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工具分析MTCMOS设计的漏电

EDN China?? 2006年08月01日 ?? 收藏0

  Apache Design Solutions公司发布了其面向漏电管理的Red Hawk功率分析工具的一个新版本。在130nm节点上,当晶圆厂开始采用较薄的氧化物晶体管来改善设计性能时,晶体管漏电成为了一个问题。在90nm节点上,漏电情况变得更糟,而到了65nm节点时,在IC的总功率分配中,漏电(而不是器件运行时的有功功率)占用了一半以上。据Apache公司总裁兼首席执行官Andrew Yang称:设计师需要一种更加积极的降低漏电技术,而该工具正好满足了他们的愿望。他表示:半导体行业正在逼近CMOS工艺尺寸的极限,因而面临着功耗-性能或漏电-定时的两难选择。

  他说:“为了不断地提升性能,我们需要保持很高的漏极至漏极电压或很低的电压门限。”为了解决该问题,大多数设计师都采用了一种可变电压门限库,并把低电压单元用于关键路径,而将高电压单元用于非关键路径。Yang说:“这种方法在许多应用中都可以起到降低功耗的作用,不过,对于经常采用睡眠模式的移动系统应用而言,其效果并不好。”

  为了降低有功功率,设计师通常采用有源选通:减少设计中的开关数量,这样一来开关消耗的功率就降低了。然而,为了

减少漏电,设计师们采用的是功率选通,即切断通往设计的某些部分的电流。TSMC公司(网址:www.tsmc.com)所采用的MTCMOS(多门限CMOS)功率选通法允许用户通过分别使用NMOS和PMOS晶体管中的顶端和底端开关来停止向设计的某一给定部分供电。但是,采用这些开关将增加占用面积,而且,开关操作还会产生影响器件性能的额外电源噪声。

  设计师在粗粒度架构设计的外围电路上采用MTCMOS(以对电压岛进行上电和断电),而在整个细粒度架构设计的结构上采用MTCMOS。与细粒度架构相比,粗粒度架构更加复杂,且具有较慢的唤醒模式,而细粒度架构对功率的控制度更大,但需要占用较多的面积并会产生较大的噪声。

  Yang说:“这种低漏电设计方法确实给设计的功率和噪声特性带来了更多的设计约束,因此您需要对其进行仔细的分析”。Red Hawk LP(低功率)工具对设计的MTCMOS开关及其全部逻辑实例进行了模拟,然后执行动态瞬变分析,从而支持混合设计模式对“始终接通”、“正在关断”和“正在唤醒”的功能块进行补偿。接着,该工具将分析开关对整个芯片上的定时和噪声的影响。

  Yang表示:这种工具以晶体管级的准确度来完成全芯片分析。为了让该工具快速运行几百万门的设计并保持晶体管级的准确度,Apache公司想出了一种非线性、大信号建模方法。该工具可提供功率和性能结果,并取出开关尺寸和位置信息。设计师运用该分析的结果来优化开关的尺寸和布局,并进一步改善其上电和断电策略。这种工具还可分析MTCMOS的独有结构,比如:特定实例多电压单元、电平移位器和保持触发器。Red Hawk LP的价格为275,000美元(对一年认购期而言)。


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