使用硬件加速仿真進(jìn)行有意義的功耗分析

功耗分析和優(yōu)化在最近幾年逐漸引起了人們的重視，大多數(shù) IC 設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在都會(huì)為了功耗管理在自己的流程中納入功率管理步驟和工具。盡管如此，功耗分析任務(wù)往往要基于驗(yàn)證場(chǎng)景，而這些場(chǎng)景過于基礎(chǔ)，并且與實(shí)際系統(tǒng)使用完全脫節(jié)。

本白皮書將解釋說明，使用真實(shí)的有效載荷為何對(duì)于準(zhǔn)確估算功耗和執(zhí)行優(yōu)化任務(wù)而言至關(guān)重要。之后，我們將會(huì)展示Veloce客戶如何使用硬件加速仿真來實(shí)現(xiàn)可靠性高得多的使用模型，并且利用這一模型，可以更可靠地識(shí)別和分析潛在的功耗問題。

有效矢量的激勵(lì)

在功耗方面，設(shè)計(jì)人員有著許多不同的目標(biāo)和關(guān)注點(diǎn)。一方面，團(tuán)隊(duì)需要確保其芯片的平均功耗足夠低，以保證延長(zhǎng)電池的續(xù)航時(shí)間。另一方面，團(tuán)隊(duì)的主要關(guān)注點(diǎn)可能是預(yù)防出現(xiàn)局部感性電壓降，該電壓降會(huì)破壞芯片的功能。但不論哪種情況，使用不夠真實(shí)的矢量執(zhí)行任何分析都會(huì)導(dǎo)致所得的結(jié)論和決定不正確。

功率估算

其中一個(gè)使用最普遍的功耗分析任務(wù)是估算整個(gè)芯片在較長(zhǎng)時(shí)段內(nèi)的平均功耗。執(zhí)行此任務(wù)的目的通常是確保憑借低能耗芯片保證延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間，節(jié)省能源費(fèi)用和/或簡(jiǎn)化散熱方案，從而獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。很顯然，通過仿真生成有代表性的有效載荷可能變得極具挑戰(zhàn)性，而且很多設(shè)計(jì)人員都會(huì)采用分而治之的方法，這種情況下，他們可以收集不同子模塊的數(shù)據(jù)并組合在一張電子表格中。這種方法是否值得信賴，這是設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在從制造廠取回自己的芯片之前苦思冥想的一個(gè)問題。

圖 1. 不同類型的功率估算。

而在其他情況下，人們關(guān)注的是峰值功耗（圖 1）。關(guān)于峰值功耗，根據(jù)問題的性質(zhì)，必要的分析可能因空間和時(shí)間范圍而大相徑庭。舉個(gè)例子，問題可能出在一個(gè)局部的快速現(xiàn)象，例如可能在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)發(fā)生的電壓降（阻性或感性）?；蛘撸部赡苁歉中缘膯栴}，例如當(dāng)電流高于給定閾值的時(shí)間超過一定時(shí)間（譬如說幾毫秒）時(shí)所導(dǎo)致的電源完整性違規(guī)等。如果關(guān)注的是散熱問題，需要識(shí)別的峰值還可能分布在較寬的范圍。而且，如果空間范圍小于整個(gè) SoC，則設(shè)計(jì)人員將需要識(shí)別局部熱點(diǎn)，并執(zhí)行層次化或基于底層規(guī)劃的分析（圖 2）。

圖 2. 局部熱點(diǎn)識(shí)別。

最后，除了空間和時(shí)間范圍考慮之外，有時(shí)設(shè)計(jì)人員感興趣的不僅僅是功耗水平，還有變化率。這是因?yàn)樵诟呒?jí)技術(shù)節(jié)點(diǎn)，電壓降的感性分量會(huì)變得與阻性分量一樣關(guān)鍵（圖 3）。

圖 3. 電壓降類型。

降低功耗

除以上所列的全部功率估算目標(biāo)之外，使用有代表性的活動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)于相關(guān)的功耗驗(yàn)證和優(yōu)化任務(wù)也是至關(guān)重要的。例如，可以考慮一個(gè)非常復(fù)雜的 SoC 情形，其中往往可以看到幾十個(gè)電源域（其中一些使用保留策略）和復(fù)雜的時(shí)鐘方案。這種情形下，特別當(dāng)功率控制器是基于軟件時(shí)，能否以統(tǒng)一功率格式 (UPF) 的形式考量實(shí)際系統(tǒng)使用并解釋功耗意圖，對(duì)于完整的功耗驗(yàn)證非常關(guān)鍵。

要在 RTL 中降低功耗，也是如此。降低功耗所用的大多數(shù)（即使不是全部）方法對(duì)于信號(hào)層的活動(dòng)水平估算非常敏感。確定是否應(yīng)該直接對(duì)數(shù)據(jù)門控或時(shí)鐘門控運(yùn)用穩(wěn)定性或可觀測(cè)性條件取決于出現(xiàn)這類條件的概率。因此，設(shè)計(jì)人員在接受工具自動(dòng)建議或?qū)嵤┑男薷闹埃枰紤]真實(shí)的系統(tǒng)有效載荷。

審核編輯：湯梓紅