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「システム的}法で消J電を1/10〜1/20に低する」、MentorのRhines語る

LSIの低消J電設がv路やデバイス・プロセスだけではなく、システム設のレベルから要になってきた。「消J電の低こそがいま、エレクトロニクスを差別化できるカギとなるパラメータだ」。Mentor Graphics社CEOのWalden Rhinesは、盜颪旅報会社Globalpress Connectionsが主したeSummit2009において、このように述べ、システムアーキテクチャから低消J電設を行えば1/10〜1/20に低できるとした。

Mentor Graphics CEO Walden Rhines

Low Power Design Starts at the Architectual Level


Rhinesは、いかに消J電あるいはエネルギーの低が_要か、低しなければムーアの法Г妨られるように1チップに集積されるトランジスタ数が\えていくため消J電も同時に\加すると述べた。ちなみに2007Q現在、すべての半導チップに集積されているトランジスタ数は9.6×10の18乗個だとして、Pentium 4(Prescott)が5.7×10の10乗個使われている数に相当する。この数は原発3638基分、あるいは14億6000万世帯に相当するというlだ。今のところ、トランジスタ数はムーアの法Г箸いΔ茲蠅睨蓊QリニアにPびている。今後はこれ以屬凌Cになる。

携帯電B機においてもスマートフォンだけではなく、MP3プレーヤー機Α▲メラ機Δ覆匹気泙兇泙糞Δ載るコンバージェンスの時代になっている。リチウムイオン電池のエネルギー密度の向屮據璽垢ICチップの集積度向屬離好圈璽匹茲蠅盍砲ぁ

k気v路やデバイス、プロセスの世cを見ると、ダイナミックパワーはもはや変わらなくなってきた。クロック周S数を屬欧蕕譴覆なってきたからだ。しかしドレイン-ソースのリーク電流はトランジスタ数の\加と共に\える向にある。マイクロプロセッサはすでに性Δ茲蠅眥秕嫡J電化への官が進んでいる。

そこでさらに消J電を下げるために、もはやシステム設、アーキテクチャ設から消J電を考慮していかなければならない。にシステムアーキテクチャとソフトウエアの(li│n)Iが消J電の低にjきく寄与するとした。Rhinesは「iPhoneの不満はバッテリ命が]いこと。だからデザインによって解する」と述べ、「パワーがデザインをドライブする」と喞瓦靴拭

システム設では、をどうパーティショニングするか、パワーをどう定Iするか、ということが深く関係する。にもかかわらず、「これまでのシステム設vが消J電はO分の問ではないとばかりにv路\術v、デバイス\術vに渡してしまった。これはいまだにシステム設がマニュアル作業だからそのようになってしまう」と言う。PCB屬妊僉璽謄ショニングをうまくやることでシステムの消J電は1/5〜1/10にるとみている。


Attack Low Power at All Levels


さらにPCB屬をCPU、GPS、PMUなど要なキーコンポーネントにまとめると20%〜50%はる。そしてLSI設でICブロック設のパーティショニングで10〜20%削できる、とした。

LSI設レベルでは、次世代LSI設に関して述べ、Qレベルにおける問を提した。プロセスにZい駘設では、プロセスコーナーをワーストケース設(ワーストコーナー)でやってきたが、微細化が進むにつれ、コーナーの数は\する。ここでコーナーと称しているのは、プロセスのばらつきを考慮しなければならないカギとなるプロセスのこと。例えばゲートしきい電圧Vthはハイエンド素子、ローエンド素子で±5〜10%をバラつきとしてきたが、Vthのようなカギとなるプロセスパラメータ、すなわちコーナーの数が\えていく。130nm設では4コーナーだったのが、90nm設では10コーナー、65nmだと21コーナー以屬砲發覆襪箸いΑさらにタイミングマージンも加わる。それらを同時に解き、検証しなければ常動作は期待できない。

それらを解した屬如▲優奪肇螢好肇如璽燭ら駘合成、クロックツリー合成、配線設、そしてGDS II出する間にも、H数のVDD電源の流れや電圧、周S数の最適化、アダプティブなスケーリング、クロックツリーの再構成などのダイナミックパワーの低、マルチVthやパワーゲーティング、バックバイアスなどのスタティックパワーの低などが要になる(下図)。


Low Power Implementation


岼明濕レベルでは、ESLレベルがRTLレベルやPHYレベルなど下位レベルへどう影xするのかを調べることがj、だという。このレベルでは、UPF(Unified Power Format)形式にって検証を行う。UPF形式はかつてTI、ノキアとメンターが共同で開発し、シノプシスとY化をめたフォーマットのこと。まずすべてのパワーに関係する場所を見つけ、データリテンションが適切か、リセットできるかなどを検証する。パワーに関係するプログラムが成立しているかどうかをに渡ってカバーする。このようにしてパワーをT識した設をシミュレーションしながら検証していく。

PCB屬任魯僖錙璽ぅ鵐謄哀螢謄を確認し、例えば配線が狭すぎてノイズが載っていないかどうかなどを解析し確認する。PCB屬任X解析も行い、の配が適切かどうかを調べるためホットスポットを見つけ、それをTしていく。

OSレベルでもパワーをT識したRTOS(リアルタイムOS)とそうではない@のLINUXを比べると、パワーをT識したRTOSだと消J電は使するメモリーにもよるが、5〜11%削できるとしている。

LSI設の例として802.11のMACプロセッサのパワーをハードウエアリッチ、ソフトウエアリッチ、シングルバス、ダブルバスなどについてのh価例を紹介した。そのT果、シングルバスですべてハードウエアで実現すると380.7mWで、ダブルバスを使いいくつかの機Δ鬟愁侫肇Ε┘△納存修垢訃豺腓766.8mWも電を食うことを見せた。


Finding the Optimum Architecture at The Micro Architecture Level


要は、チップC積と消J電、性Δ虜播化がIPブロックだけで最適化していても、システムで最適化できているかどうかわからない。RTLレベルで設していても単なるローカルな最適化かもしれない。しかし、「駘設を~使してグローバルに最適化すれば消J電を20倍も下げられる。そのためには駘設をもっとO動化することがカギとなる」とRhinesはTんだ。


(2009/04/14 セミコンポータル集室)

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