为什么需要对芯片的leakage功耗特别关注?

power 组成

power组成由dynamic power和leakage power组成。leakage power是指的电路在没有跳变时所产生的功耗。dynamic power则是指电路在跳变时产生的功耗。因为电路在跳变时其实也有一部分漏电,所以通常dynamic power指的是跳变时的总功耗减去leakage power。

dynamic power又是由internal power和swiching power所组成。以inverter为例,internal power指的是电路跳变,nmos和pmos同时导通的瞬间所消耗的电流所消耗电能。swiching power指的是对负载进行充放电所消耗的电能。

电路示例

internal power

当一个简单的cell的transition time非常长时,它的短路时间会变长,从而显著增加internal power。
而对于一个复杂的cell,它的internal power有可能主要组成部分是对内部电容的充放电所组成。

switching power

switching power是由于电路对负载的充放电引起。同时负载会导致transition time的增加,从而影响internal power的增加。

leakage power

由于leakage power指的是电路没有跳变时电路的功耗,所以它与其他功耗的本质不同是,它和频率无关。

为什么leakage power如此重要

回答问题之前,试想一下,当一个芯片温度过高时,我们应该采取什么措施?断电可能导致信息的损失,更合理的措施是降频,而降频的动作可以由控制系统自动完成。

但是,如果芯片的leakage功耗占比过高,比如30%,会发生什么情况?
答案是芯片可能会烧掉。

leakage不同于dynamic power,它与频率无关,所以降频对leakge power没有任何影响。

同时leakage与温度可成指数关系,当温度越高时,温度的影响越大。某些工艺下,90升至100度变化时,leakage可成十倍以上关系,leakage的暴增,导致温度进一步升高。形成恶性循环,直至芯片功能失效或烧毁。

这就是leakage power的可怕之处,也就是为什么我们需要非常谨慎的使用LVT ULVT,关注LVT比例。我在这里的建议是leakage功耗尽量控制在总功耗的15%以下(85°c)。

作者:白山头
来源:https://mp.weixin.qq.com/s/Do…
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