低功耗时钟树设计的结构分析和优化
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
关键 词 ： 低 功耗 ； 时钟树 ； 结构 分析 文献 标识 码 ： Ａ
Ｃｌ ｏ ｃ ｋ ｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎｄ ｏ ｐｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ｌ ｏ ｗ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｃ ｌ ｏ ｃ ｋ ｔ ｒ ｅ ｅ
（ Ｎ Ｘ Ｐ Ｓ ｅ ｍ ｉ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｒ ，Ｓ ｕ ｚ ｈ ｏ ｕ ２ １ ５ ０ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｃ ｈ ｉ ｐ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｆ ｏ ｒ ｌ ｏ ｗ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｉ ｓ ｍｏ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｍｏ ｒ ｅ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ｎｔ ａ ｔ ｏ ｄ ａ ｙ ， ａ ｓ ｃ ｌ ｏ ｃ ｋ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｔ ａ ｋ ｅ ｓ ３ ０ － ４ ０ ％ Ｓ ｏ Ｇ （ Ｓ ｅ ａ ｏ ｆ
ｐ ｒ ｏ ｐｏ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｅ ｃ ｌ ｏ ｃ ｋ ｔ ｒ ｅ ｅ ｌ ｏ ｗ ｐｏ ｗｅ ｒ ｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃ ， ａ ｎｄ ｍｏ ｒ ｅ ， ｔ ｏ ｒ ｅ ｄｕ ｃ ｅ ＣＢＣ， ｉ ｔ ’Ｓ ｉ ｍｐ ｏ ￣ａ ｎ ｔ ｔ ｏ ｄｅ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｃ ｌ ｏ ｃ ｋ ｔ ｒ ｅ ｅ “ Ｂａ ｌ ａ ｎｃ ｅ Ｂｕ ｆ ｆ ｅ ｒ ”． Ｔｈｒ ｅ ｅ ｃ ｌ ｏ ｃ ｋ ｔ ｒ ｅ ｅ ｓ ｔ ｕｃ ｒ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｎｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ａ ｒ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ．ａ ｎ ｄ ｔ ｈｅ ｙ’ｒ ｅ ｌ ｅ ａ ｆ ｐ ｉ ｎ ｄ ｅ ｐ ｔ ｈ ｄｉ ｓ ｔ ｒ ｉ － ｂ ｕｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈ ｅ ｃ ｋ ，ｒ ｅ ｄ ｕ ｎｄ ａ ｎｔ ｓ ｃ ａ ｎ ｍｕ ｘ ｃ ｈ ｅ ｃ ｋ ａ ｎ ｄ ｃ ｌ ｏ ｃ ｋ ｐ ａ ｔ ｈ ‘ ‘ ｂ ａ ｌ ａ ｎｃ ｅ ｂ ｕ ｆｅ ｒ Ｃｏ ｓ ｔ ”ｃ ｈ ｅ ｃ ｋ． Ｂｙ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ，ｗｅ ｄ ｉ ｇ ｏ ｕｔ ｃ ｌ ｏ ｃ ｋ ｔ ｒ ｅ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｌ ｏ ｗ－ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｎ ｕｐ ｄ ａ ｔ ｅ ｃ ｌ ｏ ｃ ｋ ｄｅ ｉ ｇ ｎ ｏ ｒ ｃ ｌ ｏ ｃ ｋ ｓ ｐｅ ｅ ｔ ｏ ｒ ｅ ｄｕ ｃ ｅ ＣＢＣ ａ ｎ ｄ ｃ ｌ ｏ ｃ ｋ ｔ ｒ ｅ ｅ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ． Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ ： ｌ ｏ ｗ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ； ｃ ｌ ｏ ｃ ｋ ｔ ｒ ｅ ｅ ； ｓ ｔ ｕｃ ｒ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
芯 片运 行 过 程 中 ， 时钟 功 耗 占 比约 ３ ０ — ４ ０ ％， 是 芯 片
“ 时钟 树 花 费”与传 统 的 “ 时钟 树 偏差 ”和 “ 时 钟树 转 换 时 间 ”一 样 ， 是 评 估 时 钟树 结 果 的一 个 重 要指标 ， 它体现 了时钟 树 的效率 和 功耗水 平 。
戈吉 吉 ， 付娟 ， 王沛 东， 任 力争 ， 杜 华斌 ， 王志鸿 ， 王丽英
