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德州仪器：最小化芯片级功耗-解决方案
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艾***9

贡献于2015-06-25

字数:2353

德州仪器：化芯片级功耗解决方案
   半导体产业长期奉越越真理着工艺技术断纤型方发展功率问题断出现导致技术发展出现瓶颈互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺技术现代微处理器数字信号处理器(DSP)产品采导技术CMOS制造工艺技术90纳米65纳米更型方渡芯片密度断提高静态动态功耗常常会超接受数值采电压缩放技术解决述问题
    折中理
    根摩尔定律芯片级晶体密度芯片复杂性24月会翻番集成电路性相应提高够相更低面积集成更功更低成实现更特性更高速度
    受益摩尔定律芯片类型样DSP实现系列新型媒体应便携式媒体播放器智电话种影设备等时电信线通信网络领域基础设施应受益匪浅
    CMOS技术现代DSP微处理器设计常技术技术相该技术处理缩放更简单易行外提供良性功耗
    高级技术缩放单位面积实现更元件数量更高功单位面积功率（功率密度）时增加着硅芯片技术稳步发展推动CMOS工艺65nm技术节点甚更结构尺寸方发展芯片级静态动态功率问题日益突出
    静态功耗指器件电闲置时功耗没晶体开关情况功耗静态功耗工作负载情况关静态功耗源漏电流IL影响漏电流素晶体类型中包括物理尺寸（长度宽度）硅芯片制造工艺技术种特点等（氧化层厚度掺杂配置）
    晶体方面静态功耗PS等电源电压VssIL积造成漏电流素晶体关闭时次阈值漏电流（I

    图1具漏电流现象NMOS晶体单元
    方面动态功耗时钟速度（晶体开关速度）晶体电容负载函数取决物理晶体尺寸更具体说ICdVdtPDIDVccCfVcc2里C电容（晶体电线）负载f等开关频率Vcc等电源电压理想情况静态功耗零样总功耗PD
    图2显示通CMOS逆变器漏电流动态电流采高级工艺技术节点情况静态功耗增幅动态功耗增幅更快

    图2具电容负载CMOS逆变器
    着结构尺寸断减元件场强度断提高设计员通常通调节工作电压降低动态功耗静态功耗重性更加突出会漏电流呈指数增长外次阈值漏电流温度呈指数级增长
    静态功耗增长正引起更关注静态功耗会影响整工作芯片功率密度会提高热点(hotspots)风险负面影响性解决静态动态功耗问题求芯片级系统级提供定程度智适应性
    智适应
    器件采什类型晶体静态功耗会受芯片制造工艺特性影响想解决静态漏电流问题合适切入点便硅技术身入手加工芯片时单晶圆整批晶圆间电气特性方面必然会存细微差异种变化会遵循定密度分布规律材料制造参数函数
    通常种变化称制造工艺强度强度弱强等种特性芯片制造质量没影响仅描述硅片生产程中变量种方式
    然具体器件硅工艺缩放意义相反映出该器件电气行相关功耗特性工艺缩放强端半导体器件实现更高开关速度漏电流较高相反弱端半导体器件实现开关速度较低漏电流造成功耗较低
    设计员述现象中获益呢？种方法根芯片电气特性缩放电压种方法限度提高性时限度降低漏电流产生功耗制造期间测试器件测量电气特性然通缩放电压满足芯片性功耗求
    例利工艺强端硅芯片制成DSP芯片支持求略高规定值开关速度漏电流会略高果DSP电源理器件够检测该器件特定特性需影响芯片特定性情况通降低电源电压降低功耗相逻辑应弱硅片制造DSP电源理器件提高电压确保满足需性级时保证功耗处特定范围研究结果显示通调节芯片工艺技术强端器件心电压实现限度节电效果
    动态电压缩放
    电压缩放降低动态功耗系统工作时功耗情况根温度变量推动核电压变化例高温时降低器件电压进步降低功耗相反低温时提高器件核电压加速性时确保会功耗造成影响实现种省电功需掌握器件相关热信息德州仪器(TI)TCI648xDSP说明技术实施程典型范例（图3示）

    图3TCI648xDSP典型电源互联情况
    TCI648x通集成热二极实现温度相关动态电压缩放该二极TMP411等外部温度传感器感测器件温度部TCI648x逻辑提供反馈样DSP实现静态动态节电功
    TCI648x结合动态热信息基芯片工艺技术强弱特特定器件嵌入式信息生成电压代码该电压代码提交系统电源理器件TCI648x言电源理器件通介0912伏范围缩放提供DSP电源电压样设计员需适注意相关问题便限度降低功耗时充分发挥摩尔定律优势
 
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