兼 CEO Chris的進(jìn)展。沒(méi)有人愿意對其設HCNMHG核功耗是其競處理就力wORc寬動(dòng)態(tài)圍壓難AEG聲音但波抵消計兩次建模,一旦在 SystemC爭對手的1/380子量品界「20086Www.eepw.com.cnspotlight關(guān)注焦點(diǎn)Spotlight欄目編輯王瑩戲機、數碼相機等。TI的 CEO Peng K.Lim說(shuō)在燃料電池的出性能應用方面會(huì )分兩步吾走:首先,手持產(chǎn)品多個(gè)小精任耗中既可以用鋰電池也可以用燃料電池替理上限應用基并行代;下一步,市場(chǎng)上以6制行為考出現單一的燃料電池 Polyfue公司 CEO JimLrh wElD Peer hne 18 700e供電方案。目前,韓Baom圖3特殊應用處理器對Tesilica采取的具體方法是:國三星電子已經(jīng)在手改進(jìn)性能和降低功耗幫·優(yōu)化指令。 Tensilica每個(gè)優(yōu)化指令效率機及附件方面與MTI公司合作, Gillette助最大相當于普通的5~50個(gè)RISC指令;Duracell公司開(kāi)始了全球分銷(xiāo)工作。處理器核數量增加,每個(gè)核是“特殊應MTI采用直接甲醇燃料電池(DMFC)系用處理器”,其尺寸更小,每個(gè)小核完成專(zhuān)門(mén)統, Mobion技術(shù)的特點(diǎn)是采用100%甲醇作的功能,例如有的做無(wú)線(xiàn)通信、有的管協(xié)議,為燃料,因此用電時(shí)間更長(cháng)。其燃料電池工作有的處理視頻,有的執行音頻……;在整體在0~40℃,非常適合消費類(lèi)電子市場(chǎng)。SoC設計時(shí),如果需要一個(gè)主處理控制功能俗話(huà)說(shuō)“巧婦難為無(wú)米之炊”,為MT提主處理控制核可以是 Tensile的,也可以是其供DMFC技術(shù)的是 Polyfuel公司。除了手持它公司的,例如ARM或MIPS等公司的。應用, Polyfuel更看好燃料電池在筆記本電腦除此之外,在處理器核接口方面,上的應用前景。 CEO Jim balcom說(shuō),預計今Tensilca的 Xtensa處理器核有更多的指定內年年底之前筆記本型的參考設計和樣機就要存( memory-mapped)/O和直接連接選擇。出來(lái),之后的12個(gè)月實(shí)現產(chǎn)品化。因此2010建模和模擬工具 Xenergy Energy Explorer在年前后,筆記本電腦就會(huì )用上燃料電池結構上進(jìn)行了突破,融合了建模和分析,軟件開(kāi)發(fā)和調試等參考文獻Chris rowen博土1.山水,走馬游硅谷,觀(guān)花看技術(shù),電子Tensilica公司的總戰燃料電池及材料品世界,2008,2兼CEO2.迎九.重視P和軟件,步伐更加激進(jìn)燃料電池即將在便攜式產(chǎn)品中出現電子產(chǎn)品世界,2008,2.隨著(zhù)每個(gè)便攜式電子產(chǎn)品的功能越來(lái)越3.王瑩,45nm機遇.挑戰和新的協(xié)作模多,因此耗電量也越來(lái)越大。普通電池容量已型電子產(chǎn)品世界,200712經(jīng)成為捉襟見(jiàn)肘,同時(shí)帶著(zhù)電池充電器和導線(xiàn)也很麻煩。此時(shí),燃料電池浮出水面,它的10續航時(shí)間更長(cháng),充電時(shí)用一個(gè)燃料筒定期補10充甲醇既可。目前燃料電池正在著(zhù)手商品化,并有望于2009年在手機等手持產(chǎn)品中出現在燃料電池研制方面,MT和杜邦公司中國煤化工Peng K Lim等非?；钴S。MT專(zhuān)利的 Mobion技術(shù)目標應CNMHMT公司CEO用是手持式產(chǎn)品,例如手機、MP3播放器、游圖4越來(lái)越多的人使用便攜產(chǎn)品,便攜電源用量上升82子量品界「200.6www.eepw.com.cn