（ 恩智浦半导体 ， 江 苏 苏州 ， ２ １ ５ ０ ０ ０）
摘要 ： 现在芯片设计的低功耗要 求越来越 高， 由于时钟树通常 占据芯片 ３ ０ — ４ Ｏ ％ 的 门电路 功耗， 所以低功 耗 时钟树设计在低功耗芯片设计 中非常重要 。 本文首先提 出 “ 时钟树花 费” 概念作为评估低功耗时钟树
Ｇ Ｅ Ｚ ｈ ｅ ， Ｆ Ｕ Ｊ ｕ ａ ｎ ， Ｗ ＡＮＧ Ｐ ｅ ｉ － ｄ ｏ ｎ ｇ ， ＲＥ Ｎ Ｌ ｉ － ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ ， ＤＵ Ｈｕ ａ － ｂ ｉ ｎ ， Ｗ ＡＮＧ Ｚ ｈ ｉ － ｈ ｏ ｎ ｇ ， Ｗ ＡＮＧ Ｌ ｉ － ｙ ｉ ｎ ｇ
ｌ ，● ＾
， ， － ．＾．＾ ． ．＾ ： …
…
一
由 国 集 成 电 路
Ｃ ｈｉ ｎａ Ｉ ｎｔ ｅｇ ｒ ａｔ ｅｄ Ｃｉ ｒ ｃｕｉ ｔ
设 计
引言
随着 手持 设 备 、可 穿戴 设备 、物联 网应 用 的发 展 ，低 功 耗设 计 在 今 天 的 芯 片设 计 中越 来 越 重要 。
的指 标 ， 并指 出减 小 “ 时钟 树花 费”的关键 是减 少 时钟树 上 的 “ 平衡 缓 冲器”， 然后 提 出三 种 时钟 结构 分
析 方法 ， 它们 分别是 时钟 叶 节点 深度 分布 检 查 、 冗余 扫描 时钟选 择 器检 查和 基 于时钟 路径 的 “ 平衡 缓 冲
wenku.baidu.com
器花 费”检 查 。运 用 这三种 方法 ， 找 到 时钟 树设 计 的低效 能 点 ， 然后 通过 更 改时钟 设计 或 者 更新 时钟 树 设 计 规 范的 方法 来减 小 “ 时钟树 花 费”， 降低 时钟树 功耗 。
Ｇ ａ ｔ ｅ ｓ ）ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ， ｌ ｏ ｗ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｃ ｌ ｏ ｃ ｋ ｔ ｒ ｅ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｉ ｓ ｃ ｒ ｕ ｃ ｉ ａ ｌ ｏ ｆ ｒ ｌ ｏ ｗ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｃ ｈ ｉ ｐ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ． Ｃ ｌ ｏ ｃ ｋ Ｂ ｕ ｆ ｅ ｒ Ｃ ｏ ｓ ｔ（ Ｃ Ｂ Ｃ ）ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｐ ｔ ｉ ｓ
Ｃｌ ｏ ｃ ｋ ｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎｄ ｏ ｐｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ｌ ｏ ｗ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｃ ｌ ｏ ｃ ｋ ｔ ｒ ｅ ｅ
（ Ｎ Ｘ Ｐ Ｓ ｅ ｍ ｉ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｒ ，Ｓ ｕ ｚ ｈ ｏ ｕ ２ １ ５ ０ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｃ ｈ ｉ ｐ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｆ ｏ ｒ ｌ ｏ ｗ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｉ ｓ ｍｏ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｍｏ ｒ ｅ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ｎｔ ａ ｔ ｏ ｄ ａ ｙ ， ａ ｓ ｃ ｌ ｏ ｃ ｋ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｔ ａ ｋ ｅ ｓ ３ ０ － ４ ０ ％ Ｓ ｏ Ｇ （ Ｓ ｅ ａ ｏ ｆ
ｐ ｒ ｏ ｐｏ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｅ ｃ ｌ ｏ ｃ ｋ ｔ ｒ ｅ ｅ ｌ ｏ ｗ ｐｏ ｗｅ ｒ ｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃ ， ａ ｎｄ ｍｏ ｒ ｅ ， ｔ ｏ ｒ ｅ ｄｕ ｃ ｅ ＣＢＣ， ｉ ｔ ’Ｓ ｉ ｍｐ ｏ ￣ａ ｎ ｔ ｔ ｏ ｄｅ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｃ ｌ ｏ ｃ ｋ ｔ ｒ ｅ ｅ “ Ｂａ ｌ ａ ｎｃ ｅ Ｂｕ ｆ ｆ ｅ ｒ ”． Ｔｈｒ ｅ ｅ ｃ ｌ ｏ ｃ ｋ ｔ ｒ ｅ ｅ ｓ ｔ ｕｃ ｒ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｎｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ａ ｒ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ．ａ ｎ ｄ ｔ ｈｅ ｙ’ｒ ｅ ｌ ｅ ａ ｆ ｐ ｉ ｎ ｄ ｅ ｐ ｔ ｈ ｄｉ ｓ ｔ ｒ ｉ － ｂ ｕｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈ ｅ ｃ ｋ ，ｒ ｅ ｄ ｕ ｎｄ ａ ｎｔ ｓ ｃ ａ ｎ ｍｕ ｘ ｃ ｈ ｅ ｃ ｋ ａ ｎ ｄ ｃ ｌ ｏ ｃ ｋ ｐ ａ ｔ ｈ ‘ ‘ ｂ ａ ｌ ａ ｎｃ ｅ ｂ ｕ ｆｅ ｒ Ｃｏ ｓ ｔ ”ｃ ｈ ｅ ｃ ｋ． Ｂｙ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ，ｗｅ ｄ ｉ ｇ ｏ ｕｔ ｃ ｌ ｏ ｃ ｋ ｔ ｒ ｅ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｌ ｏ ｗ－ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｎ ｕｐ ｄ ａ ｔ ｅ ｃ ｌ ｏ ｃ ｋ ｄｅ ｉ ｇ ｎ ｏ ｒ ｃ ｌ ｏ ｃ ｋ ｓ ｐｅ ｅ ｔ ｏ ｒ ｅ ｄｕ ｃ ｅ ＣＢＣ ａ ｎ ｄ ｃ ｌ ｏ ｃ ｋ ｔ ｒ ｅ ｅ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ． Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ ： ｌ ｏ ｗ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ； ｃ ｌ ｏ ｃ ｋ ｔ ｒ ｅ ｅ ； ｓ ｔ ｕｃ ｒ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
芯 片运 行 过 程 中 ， 时钟 功 耗 占 比约 ３ ０ — ４ ０ ％， 是 芯 片
“ 时钟 树 花 费”与传 统 的 “ 时钟 树 偏差 ”和 “ 时 钟树 转 换 时 间 ”一 样 ， 是 评 估 时 钟树 结 果 的一 个 重 要指标 ， 它体现 了时钟 树 的效率 和 功耗水 平 。
戈吉 吉 ， 付娟 ， 王沛 东， 任 力争 ， 杜 华斌 ， 王志鸿 ， 王丽英
（ 恩智浦半导体 ， 江 苏 苏州 ， ２ １ ５ ０ ０ ０）
摘要 ： 现在芯片设计的低功耗要 求越来越 高， 由于时钟树通常 占据芯片 ３ ０ — ４ Ｏ ％ 的 门电路 功耗， 所以低功 耗 时钟树设计在低功耗芯片设计 中非常重要 。 本文首先提 出 “ 时钟树花 费” 概念作为评估低功耗时钟树
Ｇ Ｅ Ｚ ｈ ｅ ， Ｆ Ｕ Ｊ ｕ ａ ｎ ， Ｗ ＡＮＧ Ｐ ｅ ｉ － ｄ ｏ ｎ ｇ ， ＲＥ Ｎ Ｌ ｉ － ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ ， ＤＵ Ｈｕ ａ － ｂ ｉ ｎ ， Ｗ ＡＮＧ Ｚ ｈ ｉ － ｈ ｏ ｎ ｇ ， Ｗ ＡＮＧ Ｌ ｉ － ｙ ｉ ｎ ｇ
ｌ ，● ＾
， ， － ．＾．＾ ． ．＾ ： …
…
一
由 国 集 成 电 路
Ｃ ｈｉ ｎａ Ｉ ｎｔ ｅｇ ｒ ａｔ ｅｄ Ｃｉ ｒ ｃｕｉ ｔ
设 计
引言
随着 手持 设 备 、可 穿戴 设备 、物联 网应 用 的发 展 ，低 功 耗设 计 在 今 天 的 芯 片设 计 中越 来 越 重要 。
的指 标 ， 并指 出减 小 “ 时钟 树花 费”的关键 是减 少 时钟树 上 的 “ 平衡 缓 冲器”， 然后 提 出三 种 时钟 结构 分
析 方法 ， 它们 分别是 时钟 叶 节点 深度 分布 检 查 、 冗余 扫描 时钟选 择 器检 查和 基 于时钟 路径 的 “ 平衡 缓 冲
wenku.baidu.com
器花 费”检 查 。运 用 这三种 方法 ， 找 到 时钟 树设 计 的低效 能 点 ， 然后 通过 更 改时钟 设计 或 者 更新 时钟 树 设 计 规 范的 方法 来减 小 “ 时钟树 花 费”， 降低 时钟树 功耗 。
Ｇ ａ ｔ ｅ ｓ ）ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ， ｌ ｏ ｗ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｃ ｌ ｏ ｃ ｋ ｔ ｒ ｅ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｉ ｓ ｃ ｒ ｕ ｃ ｉ ａ ｌ ｏ ｆ ｒ ｌ ｏ ｗ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｃ ｈ ｉ ｐ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ． Ｃ ｌ ｏ ｃ ｋ Ｂ ｕ ｆ ｅ ｒ Ｃ ｏ ｓ ｔ（ Ｃ Ｂ Ｃ ）ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｐ ｔ ｉ ｓ